一种基于并行候选预测的台区储能任务冲突协调控制方法及系统

本发明属于配电网运行控制与储能系统协调控制领域，具体的说是一种基于并行候选预测的台区储能任务冲突协调控制方法及系统。

背景技术：

1、随着分布式电源、电动汽车及柔性负荷的大规模接入，配电网末端电压越限、三相不平衡、反向过载等问题日益突出。台区侧配置储能系统，通过充放电调节参与本地电压治理，同时可作为虚拟电厂（vpp）资源参与电网调频、调峰等辅助服务，已成为提升台区供电质量与资产利用率的重要技术手段。

2、台区储能在实际运行中往往同时面临多类任务需求：本地治理类任务要求根据并网点电压、三相不平衡度、反向负载率等指标实时调整充放电功率；电网服务类任务要求按照虚拟电厂下发的调频或调峰指令跟踪功率设定值。这些任务对储能充放电方向和功率水平的要求经常存在冲突——例如高电压治理要求储能充电以消纳过剩光伏，而调峰任务可能要求储能放电以支撑晚高峰负荷。

3、现有技术中，台区储能多采用固定优先级仲裁方式处理多任务冲突，即预先设定本地治理、调频、调峰等任务的优先级次序，高优先级任务直接抢占储能资源。这种方式的缺陷在于：其一，固定优先级无法兼顾不同工况下的系统全局最优，高优先级任务的频繁执行可能导致储能soc偏离合理区间、电池衰减加速；其二，当本地治理需求内部存在充放电方向冲突时（如同时出现高电压需充电与三相不平衡需放电的矛盾），缺乏系统性的候选方案比较与优选机制；其三，模式切换过程缺乏迟滞与挂起机制，容易导致模式频繁切换以及虚拟电厂指令执行的中断与不可恢复。控制结果完全由预设优先级次序决定，无法依据并网点电压水平、频率偏差、调峰剩余时间、未完成调控电量及储能荷电状态等实时信息自适应调整，难以在电压安全、虚拟电厂业务完成率与储能运行经济性之间取得动态平衡。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于并行候选预测的台区储能任务冲突协调控制方法及系统，通过构建四模式互斥运行模型与两级电压安全阈值判别机制，在安全越限事件下强制切换至本地治理，在可协调运行域内对本地治理、调频、调峰、空闲四类模式并行生成候选方案；对充放电方向冲突的本地治理需求分解为充、放两个子候选，在滚动预测时域内递推储能荷电状态与台区运行状态，以包含多项惩罚的综合预测代价函数进行评估，结合可行域约束校验优选最优运行模式，最终生成 pcs 分相有功无功协调指令，实现电压安全、电能质量治理与电网辅助服务之间的动态平衡与最优协调。

2、本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

3、一种基于并行候选预测的台区储能任务冲突协调控制方法，包括：

4、101：储能并网点状态采集与四模式互斥运行模型构建：定义本地治理、调频、调峰、空闲四类运行模式，构建满足同一时刻仅允许一种模式生效的四模式互斥运行模型；实时采集储能并网点三相相电压与运行状态，构建两级电压安全阈值判别模型，划分安全越限事件与可协调运行域两个控制分支；构建储能荷电状态动态模型，按控制周期更新储能荷电状态；

5、102：多维度本地治理需求确定与冲突分解

6、分别计算高电压、低电压、三相不平衡和反向负载率，确定四类本地治理需求；若本地治理需求不存在充放电方向冲突，则根据触发需求确定本地治理请求候选方案；若存在充放电方向冲突，则分别构造放电子候选方案和充电子候选方案，并输出两个子候选方案对应的三相目标有功功率和三相目标无功功率。

7、103：四模式并行候选滚动预测综合代价计算

8、构建包含多个惩罚项的综合预测代价函数；分别确定本地治理、调频、调峰和空闲四类运行模式下请求候选方案的有功功率基准；当本地治理模式包含放电子候选方案和充电子候选方案时，分别在设定的滚动预测时域内递推预测其储能荷电状态与台区运行状态，计算两个子候选方案的综合预测代价，并选取综合预测代价较小者作为本地治理请求候选方案；进一步对四类运行模式的请求候选方案进行滚动预测，计算各请求候选方案的综合预测代价。

9、104：可行域约束校验与最优运行模式选取

10、对各请求候选方案进行可行域约束校验，剔除不满足约束的不可行方案；在剩余可行请求候选方案中优选综合预测代价最小的方案作为候选运行模式；

11、105：安全越限应急与运行模式切换：

12、安全越限事件触发时，当前运行模式强制切换，应急执行本地治理；对中断的虚拟电厂调频或调峰指令进行挂起保存；在可协调运行域，执行四类运行模式下请求候选方案的滚动预测与进行请求候选方案优选以确定候选运行模式；

13、106：pcs分相有功无功协调指令生成

14、基于生效的候选运行模式对应的有功功率基准，执行pcs分相无功补偿计算，最终生成储能并网点的三相有功、无功输出指令。

15、进一步的，构建四模式互斥运行模型为：

16、

17、式中，、、、分别为本地治理、调频、调峰、空闲模式的状态标志，均为0或1变量，取值为1表示对应运行模式生效，取值为0表示对应运行模式不生效。

18、进一步的，所述的储能荷电状态动态模型为：

19、

20、为第控制周期储能荷电状态；为第周期储能并网点有功功率，约定表示放电，表示充电；为控制周期；为储能额定容量。

21、进一步的，所述充放电方向冲突是指至少两类本地治理需求所要求的充放电功率方向不一致。

22、进一步的，充电类本地治理需求的目标功率基准计算公式为：

23、

24、式中，、分别为高电压治理和反向负载率治理需求功率。

25、进一步的，所述的多个惩罚项包括电压偏差、三相不平衡、反向过载率、调频跟踪、调峰跟踪、soc偏离、电池衰减和模式切换惩罚项，各惩罚项按预设权重加权求和得到综合预测代价。

26、进一步的，所述的电压偏差惩罚项计算公式为：

27、

28、式中，、分别为并网点最大、最小电压相对209v、231v普通治理阈值的低、高电压超出量，按209v-198v与231v-235v区间归一化至0-1范围，数值越大表示电压偏离程度越严重；、为低、高电压偏差权重系数；

29、所述的三相不平衡惩罚项计算公式为：

30、

31、式中，为不平衡度阈值；取三相不平衡度阈值至严重上限之差；为当前三相不平衡度；

32、所述反向负载率惩罚项计算公式为：

33、

34、式中，为反向负载率阈值；取反向负载率阈值至严重上限之差；为当前反向负载率；

35、所述的调频跟踪惩罚项计算公式为：

36、

37、式中，为调频目标功率；为储能有功功率上限；

38、所述的调峰跟踪惩罚项计算公式为：

39、

40、式中，为调峰目标功率；为储能当前有功功率；为储能有功功率上限，所述的soc偏离惩罚项计算公式为：

41、

42、式中，为储能当前荷电状态；为日前参考荷电状态；为荷电状态归一化带宽，取与之差，用于将soc相对的偏差归一化后计入惩罚项；

43、所述的电池衰减惩罚项计算公式为：

44、

45、式中：为储能有功功率绝对值；为储能有功功率上限；

46、所述的模式切换惩罚项计算公式为

47、式中为正在评估的候选模式，为当前正在运行的模式。

48、进一步的，所述的可行域约束校验，包括荷电状态运行区间、充放电功率、功率爬坡率三类可行域约束校验，具体包括：校验预测时域内各控制周期的储能荷电状态是否处于预设的荷电状态运行区间内；校验各控制周期的充放电功率是否处于预设的充放电功率限值范围内；校验相邻控制周期之间的功率变化量是否不超过预设的功率爬坡率限值。

49、进一步的，在所述可协调运行域内，构建运行模式切换迟滞校验机制：仅当当前运行模式与候选运行模式的综合预测代价之差超过设定阈值时，允许切换至候选运行模式；当差值不大于设定阈值时，维持当前运行模式不变。

50、一种基于并行候选预测的台区储能任务冲突协调控制系统，包括：

51、四模式互斥运行模型构建模块，用于定义本地治理、调频、调峰、空闲四类运行模式，构建满足同一时刻仅允许一种模式生效的四模式互斥运行模型；并网点状态采集与电压判别模块，用于实时采集储能并网点的三相相电压与运行状态，基于两级电压安全阈值判别模型划分安全越限事件与可协调运行域两个控制分支，并按控制周期更新储能荷电状态；

52、本地治理需求确定与冲突分解模块，用于分别计算高电压治理需求、低电压治理需求、三相不平衡治理需求与反向负载率治理需求，确定四类本地治理需求；当所述四类本地治理需求之间不存在充放电方向冲突时，直接根据触发的治理需求确定目标功率；当所述四类本地治理需求之间存在充放电方向冲突时，分别构造放电子候选方案与充电子候选方案，代入综合预测代价函数进行比较，选取综合预测代价较小的候选方案作为本地治理请求候选方案，并输出三相目标有功功率与三相目标无功功率；

53、并行候选滚动预测代价计算模块，用于分别确定本地治理、调频、调峰、空闲四类运行模式下的请求候选方案的有功功率基准，在设定的滚动预测时域内对各请求候选方案逐周期进行储能荷电状态与台区运行状态的递推预测，基于包含多个惩罚项的综合预测代价函数，计算各请求候选方案在所述滚动预测时域内的综合预测代价；

54、可行域约束校验与模式选取模块，用于对各请求候选方案进行可行域约束校验，剔除不满足约束的不可行方案，在剩余可行请求候选方案中优选综合预测代价最小的方案作为候选运行模式；

55、安全越限应急与模式切换模块，用于在安全越限事件触发时，将当前运行模式强制切换为本地治理模式以执行应急治理，并对中断的虚拟电厂调频或调峰指令进行挂起保存；在可协调运行域下，执行四类运行模式下请求候选方案的滚动预测与优选以确定候选运行模式；

56、pcs分相指令生成模块，用于基于生效的候选运行模式对应的有功功率基准，执行pcs分相无功补偿计算，生成储能并网点的三相有功输出指令与三相无功输出指令。

57、本发明首先在逻辑层定义本地治理、调频、调峰、空闲四类运行模式，并构建四模式互斥运行模型，约束同一控制时刻仅允许其中一种模式生效，从根本上消除多模式并行下发导致的功率指令冲突。在此基础上，实时采集储能并网点三相相电压与运行状态，构建两级电压安全阈值判别模型：当并网点电压越出安全边界时进入 "安全越限事件" 分支；未越限时进入 "可协调运行域" 分支，从而把 "必须立即处置的安全问题" 与 "可在多目标间优化的调度问题" 分流处理。同时按控制周期递推更新储能荷电状态动态模型，为后续滚动预测提供状态初值与递推基线。

58、本发明在本地治理通道内，分别计算高电压、低电压、三相不平衡、反向负载率四类本地治理需求。当各类需求之间不存在充放电方向冲突时，直接由触发需求确定目标有功、无功功率；当不同治理需求在充放电方向上相互矛盾时（例如同时要求充电与放电），不做简单折中，而是分别构造放电子候选方案与充电子候选方案，将两者一并代入综合预测代价函数，以预测代价较小者作为本地治理请求候选方案，并输出对应的三相目标有功功率与三相目标无功功率，从而把方向性冲突转化为可比较、可优选的两个候选。

59、本发明在可协调运行域分支下，系统对四类运行模式并行开展候选预测：先分别确定本地治理、调频、调峰、空闲模式下请求候选方案的有功功率基准；再在设定的滚动预测时域内，对每个请求候选方案逐周期递推储能荷电状态与台区运行状态，得到各请求候选方案在未来时域内的状态轨迹。在此之上构建综合预测代价函数，其代价项涵盖电压偏差、三相不平衡、反向过载率、调频跟踪偏差、调峰跟踪偏差、soc偏离、电池衰减以及模式切换惩罚，从而把电气安全、电网跟踪、储能寿命与切换代价统一折算为可比较的标量代价，并据此计算各请求候选方案在滚动预测时域内的综合预测代价。

60、本发明请求候选方案在优选之前先经过可行域约束校验，依次核验荷电状态运行区间、充放电功率上限与功率爬坡率三类硬约束，剔除任何一项不满足的不可行方案 。在剩余可行请求候选方案中，选取综合预测代价最小的方案作为候选运行模式，使最终决策同时满足储能安全运行边界与多目标优化偏好。

61、本发明设立了两类控制分支的出口仲裁逻辑。当两级电压阈值判别模型判定发生安全越限事件时，安全优先级最高：当前运行模式被强制切换，系统立即转入本地治理，由pcs 以并网点电压恢复为目标执行应急控制；与此同时，被本次强制切换所中断的虚拟电厂调频或调峰指令并不被丢弃，而是挂起保存，并在后续越限解除、系统恢复至可协调运行域时可进入恢复仲裁流程，决定是否以及如何接续原电网指令，避免应急切换造成电网服务中断。

62、在可协调运行域内，系统依据滚动预测与优选结果得到候选运行模式，但并不立即切换：构建模式切换迟滞校验机制，仅当当前运行模式与候选运行模式的综合预测代价之差超过设定阈值时，才允许切换至候选运行模式；若代价差不足以覆盖切换所引入的扰动与电池衰减代价，则维持当前模式。该机制用于抑制电压、负荷小幅波动引起的模式频繁抖动。

63、本发明对最终生效的候选运行模式，取其对应的有功功率基准作为有功给定，并在此基础上执行 pcs 分相无功补偿计算，按三相分别生成储能并网点的三相有功输出指令与三相无功输出指令，使分相有功、无功协同响应本地治理与电网调度需求。

64、与现有技术相比，本发明通过上述技术方案，能够取得以下有益技术效果：

65、第一，通过构建本地治理、调频、调峰、空闲四类运行模式互斥运行模型，约束同一时刻仅一种模式生效，能够从控制逻辑层面避免多模式并行下发所引起的有功、无功指令相互冲突，保证储能并网点功率给定的唯一性与一致性。

66、第二，通过两级电压安全阈值判别模型将并网点运行状态划分为安全越限事件与可协调运行域两个控制分支，能够实现"安全问题优先处置、优化问题统筹协调"的分层控制，使系统在电压越限时优先保障设备与台区安全，在电压正常时再进行多目标经济调度。

67、第三，通过对高电压、低电压、三相不平衡、反向负载率四类本地治理需求并行计算，并在充放电方向冲突时分别构造放电子候选方案与充电子候选方案、代入综合预测代价函数择优，能够将本地治理内部的方向性冲突转化为可量化比较的候选选择，避免简单折中导致治理能力相互抵消，有利于提升本地治理需求的综合满足度。

68、第四，通过在滚动预测时域内对四类运行模式的请求候选方案逐周期递推荷电状态与台区运行状态，并构建涵盖电压偏差、三相不平衡、反向过载率、调频跟踪、调峰跟踪、soc偏离、电池衰减与模式切换惩罚项的综合预测代价函数，能够将电气安全、电网跟踪性能、储能寿命与切换代价统一纳入同一决策框架，使模式选择具有前瞻性与全局优化性，而非仅依据当前时刻瞬时状态做出反应。

69、第五，通过荷电状态运行区间、充放电功率与功率爬坡率三类可行域约束先行剔除不可行方案，再在剩余可行方案中优选综合预测代价最小者，能够以硬约束保障储能本体安全运行边界，以软代价实现多目标协调，兼顾安全性与优化性。

70、第六，通过安全越限事件触发时强制切换至本地治理，并对中断的虚拟电厂调频或调峰指令进行挂起保存，能够在应急工况下快速响应并网点电压安全问题，同时避免电网调度指令因应急切换而丢失，有利于越限解除后接续原调频、调峰服务，保障电网侧任务的连续性。

71、第七，通过构建模式切换迟滞校验机制，仅当当前运行模式与候选运行模式的综合预测代价之差超过设定阈值时方允许切换，能够抑制并网点电压、台区负荷小幅波动引起的运行模式频繁抖动，减少模式切换所引入的功率扰动与电池循环损耗。

72、第八，通过基于生效模式有功基准执行pcs分相无功补偿计算、按三相分别生成有功与无功输出指令，能够实现分相级别的有功、无功协同控制，有利于同时响应三相电压偏差与三相不平衡问题，提升并网点电能质量治理的精细度。