基于多目标趋优控制智能电网系统周运斌【优秀范文】

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　基于多目标趋优控制的智能电网系统周运斌

　 摘要：提出了利用混成控制来实现电网的多目标趋优控制。混成控制的本质是“事件驱动”，通过将不满意状态定义为事件，将趋优化问题转化为事件的处理和消除问题。智能电网多目标趋优控制系统分为三层：决策层、中间层及底层。决策层负责事件发现及控制命令计算，中间层负责将控制命令转化为操作命令，底层负责执行操作命令。通过不间断的事件发现及消除过程，基于多目标趋优控制的智能电网系统使得电网回归至无事件运行状态，从而使整个系统运行实现安全、经济、优质三重目标优化。

　关键词：智能配电网；多目标优化；混成控制 0 引言 智能电网的智能性体现为更出色的电能质量、更迅速的故障处理、更高的供电可靠性、更深度的互动性[1~5]。为满足智能配电网对智能性的要求，本文提出构建基于多目标趋优控制的智能电网系统（SmartGridSystemsBasedonMulti-

　ObjectiveOptimalControl,MOC-SGS），实现城市配电网的安全、经济、优质运行。

　混成自动控制理论是电力系统多重目标趋优控制的有效途径，已在输电网智能调度领域得到初步应用[6]。本文提出基于混成自动控制理论构建多目标趋优控制的智能电网系统[7]，对网内各种资源（包括电容、电抗器、变压器抽头和开关等）进行统一、自动、科学调控，从而实现电网多重目标趋优控制。给出了多目标趋优控制的智能电网系统的结构和各模块功能，分析了其特点和优势。

　1 电力系统多目标趋优控制的理论基础 电力系统控制的最终目标是实现电压质量、电压稳定性、频率质量、频率稳定性、网损最小化等多重目标的优化。混成自动控制系统(Hybridcontrolsystems，简称为 HCS)提供了电力系统多目标趋优控制的理论基础，其主导思想是：将一切不满足要求和不满意的状态都分类地定义为事件，通过控制使得系统回归至无事件运行状态，则系统的各项指标(电能质量、稳定性和经济性)一定是足够满意的（参见图 1）。这就是说，HCS 控制所得的效果在工程上是足够满意的，可以在实践上解决大电网的多重目标趋优控制问题。

　无事件状态的电网必然运行在令人满意的状态(多重目标趋优状态)之下。(4)式实际上就是事件驱动控制所需要达到的目标。由此可见，MOC-SGS 始终处于事件的发现、处理和消除过程中，事件驱动是 MOC-SGS 的本质。

　2.2 功能模块

　MOC-SGS 由事件分析模块、事件处理模块和调度员决策模块构成（图 3）。其中事件分析模块对所收集到系统实时运行状态数据进行快速分析，确定有无事件产生，若有则将事件发送给事件处理模块；事件处理模块对接收到的事件进行处理，通过求解 OPF 产生相应的控制命令或操作指令下达给底层可控设备；数据共享平台的主要功能是基于 SCADA 量测数据进行配电网状态估计，提供事件分析模块及事件处理模块需要的配电网模型；调度员决策模块的主要功能包括配置数据共享平台、事件分析模块、事件处理模块的参数，将系统运行的状况以可视化的形式提交给调度员，使调度员对系统的运行状况有一个直观的了解，紧急情况下调度员可通过调度员决策模块直接下达操作命令。

　图 3MOC-SGS 的组成框架 Fig.3FrameworkofMOC-SGS 2.2.1 数据共享平台 基于 SCADA 系统获取的开关量及模拟量实时信息，对网络进行拓扑分析及状态估计，从而获取完整的配电网模型，供事件分析及处理模块的各种高级应用使用。

　2.2.2 事件分析模块 事件分析系统的核心是实时分析，它由一组分析功能构成（如网损分析、电压质量分析、线路潮流分析等）。事件分析模块从数据共享平台获取系统当前的运行状况，通过对这些数据的分析，确定是否有事件（即不满意的运行状态）发生，并将产生的事件提交给事件处理系统。

　2.2.3 事件处理模块

　事件调度系统从事件判断单元接收事件，对这些事件进行队列（不同的事件具有不同的优先级，安全类事件先于经济类事件进行处理）和合并等处理（由于对于其中某一类事件的处理实际上也可以消除另一类事件），并将处理后的事件提交给智能决策系统中的相应模块进行决策。智能决策系统由一组模块构成，它们分别针对不同类型的事件形成相对应的控制命令下达给中间层系统。指令生成系统也包括一组模块，它们接收智能决策系统的控制命令，生成面向设备的一组操作指令并下达给相应设备的接收与执行装置。

　超实时仿真平台的主要作用是基于配电网实时模型对智能决策系统下达的控制命令进行超实时仿真，可预知控制的效果，并提交给调度员作为参考，从而进一步提高智能决策的可靠性和有效性。

　2.2.4 调度员决策模块 调度员决策模块包括两个子系统：可视化系统及调度与配置系统。可视化系统负责将系统的实时状态（包括系统的实际运行状态和系统控制中的事件处理对状态的影响）以动态图形的形式展示给调度员，使得调度员对系统有一个更为直观的了解，从而有助于做出科学的调度决策。调度与配置系统的功能包括两个部分：一是直接向事件分析系统发出指令，使它触发相应的事件；二是配置MOC-DAS 系统运行方式，它决定了 MOC-SGS 系统的行为模式，具体的配置可以包括：运行方式（开/闭环）、事件的种类和触发条件、事件调度的策略、智能决策的约束等。

　3MOC-SGS 事件分析及处理功能举例 3.1 节点电压越限事件的判断及消除

　根据北京电网当前的运行方式，形成变电站为单位的控制单元，通过判断控制单位的是否可控，对控制单元内的受控无功设备和主变分头，形成控制策略时综合考虑母线电压、无功/功率因数校正、电压优化控制和基于预测数据的电压优化控制的控制策略。

　1)母线电压校正控制规则 当高压侧母线电压越限，通过调节主变低压侧无功来消除越限。

　当中低压侧母线电压越限，采用如下规则进行控制：

　如果中低压侧与高压侧调压方向一致，则优先调节主变低压侧无功，如果主变低压侧无功无调节量，则调节分头。中低压侧与高压侧调压方向一致是指：中低压侧电压越上限同时高压侧电压偏高（接近或超过上限）；中低压侧电压越下限同时高压侧电压偏低（接近或低于下限）； 如果中低压侧与高压侧调压方向不一致，则继续根据高压侧关口无功情况判定：

　如果高压侧无功已经合理，则优先调节分头，如分头不可调，则调节主变低压侧无功。

　如果高压侧无功不合理，并且无功的调节方向与中低压侧电压一致，则优先调节主变低压侧无功，如果主变低压侧无功无调节量，则调节分头。

　如果高压侧无功不合理，并且无功的调节方向与中低压侧电压不一致，优先调节分头，如分头不可调，则调节主变低压侧无功。

　高压侧无功的调节方向与中低压侧电压调节方向一致是指：中低压侧电压越上限同时高压侧无功倒送或功率因数越上限；中低压侧电压越下限同时高压侧功率因数越下限； 2)无功/功率因数校正控制规则 在电压合格的情况下，考虑控制单元主变高压侧无功是否合格。目前仅考虑高压侧无功或功率因数是否越限。策略为， 如果高压侧无功越限倒送：调节主变低压侧无功进行校正。

　3)电压优化控制规则 在电压合格和无功合格的情况下，考虑高压侧 110kV 母线的电压优化策略。高压侧的优化电压设定值采用市调 AVC 三级控制给出的全局无功优化电压设定值，由市调 AVC 实时计算给出并下发 由于影响高压侧母线电压的控制手段主要为电容器电抗器，因此控制策略为：

　当高压侧母线电压比优化设定值偏高，调节主变低压侧无功进行优化。

　当高压侧母线电压比优化设定值偏低，调节主变低压侧无功进行优化。

　MOC-SGS 在市调 AVC 系统中得到了广泛的应用，目前已在北京所属的 16 个区域公司中推广应用，得到了很好的控制效果。

　5 结论 智能电网系统的最终目标是实现配电网的安全、经济、优质运行。安全、经济、优质等多个目标通常具有一定矛盾性，电力系统混成控制理论把复杂的非线性动态系统多目标优化问题转化为事件的发现和消除问题，是实现电力系统安全、经济、优质多目标优化运行的有效途径。基于电力系统混成控制理论提

　出了具有多目标趋优控制功能的智能电网系统，多目标趋优控制的智能电网系统包含数据共享平台、事件分析模块、事件处理模块及调度员决策模块，能够实现城市配电网的安全、经济、优质多目标优化运行，能够大幅度提升城市配电网自动化系统的智能性。

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