一种含多微网主动配电系统分散协同经济调度方法技术方案

本发明专利技术公开了一种含多微网主动配电系统分散协同经济调度方法。本发明专利技术包括如下步骤：(1)建立分布式电源优化运行模型，求解最优调度模型，计算微网节点电价；考虑微网中微型燃气轮机、燃料电池、储能设备的出力特性和耗能特性以及风电、光伏的随机出力特性，采用原对偶内点法计算出微网各节点电价；(2)设计多微网分散协同优化调度框架，并以此确定各分布式电源出力大小；(3)研究考虑多微网接入影响的主动配电系统优化调度模型及其求解方法。本发明专利技术不仅实现了经济运行同时依靠微网层的支持以及网络重构提高了配电系统的电能质量、削峰填谷能力，为微网系统接入配电系统优化调度提供了有价值的参考。

Decentralized coordinated economic dispatch method for active power distribution system with multi microgrid

The present paper discloses a decentralized cooperative economic dispatch method for active distribution system with multi microgrid. The method comprises the following steps: (1) to establish the model of optimal operation of power distribution, optimal scheduling model, the calculation of micro grid node price; considering the output characteristics of micro grid with micro gas turbines and fuel cells, energy storage and energy dissipation characteristics and output characteristics of wind power, photovoltaic devices, calculate each node in microgrid. The price of primal dual interior point method; (2) the design of multi microgrid distributed collaborative optimization scheduling framework, and to determine the size of the output of distributed power; (3) study considering the impact of micro grid active power distribution system optimization scheduling model and its solution method. The invention not only realizes the economic operation while relying on micro network layer support and network reconfiguration of distribution system to improve power quality, peak capacity, which provides valuable reference for the microgrid access to distribution system optimization scheduling.

【技术实现步骤摘要】
一种含多微网主动配电系统分散协同经济调度方法
本专利技术涉及主动配电系统经济优化调度，属于智能电网领域，具体涉及含多微网主动配电系统分散协同经济调度方法。技术背景目前，新能源并网发电主要通过集中式接入输电网或者分布式接入本地配电系统来实现。分布式直接通过负荷侧接入，在保障高供电可靠性的同时具有很好的灵活性。随着配电自动化技术的发展，主动配电系统的概念应运而生，主动配电系统包含多种分布式电源，能够通过调度各分布式电源出力和使用灵活的网络拓扑来管理潮流，从而使得整个配电系统更高效经济地运行。主动配电系统的经济调度一直是国内外研究的重点内容。随着分布式能源的发展，越来越多的微网开始接入主动配电系统，形成了含多微网的主动配电系统。多微网系统和主动配电系统协同优化调度成为了解决大规模微网应用的关键技术。传统的集中式调度方法在收集到全系统遥测、遥信等信息的基础上集中地对电网运行状态进行调控和决策。然而在大量分布式能源接入配电网后，状态变量和决策变量剧增，集中式的调度方式暴露出海量信息难以处理、可维护性低、系统可靠性低等问题。同时，由于多微网系统的接入会给主动配电系统的运行控制带来很大影响，比如会带来网络损耗的增加，节点电压的波动等等，所以如何保障配电系统运行的可靠性和较高的电能质量是一个关键问题。含多微网主动配电系统分散协同经济调度方法研究在实际应用中有更强的适应性和鲁棒性，具有十分重要的理论与现实意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是，克服现有技术中的不足，提供一种基于市场环境的含多微网主动配电系统分散协同经济调度方法。本专利技术在调度方案设计中，考虑了各分布式电源耗能特性、负荷的波动性以及市场环境下的实时电价，同时还设计了一种多微网分散协同优化调度方法，获得了更具实用性的调度方案，并以此调度方案作为基础，在主动配电系统中采用网络重构来保障系统运行的可靠性和较高的电能质量。为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：提供一种含多微网主动配电系统分散协同经济调度方法,包括以下步骤：步骤(1)建立分布式电源优化运行模型，求解最优调度模型，计算微网节点电价；考虑微网中微型燃气轮机(microgasturbine,MT)、燃料电池(fuelcell,FC)、储能设备(energystorage,ES)的出力特性和耗能特性以及风电(windturbine,WT)、光伏(photovoltaic,PV)的随机出力特性，采用原对偶内点法(primal-dualinteriorpointmethod,PDIPM)计算出微网各节点电价。步骤(2)设计多微网分散协同优化调度框架，并以此确定各分布式电源出力大小；根据步骤1中计算得到的微网节点电价，设计一种分散协同调度框架，得到联络线上的交换功率和各分布式电源的出力大小，实现多微网系统经济最优运行。步骤(3)研究考虑多微网接入影响的主动配电网优化模型及其求解方法；在步骤2的基础上，建立考虑多微网接入影响的主动配电系统优化调度模型，实现多微网系统接入配电系统后的安全经济运行。所述步骤(1)是通过下述方式实现的：1-1.设计各分布式电源经济调度优化模型，包括微型燃气轮机、燃料电池和储能设备；具体实现方式如下:a)微型燃气轮机优化模型在一个调度时间段Δt内，作如下假设：微型燃气轮机的有功出力恒定，取Δt为1h来分析。微型燃气轮机发电过程中的燃料消耗费用计算公式为：式中Cng为天然气价格，取2.5元/m3；LHVng为天然气低热值，取9.7kW·h/m3；PMT为燃气轮机输出的电功率；ηMT为燃气轮机的发电效率，其函数值与PMT大小有关，ηMT的函数曲线如附录图1中所示。b)燃料电池优化模型燃料电池发电过程中的燃料消耗费用计算公式为式中PFC、ηFC分别为燃料电池的输出功率与输出效率。c)储能设备优化模型储能设备的荷电状态是指电池剩余电量和电池标称总容量的比值。在某一时刻t的荷电状态计算公式为：CSOC(t)＝CSOC(t-1)-Pb(t)/ηb-αBCB(3)式中：CSOC(t)为t时刻蓄电池的剩余电量；Pb(t)为t时刻ES的充放电功率；ηb为ES充、放电效率，取0.95；αB为ES每小时的自放电比例，取0.01；CB为ES的总容量。ES每次充放电会对其寿命造成损伤，在不同的蓄电状态下，充放电功率大小会对蓄电池寿命折损产生不同的效应。ES在一个调度时间段Δt内充放电成本折旧计算公式为：CES＝σPb(t)Δt(4)式中：σ为充放电折旧系数。1-2.建立多微网经济调度模型，计算微网节点电价，具体实现方式如下：构建的经济调度模型目标函数为微网系统运行费用最低：MinCMT(t)+CFC(t)+CES(t)+CB(t)(5)其中CMT(t)、CFC(t)、CES(t)分别为t时刻微型燃气轮机、燃料电池的燃料成本和储能设备的折损成本，可分别由(1)(2)(4)式计算得到；CB(t)为微网与外网的电能交易成本，正值为从外网购电，负值为向外网售电。约束条件包括：PMT(t)-PMT(t-1)≤Rup,MT(7)PMT(t-1)-PMT(t)≤Rdown,MT(8)PGimin≤PGi(t)≤PGimax(10)其中，NG、ND、NW分别为微源、节点和联络线数目，PGi为分布式电源i的出力，PDj为节点j的负荷大小，PWk为联络线k向微网的功率输入，Loss表示系统网络损耗，由潮流计算得到。Rup,MT、Rdown,MT分别为微型燃气轮机组一个调度时间段内的增加、降低功率的限值；式(9)为蓄电池的容量约束，最大、最小和初始容量分别取100％、30％、70％。式(10)为微型气轮机、燃料电池和储能设备出力上下限约束。节点电价是指节点单位负荷需求增加引起的系统运行费用增量，此定价机制被广泛用于电力市场的能量管理中。原对偶内点法(primal-dualinteriorpointmethod,PDIPM)是一种有效求解非线性规划问题的方法，常被用来求解最优潮流问题。最优潮流中对应于潮流平衡方程的拉格朗日乘子与节点电价具有相同的经济意义。本专利技术采用原对偶内点法求解微网经济调度模型，并以此求出节点电价。首先定义引入l1>0,u1>0；l2>0,u2>0；l3>0,u3>0；l4>0,u4>0，分别为不等式约束条件(7)-(10)的松弛变量，将其转换为等式约束条件：引入障碍函数项，得到扩展的目标函数：其中μ＞0为障碍因子。引入潮流方程拉格朗日乘子λ以及不等式约束上下限的对偶变量z,w得到如下的拉格朗日函数：根据节点电价的定义对式(13)中的PD求偏导得到节点i的节点电价为其中*表示最优解点。根据K-T最优性条件和牛顿法求解非线性方程组可以得到方程的最优解，从而得到节点电价。原对偶内点算法和对偶变量初值的选取要恰当，需要在每次迭代中选取一定的迭代步长，本专利技术中原步长和对偶步长采用下式确定：所述步骤(2)是通过下述方式实现的：2-1.建立考虑多微网接入影响的主动配电网重构模型。由于多个互联微网的接入会给配电网的运行控制带来很大影响，比如会带来网络损耗的增加，节点电压的波动等等。所以配电网的主动重构优化目标主要是尽量减少多微网系统接入对配网的影响，保障配网运行的可靠性和较本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含多微网主动配电系统分散协同经济调度方法,其特征在于包括以下步骤：步骤(1)建立分布式电源优化运行模型，求解最优调度模型，计算微网节点电价；考虑微网中微型燃气轮机、燃料电池、储能设备的出力特性和耗能特性以及风电、光伏的随机出力特性，采用原对偶内点法计算出微网各节点电价；步骤(2)设计多微网分散协同优化调度框架，并以此确定各分布式电源出力大小；根据步骤1中计算得到的微网节点电价，设计一种分散协同调度框架，得到联络线上的交换功率和各分布式电源的出力大小，实现多微网系统经济最优运行；步骤(3)研究考虑多微网接入影响的主动配电系统优化调度模型及其求解方法；在步骤2的基础上，建立考虑多微网接入影响的主动配电系统优化调度模型，实现多微网系统接入配电系统后的安全经济运行。

【技术特征摘要】
1.一种含多微网主动配电系统分散协同经济调度方法,其特征在于包括以下步骤：步骤(1)建立分布式电源优化运行模型，求解最优调度模型，计算微网节点电价；考虑微网中微型燃气轮机、燃料电池、储能设备的出力特性和耗能特性以及风电、光伏的随机出力特性，采用原对偶内点法计算出微网各节点电价；步骤(2)设计多微网分散协同优化调度框架，并以此确定各分布式电源出力大小；根据步骤1中计算得到的微网节点电价，设计一种分散协同调度框架，得到联络线上的交换功率和各分布式电源的出力大小，实现多微网系统经济最优运行；步骤(3)研究考虑多微网接入影响的主动配电系统优化调度模型及其求解方法；在步骤2的基础上，建立考虑多微网接入影响的主动配电系统优化调度模型，实现多微网系统接入配电系统后的安全经济运行。2.根据权利要求1所述的一种含多微网主动配电系统分散协同经济调度方法,其特征在于步骤(1)是通过下述方式实现的：1-1.设计各分布式电源经济调度优化模型，包括微型燃气轮机、燃料电池和储能设备；具体实现方式如下:a)微型燃气轮机优化模型在一个调度时间段Δt内，作如下假设：微型燃气轮机的有功出力恒定，取Δt为1h来分析；微型燃气轮机发电过程中的燃料消耗费用计算公式为：式中Cng为天然气价格，取2.5元/m3；LHVng为天然气低热值，取9.7kW·h/m3；PMT为燃气轮机输出的电功率；ηMT为燃气轮机的发电效率，其函数值与PMT大小有关；b)燃料电池优化模型燃料电池发电过程中的燃料消耗费用计算公式为式中PFC、ηFC分别为燃料电池的输出功率与输出效率；c)储能设备优化模型储能设备的荷电状态是指电池剩余电量和电池标称总容量的比值；在某一时刻t的荷电状态计算公式为：CSOC(t)＝CSOC(t-1)-Pb(t)/ηb-αBCB(3)式中：CSOC(t)为t时刻蓄电池的剩余电量；Pb(t)为t时刻ES的充放电功率；ηb为ES充、放电效率，取0.95；αB为ES每小时的自放电比例，取0.01；CB为ES的总容量；ES每次充放电会对其寿命造成损伤，在不同的蓄电状态下，充放电功率大小会对蓄电池寿命折损产生不同的效应；ES在一个调度时间段Δt内充放电成本折旧计算公式为：CES＝σPb(t)Δt(4)式中：σ为充放电折旧系数；1-2.建立多微网经济调度模型，计算微网节点电价，具体实现方式如下：构建的经济调度模型目标函数为微网系统运行费用最低：MinCMT(t)+CFC(t)+CES(t)+CB(t)(5)其中CMT(t)、CFC(t)、CES(t)分别为t时刻微型燃气轮机、燃料电池的燃料成本和储能设备的折损成本，可分别由(1)(2)(4)式计算得到；CB(t)为微网与外网的电能交易成本，正值为从外网购电，负值为向外网售电；约束条件包括：PMT(t)-PMT(t-1)≤Rup,MT(7)PMT(t-1)-PMT(t)≤Rdown,MT(8)PGimin≤PGi(t)≤PGimax(10)其中，NG、ND、NW分别为微源、节点和联络线数目，PGi为分布式电源i的出力，PDj为节点j的负荷大小，PWk为联络线k向微网的功率输入，Loss表示系统网络损耗，由潮流计算得到；Rup,MT、Rdown,MT分别为微型燃气轮机组一个调度时间段内的增加、降低功率的限值；式(9)为蓄电池的容量约束，最大、最小和初始容量分别取100％、30％、70％；式(10)为微型气轮机、燃料电池和储能设备出力上下限约束；采用原对偶内点法求解微网经济调度模型，并以此求出节点电价；首先定义引入l1>0,u1>0；l2>0,u2>0；l3>0,u3>0；l4>0,u4>0，分别为不等式约束条件(7)-(10)的松弛变量，将其转换为等式约束条件：引入障碍函数项，得到扩展的目标函数：其中μ＞0为障碍因子；引入潮流方程拉格朗日乘子λ以及不等式约束上下限的对偶变量z,w得到如下的拉格朗日函数：根据节点电价的定义对式(13)中的PD求偏导得到节点i的节点...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪新武，张少军，
申请(专利权)人：广东双新电气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44