社区级直流微电网群的在线能量调度方法技术

本发明专利技术属于电力系统微电网技术领域，尤其涉及一种社区级直流微电网群的在线能量调度方法，包括：确定微电网群能量调度的目标函数、决策变量与约束条件；针对储能队列确定李雅普诺夫函数与李雅普诺夫漂移；采用李雅普诺夫优化方法将问题转化为每个时刻的子问题；每个微电网控制器获取自身的光伏出力，负荷及储能剩余电量来决策储能的充放电量，计算自身的负荷缺额与剩余电量并传送给中央控制器对子问题进行求解，得到决策变量并循环优化。本发明专利技术将能源共享问题转换为线性规划问题，不依赖未来信息，只需当下时刻信息即可实现微电网之间交换电量的实时决策，提高了可再生能源的消纳率，计算复杂度低，执行效率高，适应微电网群规模的扩张。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统微电网
，尤其涉及一种社区级直流微电网群的在线能量调度方法。
技术介绍
微电网是分布式协调可再生能源与用户负荷的理想平台。目前微电网的结果主要包括：交流微电网、直流微电网和混合微电网。随着直流用电负荷比例逐渐增高，储能设备使用的增多，敏感负荷对供电质量要求的提高，且大多数可再生能源的输出功率形式为直流，直流微电网将成为未来微电网领域的一种重要模式。直流微电网无需考虑频率稳定性、集肤效应、无功调节以及交流损耗等问题，提高了整个微电网的运行效率。为了防止电源断电事故以及可再生能源的浪费，大多数直流微电网仍需要与公共电网保持联接。为了降低可再生能源输出功率的间歇性对电网的影响，微电网之间需要互相连接，即形成了直流微电网群。社区级直流微电网群可以理解为由多个直流微电网构成的社区，每个微电网即为单个的居民用户，包括分布式电源，储能设备及相应的负荷。每个微电网均拥有能量调度控制器，并且可以与其他微电网通信，以调高整个社区的能源利用效率。
技术实现思路
为了提控制微电网之间的能源共享，提高了可再生能源在社区中的消纳能力，本专利技术提出了一种社区级直流微电网群的在线能量调度方法，包括：步骤1：确定微电网群能量调度的目标函数、决策变量与相关的约束条件，形成原始的优化问题；步骤2：针对储能队列，确定李雅普诺夫函数与李雅普诺夫漂移；步骤3：采用李雅普诺夫优化方法将原始的优化问题转化为每个时刻的子问题；步骤4：每个直流微电网的控制器获取当下时刻自身的光伏出力，负荷及储能剩余电量的相关数据；步骤5：每个直流微电网控制器根据获取的信息决策储能的充放电量，计算自身的负荷缺额与剩余电量；步骤6：每个直流微电网控制器将自身的相关信息传送给中央控制器；步骤7：中央控制器根据获取的信息对当下时刻的子问题进行求解，得到当下时刻的决策变量；步骤8：更新时间到下一时刻，返回步骤4，直到整个优化时间区间结束。所述步骤1中微电网群能量调度的目标函数为最大化光伏在微电网群中的消纳，决策变量为每个时刻微电网之间的交换电量，约束条件包括功率平衡约束，储能剩余电量与最大充放电功率的约束。所述步骤2中储能队列表示为N表示微电网群中微电网的数量；李雅普诺夫函数为代表储能队列中积累的电量；李雅普诺夫漂移定义为为李雅普诺夫函数值相邻时刻变化值的期望，代表了队列的稳定性，Ei(t)为第i个直流微电网中储能的电量水平。所述步骤5中微电网控制器决策储能的充放电量，其决策原则根据光伏发电量与负荷需求制定；当光伏发电量大于负荷需求时，储能的充电电量为光伏剩余的电量，且需要受到储能容量与最大充电功率的约束，储能的放电电量为0；当负荷需求大于光伏发电量时，储能的充电电量为0，储能的放电电量需要受到储能剩余电量与最大放电功率的约束。所述负荷缺额的定义为微电网中光伏发电单元与储能单元在当下时刻为负荷供给电量之后的负荷缺额，即只能由其他微电网供应电量的负荷缺额。所述剩余电量为储能当下时刻在微电网内部完成充放电后的剩余电量，即可传输给其他微电网的电量。本专利技术的有益效果在于：提出的在线能量调度方法将能源共享问题转换为线性规划问题，不依赖系统中的未来信息，只需要当下时刻的信息即可实现微电网之间交换电量的实时决策。在满足微电网中用户负荷需求的同时，有效地提高了可再生能源在微电网群中的消纳。同时，计算复杂度低，执行效率高，对直流微电网群规模的扩张有很好的适应性。附图说明图1是直流微电网群的结构图。图2是在线能量调度方法的流程图。图3是微电网群优化前后光伏消纳率的对比结果图。图4是优化后微电网之间的交换电量。图5是独立模式下每个微电网储能的电量水平。图6是互联模式下每个微电网储能的电量水平。具体实施方式下面结合附图，对实施例作详细说明。本专利技术提出了一种社区级直流微电网群的在线能量调度方法。图1是直流微电网群的结构图。每个微电网中的元素包括光伏发电，储能设备，用电负荷，变流器与微电网的控制器。其中，微电网控制器对微电网内部的元素进行信息采集与实时控制。双向的DC/AC变流器用于在光伏发电能源短缺时引入电网的能源为负荷供电，同时，DC/AC变流器保证了对交流负荷的供电。光伏发电单元由光伏阵列、逆变器等组成。在每个微电网中，光伏的发电量首先为内部负荷供电。在满足负荷需求后，多余的光伏电量将用于为储能充电，或者共享给光伏短缺的微电网。储能单元由电池与充放电机组成。储能的作用是在光伏满足微电网负荷需求后储存光伏多余的电量。在光伏不足时，储能中的电量将用来为弥补负荷缺额。每个微电网中的能量来源包括光伏发电单元与储能单元。每个微电网控制器将能源状况实时传送给中央控制器。中央控制器根据各个微电网的能源信息决策能源共享的参与者与电量大小，并通过各个微电网对外连接的DC-DC变流器实现能源共享。如果在直流微电网群中同时存在能源富余的微电网与能源短缺的微电网，中央控制器即可发出相应的能源共享指令。能源共享需要遵守以下几个原则：(1)对于能源富余的微电网，在为能源短缺的微电网提供能量时，能量来源优先考虑多余的光伏电量，其次是储能电量。(2)考虑到储能的充放电能量损耗，微电网之间的交换电量仅用于供给负荷，并不用于储能充电。图2是在线能量调度方法的流程图。采用图2中的在线能量调度方法，可以达到的效果是，通过调整每个时刻微电网之间的交换电量，提高光伏在微电网群中的消纳率，并保证系统的稳定性。采用的李雅普诺夫优化方法，不需要未来的信息，只依赖于当下时刻的信息进行优化，将复杂的优化问题转换为便于求解的线性规划问题，使计算复杂度得到大大降低。同时，与传统优化算法相比，当系统变量维数增加时，该算法的计算复杂度并不会呈指数型增加，遭受“维度灾难”，而是呈线型增加，对微电网群规模的扩张有很好的适应性。以10个直流微电网为研究对象，对在线能量调度方法进行为期一周的仿真，可得优化前后的光伏消纳率结果对比如表1所示。表1：优化前后光伏消纳率对比优化前优化后提升率0.4720.54014.41％图3是微电网群优化前后光伏消纳率的对比结果图。可以看出，优化后一天中大部分时间段的光伏消纳率可以达到100％。在每天的凌晨时段，由于储能中的电量达到放电深度，光伏发电量为0，因此光伏消纳率为0。图4是优化后微电网之间的交换电量。其中，横坐标上方代表该微电网向其他微电网传输能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种社区级直流微电网群的在线能量调度方法，其特征在于，包括：步骤1：确定微电网群能量调度的目标函数、决策变量与相关的约束条件，形成原始的优化问题；步骤2：针对储能队列，确定李雅普诺夫函数与李雅普诺夫漂移；步骤3：采用李雅普诺夫优化方法将原始的优化问题转化为每个时刻的子问题；步骤4：每个直流微电网的控制器获取当下时刻自身的光伏出力，负荷及储能剩余电量的相关数据；步骤5：每个直流微电网控制器根据获取的信息决策储能的充放电量，计算自身的负荷缺额与剩余电量；步骤6：每个直流微电网控制器将自身的相关信息传送给中央控制器；步骤7：中央控制器根据获取的信息对当下时刻的子问题进行求解，得到当下时刻的决策变量；步骤8：更新时间到下一时刻，返回步骤4，直到整个优化时间区间结束。

【技术特征摘要】
1.一种社区级直流微电网群的在线能量调度方法，其特征在于，包括：
步骤1：确定微电网群能量调度的目标函数、决策变量与相关的约束条件，形成原始的
优化问题；
步骤2：针对储能队列，确定李雅普诺夫函数与李雅普诺夫漂移；
步骤3：采用李雅普诺夫优化方法将原始的优化问题转化为每个时刻的子问题；
步骤4：每个直流微电网的控制器获取当下时刻自身的光伏出力，负荷及储能剩余电量
的相关数据；
步骤5：每个直流微电网控制器根据获取的信息决策储能的充放电量，计算自身的负荷
缺额与剩余电量；
步骤6：每个直流微电网控制器将自身的相关信息传送给中央控制器；
步骤7：中央控制器根据获取的信息对当下时刻的子问题进行求解，得到当下时刻的决
策变量；
步骤8：更新时间到下一时刻，返回步骤4，直到整个优化时间区间结束。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤1中微电网群能量调度的目标函数
为最大化光伏在微电网群中的消纳，决策变量为每个时刻微电网之间的交换电量，约束条
件包括功率平衡约束，储能剩余电量与最大充放电功率的约束。
3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊玮，刘念，张建华，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11