基于三端口电力电子变压器并网的交直流混合微网运行优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三端口电力电子变压器并网的交直流混合微网运行优化方法，包括以下步骤：(1)提出分层控制结构；(2)建立分层优化模型；(3)改进供蓄电指标，应用改进后的供蓄指标简化模型约束条件；(4)利用多目标加权和遗传算法对模型求解，获得交直流混合微网的优化运行方式。本发明专利技术考虑到PET容量对微网规模的限制和微网的自治性及交流微网、直流微网间的协调性，能够扩大PET联结的微网规模，提高新能源利用率，降低负载、DG等效功率变化率，为制定交直流混合微网的运行方式提供指导和帮助。

Operation optimization method of AC / DC hybrid microgrid based on three port power electronic transformer interconnection

The invention discloses an optimization method of AC / DC hybrid micro network operation based on three port power electronic transformer and network. The following steps are as follows: (1) a hierarchical control structure is proposed; (2) a hierarchical optimization model is established; (3) improving the power storage index and applying the improved storage index to simplify the model constraints; (4) multiobjective addition is used. Weight and genetic algorithm are used to solve the model, and the optimal operation mode of AC / DC hybrid microgrid is obtained. Considering the limitation of PET capacity on micronet scale, autonomy of micronet and the coordination between AC micronet and DC micronetwork, the invention can expand the micro network size of PET connection, improve the utilization of new energy, reduce the load and DG equivalent power change rate, and provide guidance and help for the operation of AC and DC hybrid micronetworks.

【技术实现步骤摘要】
基于三端口电力电子变压器并网的交直流混合微网运行优化方法
本专利技术涉及交直流混合微网运行优化，尤其涉及一种基于三端口电力电子变压器并网的交直流混合微网运行优化方法。
技术介绍
间歇性分布式电源(DG)输出波动较大，影响电网的安全稳定运行。为满足DG并网需求，具有良好调节特性的微网近年来得到了快速发展。微网分为交流微网和直流微网，交流微网是现阶段DG并网的主要形式。随着光伏、储能等直流电源和电动汽车等直流负载的快速发展，省略中间换流环节的直流微网近年来受到广泛重视。未来一段时间，交流微网、直流微网将长期并存，并相互支撑。电力电子变压器(PET)具备变压、隔离、能量双向传输功能，能够实现多种DG灵活接入，是微网并网的理想工具。国内外对PET的研究主要集中在两端口PET的拓扑结构及控制功能。两端口PET受结构限制，一般仅具有高、低压交流端口，功能单一。因此，提供交、直流接口的新型三端口PET日益受到重视，国内外都开展了样机研制。FREEDM研制了容量为8kVA三端口样机，中科院电工所的试验样机为1MVA。受技术限制，三端口PET容量短期无法大幅提升，限制了通过PET并网的微网规模。交直流混合微网运行优化主要以运行成本最低为目标，但该优化方式难以发挥微网的自治性及交流微网、直流微网间的协同性，并会造成并网点功率波动大，并网设备备用容量大，通过PET并网的微网规模更加受限。新能源最大消纳是微网优化的另一重要目标，但微网中新能源、负载波动大，调度困难。
技术实现思路
专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种基于三端口电力电子变压器并网的交直流混合微网运行优化方法。技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于三端口电力电子变压器并网的交直流混合微网运行优化方法，包括步骤：(1)提出分层控制结构；(2)建立分层优化模型；(3)改进供蓄电指标，应用改进后的供蓄指标简化模型约束条件；(4)利用多目标加权和遗传算法对模型求解，获得交直流混合微网的优化运行方式。所述步骤(1)中，交直流混合微网分为并网点层、混合层和微网层。微网功率失衡时，先利用微网层自治能力平抑波动；若微网层调节能力不足，通过混合层协调交流微网、直流微网功率交换；若前两层控制无法平抑波动，通过并网点层协调主网、交流微网、直流微网三者的能量传递，平衡微网波动。所述步骤(2)中，以并网点层功率波动最小，混合层最大消纳新能源，微网层DG和负载等效功率变化率最小为目标建立分层优化模型。所述步骤(3)中，基于电力电子变压器传输效率和与微网相连的端口容量限制，改进微网的供蓄指标，应用改进后的供蓄指标代替端口容量、负荷、DG、ESS功率、荷电状态等约束，简化模型约束条件。有益效果：本专利技术优化方法可扩大PET联结的微网规模，提高新能源利用率，降低负载、DG等效功率变化率，提高微网供电连续性和可靠性；改进微网、PET并网点的供蓄指标，减少优化模型约束条件，提高模型求解效率。附图说明图1为三端口电力电子变压器并网的交直流混合微网分层结构；图2为验证算例中交直流混合微网负载功率图；图3为验证算例中交直流混合微网新能源功率图；图4为交流微网对外功率图，满足交流微网供蓄指标约束；图5为直流微网对外功率图，满足直流微网供蓄指标约束；图6为并网点功率图，满足并网点供蓄指标约束；图7为本专利技术优化方法和最优经济为目标时，并网点功率对比图；图8为本专利技术优化方法和最优经济为目标时，新能源消纳量对比图；图9为本专利技术优化方法和最优经济为目标时，交流微网风电、负载等效功率对比图；图10为本专利技术优化方法和最优经济为目标时，直流微网光伏、负载等效功率对比图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。为便于微网自治及交流微网、直流微网、主网的相互协调，将三端口PET并网的交直流混合微网分为微网层、混合层和并网点层，如图1所示。微网功率失衡时，先利用微网层自治能力平抑波动；若微网层无法平抑波动，通过混合层协调交流微网、直流微网功率交换；若前两层控制都无法平抑功率波动，通过并网点层全局控制，协调主网、交流微网、直流微网三者的能量传递，使微网重新平衡。本专利技术的基于三端口电力电子变压器并网的交直流微网运行优化方法，具体包括以下步骤：(1)根据分层结构，以并网点层功率波动最小、混合层最大消纳新能源、微网层DG、负载等效功率变化率最小为目标建立分层优化模型；a、并网点层：并网点功率波动最小降低并网点层功率波动可减小PET备用容量，从而在PET容量不变的情况下扩大联结的交直流微网规模，目标函数如下：其中，N为调度期间的时段数，Ppet(t)为PET并网点的功率，以流入并网点为正，为并网点一天的平均功率。b、混合层：新能源消纳量最大风电、光伏分别接入交流微网、直流微网，优化新能源消纳量时，以混合层风电、光伏总消纳量最大为目标，建立函数如下：其中，Ewt(t)、Epv(t)、为混合微网每个时段风电、光伏实际发电量和最大发电量。c、微网层：DG和负载等效功率变化率最小微网中DG、负载功率波动大，影响功率调度，利用储能充放电跟踪DG和负载功率变化可提高微网供电的连续性和可靠性。ESS平抑DG和负载功率的效果用等效功率变化率描述，目标函数定义为：其中，Pout.AC(t)、Pout.DC(t)为储能调节后的交流微网、直流微网DG、负载的等效功率。Pout.AC(t)＝Pwt(t)-Pload.AC(t)-PESS.AC(t)Pout.DC(t)＝Ppv(t)-Pload.DC(t)-PESS.DC(t)(2)基于PET端口的容量、传输效率限制，改进微网、PET并网点供蓄能力指标，量化微网、并网点对外功率交换范围，将上述指标应用于PET优化，减少优化模型约束条件；a、传统约束条件如下：并网点功率平衡约束：Pwt(t)+Ppv(t)+ηpetPpet＝Pload.AC(t)+Pload.DC(t)+PSB.AC(t)+PSB.DC(t)+(1-ηcv)|Pcv|直流微网功率平衡约束：交流微网功率平衡约束：其中，Pcv为微网间双向逆变器输入功率，以从直流微网输入为正，Ppet.AC、Ppet.DC为交流微网、直流微网从PET吸收的功率，以流入微网为正，ηpet、ηcv为PET与微网、交流微网与直流微网间的传输效率。PET端口容量约束：其中，为PET输入端口、交流端口、直流端口额定容量。风、光、储、负荷约束：风电、光伏无法支撑微网电压、频率，采用P-Q控制，发电功率在零到最大可输出功率之间。ESS运行受额定充放电功率和荷电状态(SOC)约束。微网负荷分可调负荷、刚性负荷，可调负荷随电价等因素在一定范围可调，刚性负荷一天中基本不变。b、优化模型求解计算量大，为简化求解，以主动配电网自治区域供蓄指标代替负荷、DG、ESS功率、荷电状态等约束条件，减少模型求解计算量，公式如下：供电指标：蓄电指标：其中，Pu.k、Pt.k为第k个ESS的充放电功率，ESS运行受充放电功率和荷电状态约束，Pi为第i个DG功率，0≤Pi≤Pi.max，Fm、Fn为可调负荷、刚性负荷集合，供电能力以流出为正，蓄电能力以流入为正。c、基于PET传输效率和与微网相连的端口容量限制，改进微网的供蓄指标；微网供电能力指标：其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三端口电力电子变压器并网的交直流混合微网运行优化方法，其特征在于：包括步骤：(1)提出分层控制结构；(2)建立分层优化模型；(3)改进供蓄电指标，应用改进后的供蓄指标简化模型约束条件；(4)利用多目标加权和遗传算法对模型求解，获得交直流混合微网的优化运行方式。

【技术特征摘要】
1.一种基于三端口电力电子变压器并网的交直流混合微网运行优化方法，其特征在于：包括步骤：(1)提出分层控制结构；(2)建立分层优化模型；(3)改进供蓄电指标，应用改进后的供蓄指标简化模型约束条件；(4)利用多目标加权和遗传算法对模型求解，获得交直流混合微网的优化运行方式。2.根据权利要求1所述的基于三端口电力电子变压器并网的交直流混合微网运行优化方法，其特征在于：所述步骤(1)中，交直流混合微网分为并网点层、混合层和微网层；微网功率失衡时，先利用微网层自治能力平抑波动；若微网层调节能力不足，通过混合层协调交流微网、直流微网功率交换；若前两层控制无法平抑波动，通过并...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝思鹏，黄堃，周宇，刘思亦，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32