一种用于微电网调峰的储能调度鲁棒非线性优化方法技术

本发明专利技术公开了一种用于微电网调峰的储能调度鲁棒非线性优化方法。该方法将源荷不确定性，包括微电网内的可再生能源与用户负荷，均以盒式不确定集表述；并建立优化目标包括储能维护成本、可再生能源维护成本、总电价、微电网总功率方差等，以非线性的凸函数表述的鲁棒优化模型。最后将列和约束生成算法由鲁棒线性优化延申至鲁棒非线性凸优化，在不对优化目标进行线性化的情况下，得出考虑源荷不确定性的微电网调峰储能调度的鲁棒最优解作为一个调度周期内储能出力应用于微电网储能系统。周期内储能出力应用于微电网储能系统。周期内储能出力应用于微电网储能系统。

【技术实现步骤摘要】
一种用于微电网调峰的储能调度鲁棒非线性优化方法


[0001]本专利技术涉及电力系统稳定与鲁棒优化，尤其涉及电池储能系统(Battery Energy Storage System，BESS)与列和约束生成算法。

技术介绍

[0002]为尽早实现碳达峰目标，具有强随机性波动性的新能源得到飞速发展，这使微电网内净功率波动、峰谷差现象日趋严重。为提高电网运行的稳定性与安全性，一种可行的方法是在微电网内引入电池储能系统，在用电低谷时储存可再生能源的溢电，在用电高峰时释放，以实现新能源高效利用与电网负荷削峰填谷。需要寻找最优的储能系统控制策略，使在所有不确定性中最不利的情况下，希望优化的目标尽可能更优，亦即鲁棒优化问题。传统的列和约束生成算法能够解决线性规划形式与混合整数规划形式的鲁棒优化问题，而对非线性的优化目标，已有的方法总是需要先对非线性目标进行分段线性化近似，将非线性规划模型转化为混合整数线性规划模型，再解决其对应的鲁棒优化问题，并且随着分段数量增加，问题的复杂度也随之显著增加。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在为考虑源荷不确定性的微电网调峰储能鲁棒最优调度问题，提出一种鲁棒非线性凸优化调度方法，在优化目标具有非线性凸函数形式时，无需线性近似即可求解储能出力的鲁棒最优解。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术具体技术方案如下：
[0005]一种用于微电网调峰的储能调度鲁棒非线性优化方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一：通过现有技术预测微电网中的可再生能源出力不确定性与负荷的不确定性，并将其以未来输出功率的盒式不确定集的方式表示。本技术方案要求微电网中的可再生能源不确定性与负荷的不确定性能够表示为与储能出力无关的盒式不确定集，否则本方案不适用。
[0007]步骤二：建立如下鲁棒优化模型：
[0008][0009]u是预测的一个调度周期内可再生能源出力与负荷组成的向量，因为能以盒式不确定集表示，其取值范围U是个独立于y的多面体。y是预测的一个调度周期内储能出力组成的向量，其取值范围Y是个独立于u的多面体。x是预测的一个调度周期内微网对外购电售电组成的向量，其取值范围由u和y线性约束条件决定。若实际情况与以上对模型的要求冲突，则本方案不适用。优化目标函数f(y，u，x)包括总电价成本、微网削峰填谷评价指标等，可以包含单一或多个优化目标，若存在多个优化目标，则至少有一个是非线性的，且需要满足min
x∈F(y，u)
f(y，u，x)是凸函数，若不满足则本方案不一定能得出满足控制要求的调度策略。
[0010]鲁棒优化的目的在于求解一个储能调度策略y，使该策略下U中最不利的情况u(y)
发生时min
x∈F(y，u(y))
f(y，u(y)，x)尽可能小。
[0011]步骤三：求解上述鲁棒优化问题
[0012](1)设置LB＝
‑
∞，UB＝+∞，迭代计数k＝1。定义离散集V，任取U的一个顶点作为离散集V最初的元素。预设一个允许误差ε，取值范围优选为[10
‑6，10
‑2]。
[0013](2)求解MP(Master Prob]em)
[0014][0015][0016]y∈Y
[0017][0018]解得更新如果UB与LB的差值小于预设的允许误差ε，则进入(5)。
[0019](3)求解SP(Subproblem)
[0020][0021]s.t.u∈U
[0022][0023]解得将加入离散集V。若则更新并记录作为当前最优的y。如果UB与LB的差值小于预设的允许误差，则进入(5)。
[0024](4)逐次向列和生成约束算法的MP中添加新的非线性凸约束条件，即：添加变量x
k+1
[0025][0026][0027]更新k＝k+1，进入(2)。
[0028](5)返回y
*
作为原鲁棒问题的最优解，结束算法。
[0029]步骤四：将步骤三中解得的鲁棒最优解作为一个调度周期内储能出力应用于微电网储能系统。
[0030]进一步地，所述步骤一中，未来输出功率的盒式不确定集表示如下：
[0031]P
pv，t，min
≤P
pv，t
≤P
pv，t，max
[0032]P
load，t，min
≤P
load，t
≤P
load，t，max
[0033]P
pv，t
为t时刻可再生能源设备出力，P
pv，t，max
、P
pv，t，min
分别为P
pv，t
的上界与下界，P
load，t
为t时刻不确定的用户侧负荷，P
load，t，max
、P
load，t，min
分别为P
load，t
的上界与下界。
[0034]进一步地，所述步骤二中，优化目标函数具体为：
[0035][0036]式中：w1，w2分别为成本与功率的权值，取值为[0，1]，且满足w1+w2＝1。C
maint
为储能设备的维护成本和发电设备的维护成本，表示为：
[0037][0038]其中，
[0039][0040][0041]SOC1＝SOC
T
[0042]Δt表示步长，T表示一个调度周期。m
pv
为可再生能源设备的维护成本系数，P
pv，t
表示t时刻可再生能源设备出力，m
b
为储能设备维护成本系数，P
b+，t
表示t时刻储能设备的储电，P
b
‑
，t
表示t时刻储能设备的放电。P
b，max+
表示储能设备充电功率上限，P
b，max
‑
表示储能设备电功率下限。E
t
表示t时刻储能设备储存的能量，η
c
、η
d
分别表示充电放电效率。SOC
min
、SOC
max
表示储能设备荷电状态SOC
t
运行区间的上下界。E
rated
表示储能设备的总额定容量。
[0043]C
charge
为微电网向电网购电与售电的总电价，表示为：
[0044][0045]P
buy，t
表示t时刻微电网从电网购得的电能，P
sell，t
表示t时刻微电网向电网出售的电能。c
buy，t
与c
sell，t
分别表示购电与售电的电价且0≤c
sell，t
＜c
buy，t
。
[0046]C
var
为微电网总功率方差，表示为：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于微电网调峰的储能调度鲁棒非线性优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：通过现有技术预测微电网中的可再生能源出力不确定性与负荷的不确定性，并将其以未来输出功率的盒式不确定集的方式表示。步骤二：建立如下鲁棒优化模型：u是预测的一个调度周期内可再生能源出力与负荷组成的向量，因为能以盒式不确定集表示，其取值范围U是个独立于y的多面体。y是预测的一个调度周期内储能出力组成的向量，其取值范围Y是个独立于u的多面体。x是预测的一个调度周期内微网对外购电售电组成的向量，其取值范围由u和y线性约束条件决定。优化目标函数f(y，u，x)包括总电价成本、微网削峰填谷评价指标等，且需要满足min
x∈F(y，u)
f(y，u，x)是凸函数。步骤三：应用改进的列和约束生成算法求解上述鲁棒优化问题(1)设置LB＝
‑
∞，UB＝+∞，迭代计数k＝1。定义离散集V，任取U的一个顶点作为离散集V最初的元素。(2)求解MP(2)求解MPy∈Y解得更新如果UB与LB的差值小于预设的允许误差，则进入(5)。(3)求解SPs.t.u∈U解得将加入离散集V。若则更新并记录作为当前最优的y。如果UB与LB的差值小于预设的允许误差，则进入(5)。(4)为MP添加变量x
k+1
，为MP添加约束，为MP添加约束更新k＝k+1，进入(2)。(5)返回y
*
作为原鲁棒问题的最优解，结束算法。步骤四：将步骤三中解得的鲁棒最优解作为一个调度周期内储能出力应用于微电网储能系统。2.根据权利要求1所述的用于微电网调峰的储能调度鲁棒非线性优化方法，其特征在于，所述步骤一中，未来输出功率的盒式不确定集表示如下：P
pv，t，min
≤P
pv，t
≤P
pv，t，max
P
load，t，min
≤P
load，t
≤P
load，t，max
P
pv，t
为t时刻可再生能源设备出力，P
pv，t，max
、P
pv，t，min
分别为P
pv，t
的上界与下界，P
load，t
为t时刻不确定的用户侧负荷，P
load，t，max
、P
load，t，min
分别为P
load，t
的上界与下界。3.根据权利要求1所述的用于微电网调峰的储能调度鲁棒非线性优化方法，其特征在于，所述步骤二中，优化目标函数具体为：式中：w1，w2分别为成本与功率的权值，取值为[0，1]，且满足w1+w2＝1。C
maint
为...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐宏，朱重希，顾春雷，于淼，陈睿彬，胡遨洋，陆玲霞，蒋孜律，花志伟，李鑫，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：