一种协调多种可控单元的主动配电系统优化调度方法技术方案

本发明专利技术公开了一种协调多种可控单元的主动配电系统优化调度方法，充分利用可再生能源发电的功率调节能力，在保证系统安全运行的前提下提高了配电系统对清洁可再生能源发电的消纳能力，节省了无功补偿设备的投入；与现有普遍以经济性为目标的主动配电系统优化调度模型相比，以清洁可再生能源高效利用为优化目标代替系统运行经济性目标，并加入了电压质量提升目标，建立了多目标的优化调度模型。

【技术实现步骤摘要】
一种协调多种可控单元的主动配电系统优化调度方法
本专利技术属于配系统的运行控制方法
，具体涉及一种协调多种可控单元的主动配电系统优化调度方法。
技术介绍
随着环境污染与化石能源危机愈发突出，近年来我国由北向南陆续爆发了严重的雾霾天气，一时间“雾霾笼罩”、“PM2.5”等话题引发了全社会的广泛讨论与关注。在电力领域，推动清洁可再生能源发电迅速发展并加强其利用效率成为了解决我国日益凸显的能源需求增长与能源紧缺、环境保护之间矛盾的必然选择。配电网是电力系统向用户供电的重要网络，近年来，清洁可再生能源发电分布式接入配电网的运行方式已被实践证明可行，随着分布式能源(distributedenergyresources，DERs)更加广泛的接入配电网，使得配电网必须朝着兼容大量可再生分布式发电(distributedgeneration，DG)的方向发展。然而，由于分布式能源在配电网中接入容量的持续增加、柔性可控负荷(controllableload，CL)的不断增多，传统配电网的调度方式落后、网络架构薄弱、自动化程度低等问题极大地限制了分布式能源的大规模并网，难以满足用户对于电能质量及供电可靠性的要求。因此，“主动配电网”的概念应运而生，2012年国际大电网会议又将“主动配电网”扩充为“主动配电系统”，认为配电网将演变为充分利用分布式发电、储能与可控负荷等进行主动控制的，具有运行调节能力的有机系统。主动配电系统相较于传统配电网而言，能主动控制接入系统中的各类分布式资源及可控负荷，使系统内资源主动参与运行调节，实现对配电区域内有功和无功功率的主动管理以及用户的主动响应，达到配电系统优化运行、清洁可再生能源能源高效利用和充分消纳的目标，降低分布式发电单元大量并网造成的冲击。因此，充分利用能量管理系统，协调系统中各类可控单元进行合理调度成为主动配电系统的技术关键。而由于风电(windturbines，WT)与光伏(photovoltaic，PV)等清洁可再生能源发电的不确定性、储能系统(energystoragesystem，ESS)因自身能量限制引发的时间尺度上的耦合性以及柔性可控负荷在极端情况下可削减的特性等因素，主动配电系统协调各类可控单元的优化调度更加复杂，仅仅基于最优潮流的优化调度模型及求解算法已不适用。故探索主动配电系统的优化调度策略、协调控制系统中各类可控单元优化运行，对于解决分布式能源并网对系统电能质量的影响及实现清洁可再生能源发电的高效利用具有重要价值。目前，主动配电系统优化调度的研究成果丰富，为本领域的技术发展奠定了充实基础，但仍有不足。首先，优化模型大多考虑运行成本等经济性因素，未能体现主动配电系统促进清洁可再生能源高效消纳的核心目标。其次，针对优化调度模型中多个优化目标的处理，大多采用直接加权重系数或专家打分法求解权重的方法将其转化为单目标，但这种方法不能体现不同目标的属性特征，难以获取根据实际情况的最优调度策略。再次，目前的研究大多将风电、光伏等可再生能源发电视为不可控单元，忽略了其自身的功率调节能力对配电系统运行控制的影响，未能充分利用全部可调度资源。因此针对主动配电系统核心目标建模，充分利用系统内全部的可控单元协调优化，考虑多个目标的特性进行联合求解具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种协调多种可控单元的主动配电系统优化调度方法，在充分利用可再生分布式发电单元自身功率调节能力的条件下，能够实现清洁可再生能源的安全并网和高效利用。本专利技术的技术方案为，一种协调多种可控单元的主动配电系统优化调度方法，主要包括建立主动配电系统协调优化调度模型并利用多目标头脑风暴优化算法求解，具体按照以下步骤实施：步骤1、设计电压质量提升目标函数、追求可再生能源高效利用的目标函数，构建主动配电系统协调优化调度模型；步骤2、初始化电网及算法参数；步骤3、根据初始化个体公式生成N个满足约束条件的随机分布个体，每个个体即表示为一个调度向量，结合潮流计算结果、电压质量提升目标函数、追求可再生能源高效利用的目标函数，分别计算每个调度向量的目标函数值，评估筛选出调度向量中的非支配解，并存入归档集中；步骤4、利用K均值聚类算法将N个调度向量在目标函数空间划分为k类，其中包含非支配解的类为精英类，没有非支配解的类为普通类，并由调度向量与目标函数值之间的映射关系得到精英解集和普通解集；步骤5、根据概率选择和变异操作将生成N个新调度向量；步骤6、更新归档集；步骤7、进行迭代搜索寻优，当达到设置好的收敛精度或最大迭代次数时，输出相应的归档集，即Pareto解集；步骤8、采用模糊隶属度函数式分别评估计算Pareto解集中每个调度向量的整体满意度值，选择整体满意度值最大的解为最优调度方案。本专利技术的特点还在于：步骤1具体过程为：步骤1.1、根据主动配电系统促进清洁可再生能源高效消纳的核心要求，设计系统电压质量提升目标函数和追求可再生能源高效利用的目标函数；电压质量提升目标函数公式为：式(1)中，ΔUMCC表示基于最大相关熵准则(maximumcorrentropycriterion，MCC)的电压质量指标；M为主动配电系统节点数；K表示调度周期可划分的单位调度阶段数；ΔUi表示第i个节点的电压偏差；dU表示最大允许电压偏差量；Gσ表示MCC的核函数；σ取为常数1；函数g为：追求可再生能源高效利用的目标函数公式为：式(3)中，ERDG表示清洁可再生能源发电比例指标；r∈NR，NR表示接入配电系统中可再生分布式发电单元的数目；g∈NG，NG表示接入配电系统中微型燃气轮机发电单元的数目；Pr(t)表示第r个可再生分布式发电单元在t时刻的有功出力；Pg(t)表示第g个微型燃气轮机发电单元在t时刻的有功出力；步骤1.2、构建包含电压质量提升目标及可再生能源高效利用目标，并考虑网络潮流、各可控单元的特性约束的主动配电系统协调优化调度模型。网络潮流约束具体如下：功率平衡约束：式(4)中，Pi、Qi分别表示注入节点i的有功功率与无功功率；Ui、Uj分别表示节点i和j的电压幅值；Gij和Bij构成节点导纳矩阵；θij表示线路ij两端的相角差；节点电压约束：式(5)中，Ui表示节点i的电压幅值，和分别表示节点i的电压幅值上下限；各可控单元的特性约束具体为：主动配电系统中可再生分布式发电单元的出力需满足约束：式(6)中，Pr(t)和Qr(t)分别表示第r个可再生分布式发电单元在t时刻输出的有功和无功功率；分别表示第r个可再生分布式发电有功出力的上下限；分别表示无功调节范围的上下限；主动配电系统中微型燃气轮机发电单元的有功出力需满足约束：式(7)中，Pg(t)表示第g个微型燃气轮机发电单元在t时刻输出的有功功率；和分别表示第g个微型燃气轮机发电有功出力的上下限；储能单元的荷电状态应保持限制：式(8)中，SOCj(t)表示第j个储能单元在t时刻的剩余能量；和分别表示第j个储能单元容量的上下限；在整个调度周期结束后，储能单元的荷电状态与调度起始阶段保持条件：SOCj(0)＝SOCj(KΔt)(9)式(9)中，SOCj(0)和SOCj(KΔt)分别表示储能单元的初始能量和调度周期结束时的剩余能量；储能单元在同一时间段只能维持一种状态：储能单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种协调多种可控单元的主动配电系统优化调度方法，其特征在于，主要包括建立主动配电系统协调优化调度模型并利用多目标头脑风暴优化算法求解，具体按照以下步骤实施：步骤1、设计电压质量提升目标函数、追求可再生能源高效利用的目标函数，构建主动配电系统协调优化调度模型；步骤2、初始化电网及算法参数；步骤3、根据初始化个体公式生成N个满足约束条件的随机分布个体，每个个体即表示为一个调度向量，结合潮流计算结果、电压质量提升目标函数、追求可再生能源高效利用的目标函数，分别计算每个调度向量的目标函数值，评估筛选出调度向量中的非支配解，并存入归档集中；步骤4、利用K均值聚类算法将N个调度向量在目标函数空间划分为k类，其中包含非支配解的类为精英类，没有非支配解的类为普通类，并由调度向量与目标函数值之间的映射关系得到精英解集和普通解集；步骤5、根据概率选择和变异操作将生成N个新调度向量；步骤6、更新归档集；步骤7、进行迭代搜索寻优，当达到设置好的收敛精度或最大迭代次数时，输出相应的归档集，即Pareto解集；步骤8、采用模糊隶属度函数式分别评估计算Pareto解集中每个控制向量的整体满意度值，选择整体满意度值最大的解为最优运行方案。...

【技术特征摘要】
1.一种协调多种可控单元的主动配电系统优化调度方法，其特征在于，主要包括建立主动配电系统协调优化调度模型并利用多目标头脑风暴优化算法求解，具体按照以下步骤实施：步骤1、设计电压质量提升目标函数、追求可再生能源高效利用的目标函数，构建主动配电系统协调优化调度模型；步骤2、初始化电网及算法参数；步骤3、根据初始化个体公式生成N个满足约束条件的随机分布个体，每个个体即表示为一个调度向量，结合潮流计算结果、电压质量提升目标函数、追求可再生能源高效利用的目标函数，分别计算每个调度向量的目标函数值，评估筛选出调度向量中的非支配解，并存入归档集中；步骤4、利用K均值聚类算法将N个调度向量在目标函数空间划分为k类，其中包含非支配解的类为精英类，没有非支配解的类为普通类，并由调度向量与目标函数值之间的映射关系得到精英解集和普通解集；步骤5、根据概率选择和变异操作将生成N个新调度向量；步骤6、更新归档集；步骤7、进行迭代搜索寻优，当达到设置好的收敛精度或最大迭代次数时，输出相应的归档集，即Pareto解集；步骤8、采用模糊隶属度函数式分别评估计算Pareto解集中每个控制向量的整体满意度值，选择整体满意度值最大的解为最优运行方案。2.根据权利要求1所述一种协调多种可控单元的主动配电系统优化调度方法，其特征在于，步骤1具体过程为：步骤1.1、根据主动配电系统促进清洁可再生能源高效消纳的核心要求，设计系统电压质量提升目标函数和追求可再生能源高效利用的目标函数；电压质量提升目标函数公式为：式(1)中，ΔUMCC表示基于最大相关熵准则(maximumcorrentropycriterion，MCC)的电压质量指标；M为主动配电系统节点数；K表示调度周期可划分的单位调度阶段数；ΔUi表示第i个节点的电压偏差；dU表示最大允许电压偏差量；Gσ表示MCC的核函数；σ取为常数1；函数g为：追求可再生能源高效利用的目标函数公式为：式(3)中，ERDG表示清洁可再生能源发电比例指标；r∈NR，NR表示接入配电系统中可再生分布式发电单元的数目；g∈NG，NG表示接入配电系统中微型燃气轮机发电单元的数目；Pr(t)表示第r个可再生分布式发电单元在t时刻的有功出力；Pg(t)表示第g个微型燃气轮机发电单元在t时刻的有功出力；步骤1.2、构建包含电压质量提升目标及可再生能源高效利用目标，并考虑网络潮流、各可控单元的特性约束的主动配电系统协调优化调度模型。3.根据权利要求2所述一种协调多种可控单元的主动配电系统优化调度方法，其特征在于，所述网络潮流约束具体如下：功率平衡约束：式(4)中，Pi、Qi分别表示注入节点i的有功功率与无功功率；Ui、Uj分别表示节点i和j的电压幅值；Gij和Bij构成节点导纳矩阵；θij表示线路ij两端的相角差；节点电压约束：式(5)中，Ui表示节点i的电压幅值，和分别表示节点i的电压幅值上下限；所述各可控单元的特性约束具体为：主动配电系统中可再生分布式发电单元的出力需满足约束：式(6)中，Pr(t)和Qr(t)分别表示第r个可再生分布式发电单元在t时刻输出的有功和无功功率；分别表示第r个可再生分布式发电有功出力的上下限；分别表示无功调节范围的上下限；主动配电系统中微型燃气轮机发电单元的有功出力需满足约束：式(7)中，Pg(t)表示第g个微型燃气轮机发电单元在t时刻输出的有功功率；和分别表示第g个微型燃气轮机发电有功出力的上下限；储能单元的荷电状态应保持限制：式(8)中，SOCj(t)表示第j个储能单元在t时刻的剩余能量；和分别表示第j个储能单元容量的上下限；在整个调度周期结束后，储能单元的荷电状态与调度起始阶段保持条件：SOCj(0)＝SOCj(KΔt)(9)式(9)中，SOCj(0)和SOCj(KΔt)分别表示储能单元的初始能量和调度周期结束时的剩余能量；储能单元在同一时间段只能维持一种状态：储能单元的充放电功率范围：式(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：段建东，陈鲁鹏，王静，孙茜，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61