含电力电子变压器的交直流混合系统日前优化调度方法技术方案

本发明专利技术公开了一种含电力电子变压器的交直流混合系统日前优化调度方法，该方法包括：将电力电子变压器引入到交直流混合系统中，建立日前优化调度的目标函数；建立电力电子变压器的稳态模型，建立微型燃气轮机模型的约束条件、储能电池模型的约束条件、交流系统和直流系统的功率平衡约束条件；基于上述稳态模型、目标函数以及约束条件，实现交直流混合系统的分布式能源充分消纳以及经济最优。本方法通过电力电子变压器的功率调节功能来对交流网络和直流网络之间的功率传递进行控制，可有效实现分布式发电的充分消纳，另外，通过对分布式发电的合理应用，降低了电力系统的运行成本，实现了交直流混合系统的经济运行。

【技术实现步骤摘要】
含电力电子变压器的交直流混合系统日前优化调度方法
本专利技术涉及电力电子变压器领域，尤其涉及一种含电力电子变压器的交直流混合系统日前优化调度方法。
技术介绍
近年来，随着微电网与分布式发电技术的不断发展，越来越多的清洁能源在电力系统中得到应用。由于我国目前面临严峻的能源和环境问题，所以更多的分布式发电装置接入到电网中，降低对环境造成污染的火力发电在电力生产中的比例已经成为电力行业发展必然的趋势[1]。分布式能源接入电网分为交流接入和直流接入两种类型。直流接入相比交流接入方式，可以节省换流环节，降低系统损耗，另外，直流接入电网不需要考虑相位与频率的同步，使得系统的可控性和可靠性大大增强。因此，直流是分布式可再生能源最为理想的接入形式。然而，考虑到电力系统的历史原因，在现阶段，微电网的主要形式还是交流系统，想在短期内把微电网全部改为直流接入不太可能，因此，交直流并存的混合电力系统将会是以后很长一段时期仍然占主要比例的系统结构[2]。对于大规模的分布式发电装置接入电力系统，并不是简单的将其和电力系统相连便可以实现，由于分布式发电装置受太阳能、风能各种条件的约束，其发电具有间歇性，其大量的接入会对电网造成扰动，而以目前电网的柔性调控和互联互济能力，还不足以解决上述问题，因此阻碍了分布式可再生能源的充分消纳与经济利用。为解决上述问题，本文提出将新型的电力电子变压器应用于含分布式再生能源的交直流混合系统中，电力电子变压器是在高频变压器的基础上增加了电力电子变换电路，通过电力电子器件与高频变压器相结合来实现其功能，由于PET(电力电子变压器)同时具有交流接口和直流接口，使得其具有变压、隔离和能量传输功能，可以作为“能量路由器”，实现对其端口处的能量协调管理[3]。对于电力电子变压器的研究，目前主要集中在其拓扑结构、物理模型以及控制策略上，将其应用到电力系统中的研究也大多只涉及配电网。文献[4]中对电力电子变压器的工作原理、拓扑结构以及控制策略进行了详尽地阐述，并对电力电子变压器与现有电网的结合进行了构想与展望；文献[5]提出了将电力电子变压器应用于配电网时的拓扑结构和控制策略，并利用电力系统电磁暂态仿真软件(例如：可以为PSCAD软件)对含电力电子变压器的配电网进行了仿真分析；文献[6]基于谐振变换器的工作特点，提出了面向中高压电网的电力电子变压器统一降阶建模方法及单级控制策略。该模型和策略相比于传统电力电子变压器的建模方法与控制策略结构更简单，控制能力更强。对于交直流混合系统的分布式能源日前优化调度，文献[7]中提出了一种基于本地信息的能量管理和协调控制方法，来实现多源、多负荷交直流微电网的能量管理和协调控制；文献[8]将经济成本与环境成本相结合，以此作为目标函数，在此基础上建立了交直流混合系统优化运行模型，并提出了基于改进黑洞算法来对交直流混合系统进行优化运算；文献[9]对于交直流混合系统能量管理提出了一种概率经济调度方法，采用蒙特卡洛以及场景缩减技术对不可控负载以及分布式能源进行负荷预测，并通过不同状况下算例的对比验证了所提方法的有效性和可行性。上述文献分别对电力电子变压器和交直流混合系统的分布式能源日前优化调度进行了有益的探索和分析，但是并没有把电力电子变压器和交直流混合系统的分布式能源日前优化调度进行结合，未能充分发挥电力电子变压器灵活协调的“能量路由器”作用。
技术实现思路
本专利技术提供了一种含电力电子变压器的交直流混合系统日前优化调度方法，本专利技术建立了系统级优化运行的模型，以改善目前电力系统中存在的交直流变换环节复杂，电网应对不确定因素能力差的缺陷，详见下文描述：一种含电力电子变压器的交直流混合系统日前优化调度方法，所述方法包括：将电力电子变压器引入到交直流混合系统中，建立日前优化调度的目标函数；建立电力电子变压器的稳态模型，建立微型燃气轮机模型的约束条件、储能电池模型的约束条件、交流系统和直流系统的功率平衡约束条件；基于上述稳态模型、目标函数以及约束条件，实现交直流混合系统的分布式能源充分消纳以及经济最优。进一步地，所述方法将交直流混合系统结构由原来的链式结构变为分布式结构。优选地，所述日前优化调度的目标函数具体为：其中，为微型燃气轮机在t时刻的输出功率；为t时刻电池内储存的电能，为从主网流向PET内部的有功功率及无功功率。进一步地，所述电力电子变压器稳态模型具体为：考虑不允许电能从交直流系统输送到主网情况下，三端口功率满足：容量约束条件：交流端口和直流端口处约束条件：其中，所述交流系统和直流系统的功率平衡约束条件具体为：其中，为t时刻风机出力，为t时刻交流负荷的负荷量。优选地，其中，为微型燃气轮机在时间t内的发电成本，ρMT为微型燃气轮机在t时刻的单位发电成本。优选地，其中，为t时刻的电池成本，cB为电池的基本成本系数，是与电池的最小充电状态相关联的标量函数，SOCmin为电池的最小充电状态，为t时刻电池内储存的电能。优选地，其中，为t时刻交直流混合系统在主网购电所花费成本，ρMo为主网在t时刻的实时电价，为t时刻交直流电力混合系统从主网所购电量。本专利技术提供的技术方案的有益效果是：1、本专利技术从电力电子变压器的基本运行特征与不同运行模式下的可调控能力出发，为实现多种可再生能源的灵活、高效消纳，考虑新型电力电子设备与交直流混合系统运行特性，提出含电力电子变压器交直流混合系统的分布式能源日前优化调度方法；2、本专利技术在深入了解电力电子变压器的运行特征及交直流混合可再生能源电力系统的应用场景的基础上，对电力电子变压器的运行模式进行了研究；3、本专利技术在熟练掌握Maltab平台下的程序开发技术的基础上，考虑交直流网络柔性调控能力，研究以经济最优为目标的日前优化调度策略；4、本专利技术中的电力电子变压器通过其端口处功率的调控能力，可以使得功率在主网、交流电力系统、直流电力系统中灵活传输，从而提高新能源的消纳能力，降低电力系统的运行成本，提高电力系统的经济性。附图说明图1为含电力电子变压器的交直流混合系统分布式能源的日前优化调度方法的流程图；图2为含PET交直流混合系统的结构图；图3为电力电子变压器工作原理的示意图；图4为PET三端口等效模型的示意图；图5为含PET的交直流混合系统的结构图；图6为PET交直流端口输出功率的示意图；图7为主网功率注入和电池充放电安排的示意图；图8为光伏发电与电池充放电安排的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。为了更好地方便理解，下面对本专利技术实施例提供的含电力电子变压器的交直流混合系统分布式能源的日前优化调度方法的设计原理介绍如下：本专利技术实施例所设计的含电力电子变压器的交直流混合系统日前优化调度方法并不是电力电子变压器和原有含交直流混合系统的简单相加，说明如下：一方面，交流电力系统和直流电力系统之间的连接部分为系统中的核心部分，将电力电子变压器引入到混合电力系统中，需要对作为实物的电力电子变压器进行数学建模，以使其可以用于优化；另一方面，电力电子变压器的引入改变了交直流混合系统的拓扑结构，电力系统由原来的链式结构变为分布式结构，即：传统交直流混合系统中主网通过变压器与交流系统相连，交流系统通过交直流变换器与直流系统相连，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含电力电子变压器的交直流混合系统日前优化调度方法，其特征在于，所述方法包括：将电力电子变压器引入到交直流混合系统中，建立日前优化调度的目标函数；建立电力电子变压器的稳态模型，建立微型燃气轮机模型的约束条件、储能电池模型的约束条件、交流系统和直流系统的功率平衡约束条件；基于上述稳态模型、目标函数以及约束条件，实现交直流混合系统的分布式能源充分消纳以及经济最优。

【技术特征摘要】
1.一种含电力电子变压器的交直流混合系统日前优化调度方法，其特征在于，所述方法包括：将电力电子变压器引入到交直流混合系统中，建立日前优化调度的目标函数；建立电力电子变压器的稳态模型，建立微型燃气轮机模型的约束条件、储能电池模型的约束条件、交流系统和直流系统的功率平衡约束条件；基于上述稳态模型、目标函数以及约束条件，实现交直流混合系统的分布式能源充分消纳以及经济最优。2.根据权利要求1所述的一种含电力电子变压器的交直流混合系统日前优化调度方法，其特征在于，所述方法将交直流混合系统结构由原来的链式结构变为分布式结构。3.根据权利要求1所述的一种含电力电子变压器的交直流混合系统日前优化调度方法，其特征在于，所述日前优化调度的目标函数具体为：其中，为微型燃气轮机在t时刻的输出功率；为t时刻电池内储存的电能，为从主网流向PET内部的有功功率及无功功率。4.根据权利要求1所述的一种含电力电子变压器的交直流混合系统日前优化调度方法，其特征在于，所述电力电子变压器稳态模型具体为：考虑不允许电能从交直流系...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆云飞，郭世琦，贾宏杰，余晓丹，黄强，袁晓东，李强，柳丹，
申请(专利权)人：天津大学，国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：天津,12