一种用于灾害后快速恢复供电的多微网的分层优化调度方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于灾害后快速恢复供电的多微网的分层优化调度方法及系统，提高电力系统在灾害事件下维持关键负荷电力供应的能力，增强电网弹性：1)当灾害事件发生造成电网故障时，微网解列运行，区域内多微网组成互联系统；2)各微网根据新能源出力及负荷预测数据，以切负荷损失及运行费用最小为目标，采用滚动调度模式制定多时段的机组调度计划；3)互联微网之间进行电力的协调互助，实现全局优化。利用本发明专利技术所述方法可以在电网发生故障后最大限度维持重要负荷供电，减小停电损失。分层调度方法在兼顾经济性和高效性的同时，有效保障了各微网归属单位的所有权。本发明专利技术可用于电力系统故障后的快速供电恢复，为提升电网恢复力提供切实可行的决策依据。

【技术实现步骤摘要】
一种用于灾害后快速恢复供电的多微网的分层优化调度方法及系统
本专利技术属于电力系统运行与控制领域，具体涉及一种用于灾害后快速恢复供电的多微网的分层优化调度方法及系统。
技术介绍
电力系统作为关系到国家安全和国民经济命脉的重要基础设施,不仅要满足正常环境下的稳定可靠运行,更需要能在极端灾害发生时维持必要的功能。近年来频繁发生的极端灾害，如2008年中国南方冰灾、2011年东日本地震、2012年美国桑迪飓风等给电力系统带来了严重破坏，造成了大规模停电事故，使电力系统恢复力的研究成为了国内外关注的重要课题。恢复力主要体现在系统在灾害前的准备与预防，灾害发生过程中的抵御、吸收、响应、适应以及灾害发生后的快速恢复。分布式能源与微网技术的发展从灾后快速恢复的角度为恢复力提升提供了新思路。如何在电力系统故障状态下通过优化运行策略来最大限度保障重要负荷的电力供应成为了一项值得研究的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于灾害后快速恢复供电的多微网的分层优化调度方法及系统，本专利技术提高电力系统故障状态下维持关键负荷电力供应的能力，增强电网弹性。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种用于电力系统故障后负荷快速恢复的多微网分层优化调度方法，包括以下步骤：1)极端事件发生造成电网故障后，微网解列运行，区域内多微网组成互联系统；2)第一阶段，各微网根据新能源出力及负荷预测数据，以切负荷损失及运行费用最小为目标，采用滚动优化方式制定多时段的机组调度计划；3)第二阶段，制定互联微网间电力协调互助方案，使有剩余发电能力的微网向负荷供电不足的微网输送功率，各微网据此更新在步骤2)中制定的机组调度计划并在下一时段执行调度；4)判断电网是否仍处于故障状态：若故障已消除，则微网进行同步并网操作，否则将重复步骤2)、3)直到故障消除为止。作为本专利技术的进一步改进，第一阶段各微网制定调度计划采用滚动时域优化方式，基于对多时段可再生能源和负荷的预测，在满足功率平衡及各机组约束的前提下制定微网内分布式发电机、储能、负荷的调度安排。作为本专利技术的进一步改进，其特征在于，步骤2)具体为：微网多时段调度计划的制定为求解混合整数线性规划问题，在满足运行约束的条件下，求解使切负荷损失及运行费用最小的最优机组调度计划；其目标函数和约束条件如下：2.1)目标函数：在第一阶段，各微网根据可再生能源机组出力和负荷需求的预测值，以切负荷损失最小和总运行费用最少为优化目标制定机组的调度计划；将互联系统内的微网分别编号1,2,…,N，对于微网n，其目标函数为：式中：k表示当前的时段，T为优化时长，在k+1至k+T-1时间区间内制定最优调度方案；Gn，Sn，Lintn分别表示第n个微网中可控机组、储能、可中断负荷的集合；为可控机组i在t时段发出功率时单位时间的发电费用；SUi(t)，SDi(t)为可控机组i在t时段的启、停费用，其表达式为：其中Ui(t)为0、1变量，表示可控机组i在t时段的运行状态，取1时表示开机状态，分别为可控机组i的单次启动、停机费用；为储能装置i的单位放电费用，为其在t时段的放电功率；为可中断负荷i的单位切除损失折合费用，为其在t时段的切除功率；式(1)中，第1、2、3项分别为可控机组i在t时段的发电费用和启、停费用，第4项为储能装置i在t时段的放电费用，第5项为可中断负荷i在t时段的负荷切除损失；2.2)约束条件：功率平衡约束：微网在各时段内的发电量应等于用电量，即对于t＝k+1,…,k+T应满足：式中：Gn，Rn，Sn，Limpn，Lintn分别为第n个微网中可控机组、可再生能源机组、储能、重要负荷、可中断负荷的集合；为可控机组i在t时段发出的功率；为可再生能源机组i在t时段发出功率的预测值；分别为储能装置i在t时段的充电功率和放电功率；Li(t)为负荷i在t时段需求功率的预测值；为可中断负荷i在t时段的切除功率；可控机组约束：式中：分别为可控机组i的最小、最大出力限制；Ui(t)为可控机组i在t时段的开机状态；URi、DRi分别为可控机组i在相邻时段出力上升和下降的爬坡限制；储能约束：式中：为0、1变量，分别表示储能装置i在t时段的放电，充电状态，在一个时段内不能同时存在充电和放电，因此二者不能同时为1；分别表示储能装置i的最小、最大放电功率，为其最小、最大充电功率，分别为其在t时段的充、放电功率；分别为储能装置i可存储能量的最小、最大值，Ei(t)为其在t时段存储的能量；分别表示储能装置i的充、放电效率；负荷约束：上式表示可中断负荷i在t时段的切除量应不大于其预测的总负荷需求量。作为本专利技术的进一步改进，第二阶段制定微网之间的电力传输方案时，配网调度员获取各微网剩余可发出力或负荷切除功率的信息，通过数学规划方法在满足功率平衡约束、微网最大可输出/输入功率约束及联络线容量约束的前提下进行全局优化。作为本专利技术的进一步改进，步骤3)具体为：在完成阶段一调度计划的制定以后，各微网根据该计划求出在k+1时段可控发电机组还增加的最大出力和储能还增加的放电量或负荷切除量Ln,k+1；各微网将该结果上传至配电网调度中心，调度中心以全局切负荷损失及运行费用最小为目标，通过下述混合整数线性规划模型的求解来制定k+1时段的功率传输方案：3.1)目标函数：式中：Gn,k+1为k+1时段微网n可控发电机组增加出力的优化变量；LSn,k+1为k+1时段微网n中可中断负荷切除功率的优化变量；Tnm,k+1为k+1时段微网n向微网m传输功率的优化变量，当功率传输方向为m向n时取负值；分别表示微网n的单位可控发电机增加出力费用、单位切负荷损失费用和微网n,m的单位联络线输电费用；3.2)约束条件：功率平衡约束：式(15)表示各微网都应满足可控发电机组出力的增加量在计入对外输出或接收功率后等于负荷切除的减少量；可增发功率及负荷切除约束：0＜＜LSn,k＋1＜＜Ln,k+1(17)联络线容量约束：式中：vnm为表示联络线状态的0、1变量，当微网n、m之间进行功率传输时取1；为微网n、m之间联络线的容量限制；优化完成后，各微网根据需要增发的功率或需要减小的切负荷量来更新第一阶段的调度计划，在k+1时段到来时执行此计划，完成第二阶段的实施过程。一种用于灾害后快速恢复供电的多微网的分层优化调度系统，包括通信网络和N个微网组成的互联系统，在N个微网组成的互联系统中，各微网的控制中心处于模型下层，用于相应微网内部的运行管理；通信网络和电力联络线处于模型上层，用于数据通信以及微网之间功率的传输交换，实现全系统的优化运行；当极端事件发生导致大电网故障后，微网从外部电网解列，多个微网组成互联系统；在第一阶段各微网的控制中心以负荷切除最少和运行费用最低为目标函数制定内部机组的功率调度计划；在第二阶段，根据第一阶段调度计划所得结果制定功率传输方案，通过有剩余发电能力的微网对负荷供电不足的微网传输电能，优化微网间的能源配置，各微网控制中心随后根据该传输方案对第一阶段的机组调度计划进行更新并执行计划；当一、二两阶段完成后，判断外部电网是否仍处于故障状态，若外部电网已恢复正常运行，则各微网进行并网操作，否则将在下一时间段重复实施上述两阶段的过程。优选地，第一阶段各微网制定调度计划采用滚动时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电力系统故障后负荷快速恢复的多微网分层优化调度方法，其特征在于，包括以下步骤：1)极端事件发生造成电网故障后，微网解列运行，区域内多微网组成互联系统；2)第一阶段，各微网根据新能源出力及负荷预测数据，以切负荷损失及运行费用最小为目标，采用滚动优化方式制定多时段的机组调度计划；3)第二阶段，制定互联微网间电力协调互助方案，使有剩余发电能力的微网向负荷供电不足的微网输送功率，各微网据此更新在步骤2)中制定的机组调度计划并在下一时段执行调度；4)判断电网是否仍处于故障状态：若故障已消除，则微网进行同步并网操作，否则将重复步骤2)、3)直到故障消除为止。

【技术特征摘要】
1.一种用于电力系统故障后负荷快速恢复的多微网分层优化调度方法，其特征在于，包括以下步骤：1)极端事件发生造成电网故障后，微网解列运行，区域内多微网组成互联系统；2)第一阶段，各微网根据新能源出力及负荷预测数据，以切负荷损失及运行费用最小为目标，采用滚动优化方式制定多时段的机组调度计划；3)第二阶段，制定互联微网间电力协调互助方案，使有剩余发电能力的微网向负荷供电不足的微网输送功率，各微网据此更新在步骤2)中制定的机组调度计划并在下一时段执行调度；4)判断电网是否仍处于故障状态：若故障已消除，则微网进行同步并网操作，否则将重复步骤2)、3)直到故障消除为止。2.根据权利要求1所述的一种用于灾害后快速恢复供电的多微网的分层优化调度方法，其特征在于：第一阶段各微网制定调度计划采用滚动时域优化方式，基于对多时段可再生能源和负荷的预测，在满足功率平衡及各机组约束的前提下制定微网内分布式发电机、储能、负荷的调度安排。3.根据权利要求2所述的一种用于灾害后快速恢复供电的多微网的分层优化调度方法，其特征在于，步骤2)具体为：微网多时段调度计划的制定为求解混合整数线性规划问题，在满足运行约束的条件下，求解使切负荷损失及运行费用最小的最优机组调度计划；其目标函数和约束条件如下：2.1)目标函数：在第一阶段，各微网根据可再生能源机组出力和负荷需求的预测值，以切负荷损失最小和总运行费用最少为优化目标制定机组的调度计划；将互联系统内的微网分别编号1,2,…,N，对于微网n，其目标函数为：式中：k表示当前的时段，T为优化时长，在k+1至k+T-1时间区间内制定最优调度方案；Gn，Sn，Lintn分别表示第n个微网中可控机组、储能、可中断负荷的集合；为可控机组i在t时段发出功率时单位时间的发电费用；SUi(t)，SDi(t)为可控机组i在t时段的启、停费用，其表达式为：其中Ui(t)为0、1变量，表示可控机组i在t时段的运行状态，取1时表示开机状态，分别为可控机组i的单次启动、停机费用；为储能装置i的单位放电费用，为其在t时段的放电功率；为可中断负荷i的单位切除损失折合费用，为其在t时段的切除功率；式(1)中，第1、2、3项分别为可控机组i在t时段的发电费用和启、停费用，第4项为储能装置i在t时段的放电费用，第5项为可中断负荷i在t时段的负荷切除损失；2.2)约束条件：功率平衡约束：微网在各时段内的发电量应等于用电量，即对于t＝k+1,…,k+T应满足：式中：Gn，Rn，Sn，Limpn，Lintn分别为第n个微网中可控机组、可再生能源机组、储能、重要负荷、可中断负荷的集合；为可控机组i在t时段发出的功率；为可再生能源机组i在t时段发出功率的预测值；分别为储能装置i在t时段的充电功率和放电功率；Li(t)为负荷i在t时段需求功率的预测值；为可中断负荷i在t时段的切除功率；可控机组约束：式中：分别为可控机组i的最小、最大出力限制；Ui(t)为可控机组i在t时段的开机状态；URi、DRi分别为可控机组i在相邻时段出力上升和下降的爬坡限制；储能约束：式中：为0、1变量，分别表示储能装置i在t时段的放电，充电状态，在一个时段内不能同时存在充电和放电，因此二者不能同时为1；分别表示储能装置i的最小、最大放电功率，为其最小、最大充电功率，分别为其在t时段的充、放电功率；分别为储能装置i可存储能量的最小、最大值，Ei(t)为其在t时段存储的能量；分别表示储能装置i的充、放电效率；负荷约束...

【专利技术属性】
技术研发人员：别朝红，卞艺衡，张寒，李更丰，林雁翎，马慧远，
申请(专利权)人：西安交通大学，国网北京市电力公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61