本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)靈敏度的風(fēng)電場(chǎng)分布式次梯度電壓控制方法，風(fēng)電場(chǎng)集中控制器根據(jù)各節(jié)點(diǎn)歷史量測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)造訓(xùn)練樣本集，并通過(guò)升維函數(shù)變換得到升維后的輸入變量樣本集；基于輸出變量樣本集和升維后的輸入變量樣本集計(jì)算數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)線性化潮流矩陣和節(jié)點(diǎn)電壓與無(wú)功功率之間的靈敏度，并下發(fā)至各風(fēng)機(jī)控制器；各風(fēng)機(jī)控制器量測(cè)本節(jié)點(diǎn)電壓，并與相鄰節(jié)點(diǎn)交換量測(cè)結(jié)果，以此計(jì)算本地目標(biāo)函數(shù)梯度和無(wú)功功率設(shè)定值；各風(fēng)機(jī)控制器量循環(huán)無(wú)功功率設(shè)定值計(jì)算并下發(fā)至風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明專利技術(shù)充分利用了歷史量測(cè)數(shù)據(jù)校正分布式電壓控制迭代方向，避免模型不精確對(duì)分布式迭代收斂性與控制效果的影響，適用于快速的風(fēng)電場(chǎng)電壓控制。的風(fēng)電場(chǎng)電壓控制。的風(fēng)電場(chǎng)電壓控制。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)靈敏度的風(fēng)電場(chǎng)分布式次梯度電壓控制方法
[0001]本專利技術(shù)屬于電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制
，特別是涉及一種風(fēng)電場(chǎng)分布式次梯度電壓控制方法。
技術(shù)介紹
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，能源供給造成的環(huán)境污染問(wèn)題日益凸顯，現(xiàn)代能源系統(tǒng)的創(chuàng)新和轉(zhuǎn)型升級(jí)已成為必然。風(fēng)電作為典型的新能源發(fā)電形式之一，其并網(wǎng)滲透率不斷提升。然而，由于風(fēng)力發(fā)電天然具有的不確定性，風(fēng)電場(chǎng)功率輸出常常呈現(xiàn)明顯的波動(dòng)。由于新型風(fēng)機(jī)多采用電力電子變換器實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，其動(dòng)態(tài)特性變化較快且更為復(fù)雜，因此對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的安全運(yùn)行帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。風(fēng)機(jī)功率的注入導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)末端電壓抬升和網(wǎng)損增加問(wèn)題，可能造成由于電壓越限導(dǎo)致的風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)事故。
[0003]由于采用電力電子形式并網(wǎng)，風(fēng)機(jī)并網(wǎng)變換器自身的無(wú)功調(diào)節(jié)能力能夠?qū)﹄妷嚎刂破鸬疥P(guān)鍵作用，保障風(fēng)電場(chǎng)的安全高效運(yùn)行。因此，通過(guò)調(diào)節(jié)變換器無(wú)功輸出而改善電壓分布的方式受到了廣泛的關(guān)注。在集中式電壓控制策略下，風(fēng)電場(chǎng)集中控制器與所有風(fēng)機(jī)變換器通信并下發(fā)控制指令，即可實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)電壓控制。然而，集中式控制需要復(fù)雜的通信以采集并處理大量數(shù)據(jù)，因此控制時(shí)延較長(zhǎng)，且可能遭遇單點(diǎn)故障問(wèn)題。
[0004]分布式控制由于降低了集中計(jì)算負(fù)擔(dān)，能夠顯著提升電壓控制的響應(yīng)速度，其中基于次梯度的分布式控制在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。盡管如此，由于電壓控制問(wèn)題與風(fēng)電場(chǎng)潮流分布密切相關(guān)，分布式控制雖然無(wú)需集中模型維護(hù)和求解，但仍需各風(fēng)機(jī)獲取相鄰支路的阻抗參數(shù)，以此計(jì)算每步迭代中的功率調(diào)整方向。一旦風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部模型不完備，或阻抗參數(shù)存在較大誤差，勢(shì)必將對(duì)分布式電壓控制效果產(chǎn)生不良影響。在模型不完備的風(fēng)電場(chǎng)中，利用歷史量測(cè)數(shù)據(jù)樣本，通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方式建立等效潮流模型，從而為分布式次梯度控制提供更為精確的迭代方向是一種可行的替代思路。根據(jù)Koopman空間變換理論，以歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方式，能夠得到節(jié)點(diǎn)電壓與風(fēng)機(jī)無(wú)功間的高維線性化方程。因此，亟需將數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法與分布式次梯度電壓控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)不依賴于精確模型參數(shù)的風(fēng)電場(chǎng)高可靠分布式電壓控制目標(biāo)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0005]為了解決風(fēng)電場(chǎng)電壓控制依賴于精確模型參數(shù)的問(wèn)題，本專利技術(shù)提出一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)靈敏度的風(fēng)電場(chǎng)分布式次梯度電壓控制方法，基于升維線性化處理得到風(fēng)電場(chǎng)高精度全局潮流模型，并以分布式次梯度電壓控制的迭代過(guò)程獲取各節(jié)點(diǎn)的風(fēng)機(jī)控制器無(wú)功功率設(shè)定值，下發(fā)至風(fēng)機(jī)執(zhí)行。
[0006]本專利技術(shù)采用以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0007]步驟1、風(fēng)電場(chǎng)集中控制器根據(jù)各節(jié)點(diǎn)歷史量測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法計(jì)算得到的靈敏度取值，計(jì)算得到的靈敏度取值下發(fā)給各節(jié)點(diǎn)的風(fēng)機(jī)控制器，本步驟的具體過(guò)程如下：
[0008]步驟1.1、根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)中各節(jié)點(diǎn)歷史量測(cè)數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)計(jì)算所需的訓(xùn)練樣本集，訓(xùn)練樣本集共包括S個(gè)時(shí)間斷面的數(shù)據(jù)，分為輸入變量樣本集X及輸出變量樣本集Y，定義如下：
[0009]X＝[x
1 x2?…?
x
S
]????????????????????
(1)
[0010]Y＝[y
1 y2?…?
y
S
]????????????????????
(2)
[0011]其中，x
S
和y
S
分別代表第S個(gè)時(shí)間斷面的輸入變量、輸出變量，其中輸入變量x
S
由各節(jié)點(diǎn)注入的有功功率和無(wú)功功率構(gòu)成，即[p q]T
，p和q分別代表各節(jié)點(diǎn)注入的有功功率和無(wú)功功率構(gòu)成的列向量，輸出變量y
S
由各節(jié)點(diǎn)電壓幅值與相角構(gòu)成，即[V θ]T
，V和θ分別代表各節(jié)點(diǎn)電壓幅值與相角構(gòu)成的列向量；
[0012]步驟1.2、將各訓(xùn)練樣本的輸入變量x進(jìn)行升維變換，得到升維后的輸入變量樣本x
lift
，表達(dá)式如下：
[0013][0014]其中，ψ(x)代表升維運(yùn)算函數(shù)；
[0015]第i維的升維函數(shù)ψ
i
(x)定義如下：
[0016][0017]其中，x
i
代表輸入變量的x第i個(gè)元素，K代表輸入變量x的總維度數(shù)，c
ij
代表第i維升維函數(shù)ψ
i
(x)的第j維基底向量元素；
[0018]根據(jù)輸入變量x
i
得到第S個(gè)時(shí)間斷面樣本升維后的輸入變量x
lift,S
，升維后的輸入變量樣本集X
lift
表達(dá)式如下：
[0019]X
lift
＝[x
lift,1 x
lift,2
?…?
x
lift,S
]??????
(5)
[0020]步驟1.3、基于輸出變量樣本集Y和升維后的輸入變量樣本集X
lift
，計(jì)算數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)線性化潮流矩陣M，公式如下：
[0021][0022]其中，代表矩陣的Moore
?
Penrose逆；
[0023]步驟1.4、根據(jù)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)線性化潮流矩陣M，計(jì)算節(jié)點(diǎn)a電壓與節(jié)點(diǎn)b無(wú)功功率之間的靈敏度X
ab
的取值，計(jì)算公式如下：
[0024][0025]其中，M
ab
代表矩陣M中對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)a的電壓V
a
與節(jié)點(diǎn)b的無(wú)功功率q
b
的元素，M
a,(K+i)
代表矩陣M中對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)a的電壓V
a
與第i個(gè)升維函數(shù)ψ
i
(x)的元素；
[0026]步驟1.5、風(fēng)電場(chǎng)集中控制器將計(jì)算得到的靈敏度取值下發(fā)給各節(jié)點(diǎn)的風(fēng)機(jī)控制器；
[0027]步驟2、各節(jié)點(diǎn)的風(fēng)機(jī)控制器通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)集中控制器下發(fā)的靈敏度以及風(fēng)機(jī)所在節(jié)點(diǎn)電壓量測(cè)數(shù)據(jù)與相鄰節(jié)點(diǎn)的風(fēng)機(jī)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，分布式迭代地實(shí)現(xiàn)電壓控制，本步驟的具體過(guò)程如下：
[0028]步驟2.1、分布式迭代控制開(kāi)始，令迭代步k＝0；
[0029]步驟2.2、各風(fēng)機(jī)控制器量測(cè)風(fēng)機(jī)所在節(jié)點(diǎn)電壓，并與相鄰節(jié)點(diǎn)控制器交換電壓量測(cè)結(jié)果，例如對(duì)于節(jié)點(diǎn)a的風(fēng)機(jī)控制器，量測(cè)節(jié)點(diǎn)a的當(dāng)前電壓幅值V
a
(k)，將結(jié)果發(fā)送至相鄰的節(jié)點(diǎn)b的風(fēng)機(jī)控制器，并獲取節(jié)點(diǎn)b的當(dāng)前電壓幅值V
b
(k)；
[0030]步驟2.3、各節(jié)點(diǎn)的風(fēng)機(jī)控制器計(jì)算本地目標(biāo)函數(shù)梯度，例如對(duì)于節(jié)點(diǎn)a的風(fēng)機(jī)控制器，其第k步迭代的本地目標(biāo)函數(shù)梯度g
a
(k)的計(jì)算公式如下：
[0031][0032]其中，μ
b
代表點(diǎn)b的理想電壓值，通?？扇?biāo)幺值1，N
a
代表與節(jié)點(diǎn)a在拓?fù)渖舷噜彽墓?jié)點(diǎn)所構(gòu)成的集合；
[0033]步驟2.4、各節(jié)點(diǎn)的風(fēng)機(jī)控制器計(jì)算風(fēng)機(jī)下一迭代步的無(wú)功功率設(shè)定值，例如對(duì)于第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的風(fēng)機(jī)控制器，其第k+1步迭代的無(wú)功功率計(jì)算公式如下：...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)靈敏度的風(fēng)電場(chǎng)分布式次梯度電壓控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：步驟1、風(fēng)電場(chǎng)集中控制器根據(jù)各節(jié)點(diǎn)歷史量測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法計(jì)算得到的靈敏度取值，計(jì)算得到的靈敏度取值下發(fā)給各節(jié)點(diǎn)的風(fēng)機(jī)控制器，本步驟的具體過(guò)程如下：步驟1.1、根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)中各節(jié)點(diǎn)歷史量測(cè)數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)計(jì)算所需的訓(xùn)練樣本集，訓(xùn)練樣本集共包括S個(gè)時(shí)間斷面的數(shù)據(jù)，分為輸入變量樣本集X及輸出變量樣本集Y，定義如下：X＝[x
1 x2?…?
x
S
]
??????
(1)Y＝[y
1 y2?…?
y
S
]
???????
(2)其中，x
S
和y
S
分別代表第S個(gè)時(shí)間斷面的輸入變量、輸出變量，其中輸入變量x
S
由各節(jié)點(diǎn)注入的有功功率和無(wú)功功率構(gòu)成，即[p q]
T
，p和q分別代表各節(jié)點(diǎn)注入的有功功率和無(wú)功功率構(gòu)成的列向量，輸出變量y
S
由各節(jié)點(diǎn)電壓幅值與相角構(gòu)成，即[V θ]
T
，V和θ分別代表各節(jié)點(diǎn)電壓幅值與相角構(gòu)成的列向量；步驟1.2、將各訓(xùn)練樣本的輸入變量x進(jìn)行升維變換，得到升維后的輸入變量樣本x
lift
，表達(dá)式如下：其中，ψ(x)代表升維運(yùn)算函數(shù)；第i維的升維函數(shù)ψ
i
(x)定義如下：其中，x
i
代表輸入變量的x第i個(gè)元素，K代表輸入變量x的總維度數(shù)，c
ij
代表第i維升維函數(shù)ψ
i
(x)的第j維基底向量元素；根據(jù)輸入變量x
i
得到第S個(gè)時(shí)間斷面樣本升維后的輸入變量x
lift,S
，升維后的輸入變量樣本集X
lift
表達(dá)式如下：X
lift
＝[x
lift,1 x
lift,2
?…?
x
lift,S
]
??????
(5)步驟1.3、基于輸出變量樣本集Y和升維后的輸入變量樣本集X
lift
，計(jì)算數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)線性化潮流矩陣M，公式如下：其中，代表矩陣的Moo...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：桂前進(jìn)，鐘成元，江千軍，王京景，李智，朱加明，郭力，王中冠，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司國(guó)家電網(wǎng)有限公司天津大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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