基于串行并行ADMM算法的主从配电网分布式优化控制研究附Matlab代码

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🔥 内容介绍

一、引言

随着新能源大规模接入、电力市场改革深化以及用户对供电可靠性要求的提升，配电网逐渐从传统被动运行模式向主动、灵活的运行模式转变。主从配电网作为一种新型配电网架构，通过 “主网统筹调度 + 从网自主优化” 的分层控制模式，既能实现全局资源的高效利用，又能保障局部区域的供电灵活性，成为应对复杂电网运行场景的重要解决方案。

主从配电网中，主网通常指区域配电网的主干网络，负责连接上级输电网与各从网，承担全局功率平衡、重要负荷供电保障等核心任务；从网则包括微电网、园区配电网等局部网络，具备一定的分布式电源（如光伏、风电）、储能装置和可控负荷，可实现区域内的自主运行与优化。然而，主从配电网的优化控制面临两大核心挑战：一是主从网之间存在复杂的功率交互与约束耦合（如主网对从网的功率传输限额、从网运行状态对主网潮流的影响），传统集中式优化方法需收集全系统数据，易导致通信压力大、隐私性差、容错性低等问题；二是从网数量增多时，集中式优化的计算复杂度呈指数级增长，难以满足实时控制需求。

交替方向乘子法（Alternating Direction Method of Multipliers, ADMM）作为一种高效的分布式优化算法，通过 “分解 - 协调” 机制将全局优化问题分解为多个局部子问题，各子问题独立求解后通过有限信息交互实现全局最优，在电力系统分布式优化中得到广泛应用。其中，串行 ADMM 算法通过依次更新各子问题变量，适用于子问题耦合较强的场景；并行 ADMM 算法则允许各子问题同步更新，计算效率更高，适用于大规模分布式系统。因此，研究基于串行并行 ADMM 算法的主从配电网分布式优化控制策略，对于提升主从配电网的运行效率、经济性与可靠性具有重要的理论意义和工程价值。

二、主从配电网分布式优化控制相关概述

（一）主从配电网的结构与运行特征

1. 结构分层

主从配电网采用 “主网 - 从网” 二级分层结构，具体如下：

• 主网层：由区域配电网的主干线路、主变压站、上级电源接口等组成，覆盖范围广（通常为一个行政区或工业园区），连接多个从网。主网的核心设备包括 110kV/35kV 主变、10kV 主干线路开关、无功补偿装置等，主要功能是接收上级输电网的电力，向各从网分配功率，并维持全网电压、频率稳定。

• 从网层：包括微电网（如社区微电网、校园微电网）、分布式电源集群（如光伏电站集群）、可控负荷聚合体（如商业楼宇、工业负荷）等，每个从网通过一个或多个联络节点与主网连接。从网内配备分布式电源（光伏、风电、微型燃气轮机）、储能系统（锂电池、飞轮储能）、可控负荷（如电动汽车充电桩、空调负荷），具备独立运行（孤岛模式）和并网运行（与主网协同）两种模式。

2. 运行特征

• 耦合性：主网与从网之间通过联络节点进行功率交互，从网的功率输出 / 消耗会直接影响主网的潮流分布、电压水平和网损；主网的运行约束（如线路功率限额、节点电压范围）也会限制从网的功率调节空间，形成强耦合关系。

• 分布式特性：从网具有较强的自主性，可根据自身资源（如分布式电源出力、储能状态）和运行目标（如最小化运行成本、最大化新能源消纳）进行局部优化，无需依赖主网的集中控制指令，减少了对主网通信和计算资源的依赖。

• 不确定性：从网内的分布式电源（如光伏、风电）出力受天气影响具有随机性，可控负荷（如电动汽车充电）的用电需求具有波动性，导致主从网之间的功率交互存在不确定性，增加了优化控制的难度。

• 多目标性：主从配电网的优化目标具有多维度，主网侧更关注全局经济性（如最小化网损、降低购电成本）和安全性（如避免线路过载、维持电压稳定）；从网侧更关注局部经济性（如最大化新能源消纳收益、减少储能充放电损耗）和可靠性（如保障本地重要负荷供电）。

四、基于串行并行 ADMM 的主从配电网分布式优化控制策略构建

（一）优化问题建模

将主从配电网分布式优化控制问题分解为主网子问题和从网子问题，构建具有可分离结构的优化模型，为 ADMM 算法的应用奠定基础。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 周玉陶,张正华,朱尔立,等.基于ADMM优化的停车位分配模型与求解[J].无线电工程, 2023, 53(12):2783-2790.

[2] 王渝红,廖逸犇,宋雨妍,等.风电场内部分散式无功电压优化控制策略[J].高电压技术, 2022, 48(12):5047-5056.DOI:10.13336/j.1003-6520.hve.20211158.

[3] 徐梦珂,许道云,魏明俊.基于非负矩阵分解的低秩矩阵恢复模型[J].计算机与数字工程, 2017, 45(6):6.DOI:10.3969/j.issn.1672-9722.2017.06.002.

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