一种多微网系统的主动配电网能量分层管理优化方法技术方案

本发明专利技术涉及一种多微网系统的主动配电网能量分层管理优化方法，其技术特点：构建一种含冷热电联供型多微网系统的主动配电网能量分层管理模型，该模型分为主动配电网层优化模型和多微网系统层优化模型；引入多微网系统需求响应策略，考虑需求响应的同时，实现可再生能源的最大消纳；引入非线性映射、正余弦模型、动态惯性权重因子以及L

An optimization method for energy hierarchical management of active distribution network in multi microgrid system

【技术实现步骤摘要】
一种多微网系统的主动配电网能量分层管理优化方法


[0001]本专利技术属于电力系统
，尤其是一种多微网系统的主动配电网能量分层管理优化方法。

技术介绍

[0002]随着全球化石能源储量的日益减少，可再生能源的消费比重逐渐增大。与传统的集中式发电相比，可再生能源通常以分布式电源的形式参与到配电网的运行中，分布式电源具有污染少、效能高以及安装灵活等特点，是对大型电网的有效支持和有力补充。将分布式电源、储能系统以及用户负荷通过集中控制与保护装置集合成一个模块化、小型化和分散化的功能网络系统，在充分利用可再生能源、提高电力系统的灵活性和稳定性以及为电力用户提供可靠高效的电能方面具有重要作用。然而，可再生能源的出力具有随机性和波动性，大量接入配电网会给电力系统的可靠性造成不利影响。因此，有必要采用灵活性好的网络拓扑结构，实现对分布式电源的主动控制和对负荷需求侧的主动管理。
[0003]作为保障配电网与微网系统协调运行的核心组成部分，多微网(Multi
‑
Microgrids，MMG)系统的能量管理是由内部各微网系统的能量管理组成，当主动配电网中接入数量众多、种类复杂的微网系统时，如何在主网稳定运行的前提下保证各微网系统的安全、可靠和经济运行，对电力生产和生活用电都有着重要的研究价值，同时也将是未来能源互联网的重要趋势之一。因此，对含多微网系统的主动配电网能量管理进行相应的研究和分析，既可以有效提高可再生能源的利用效率，也能够顺应能源互联网的发展，具有重要的实用价值。但面对用户负荷的需求响应以及系统运行策略和模型求解等问题，是含多微网系统的主动配电网能量分层管理研究的难点。
[0004]综上所述，考虑规模更大、结构更复杂的多微网系统模型以及主动配电网间的能量交互和市场交易等各种因素，对含多微网系统的主动配电网能量分层管理进行优化，成为亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种多微网系统的主动配电网能量分层管理优化方法，构建一种含冷热电联供型(Combined Cooling，Heating and Power，CCHP)多微网系统的主动配电网能量分层管理模型，由主动配电网能量决策中心(Energy Decision Center，EDC)和微网能量管理系统(Energy Management System，EMS)进行交互和管理。采用改进麻雀搜索算法(Improved Sparrow Search Algorithm，ISSA)对能量分层管理模型进行求解，实现了对能量分层管理模型的优化，在保证主动配电网安全可靠的运行下，使电网的经济效益最大化。
[0006]本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0007]一种多微网系统的主动配电网能量分层管理优化方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1，建立主动配电网层优化模型；
[0009]步骤2，建立多微网系统层优化模型；
[0010]步骤3，引入多微网系统需求响应策略；
[0011]步骤4，采用改进麻雀搜索算法求解能量分层管理模型；
[0012]步骤5，显示改进麻雀搜索算法对能量分层管理模型的优化结果；
[0013]进一步，所述步骤1的具体实现方法包括以下步骤：
[0014]步骤1.1，构建主动配电网层的目标函数；
[0015]步骤1.2，建立主动配电网层的约束条件；
[0016]所述步骤1.1的具体实现方法为：
[0017]作为能量分层管理的上层模型，主动配电网层实现了对系统内部能量流动的有效决策和管理，以发电机组的总成本最低为目标函数如式(1)所示：
[0018]minf＝f1+f2+f3(1)
[0019][0020][0021]式中，f为发电机组的总成本，f1为电机组的运行成本，f2为电能交互成本，f3为主动配电网层的惩罚费用，T为系统的运行周期，设置为24h，N
G
为发电机组的数量，P
G，q
(t)为第q台机组在t时刻的输出功率，a
q
、b
q
和c
q
为第q台机组的运行参数，P
v，ADN
(t)、P
w，ADN
(t)分别为t时刻主动配电网层的电能缺额部分和浪费部分，ξ为惩罚系数，N
MG
为微网系统的数量，C
MMG
和C
G
为主动配电网与多微网系统以及主电网的交易费用，P
buy，MG，n
(t)、P
sell，MG，n
(t)分别为t时刻第n个微网系统向主动配电网的购电功率和售电功率，c
buy，ADN
(t)、c
sell，ADN
(t)分别为t时刻多微网系统层从主动配电网的购电单价和售电单价，c
buy，G
(t)、c
sell，G
(t)分别为t时刻主动配电网向主电网的购电单价和售电单价，P
buy，G
(t)、P
sell，G
(t)分别为t时刻主动配电网向主电网的购电功率和售电功率；
[0022]所述步骤1.2的具体实现方法为：
[0023]主动配电网满足负荷平衡约束以及机组出力约束，且需要同时考虑主动配电网与主电网之间的联络线传输容量约束，如式(4)、式(5)和式(6)所示：
[0024][0025][0026][0027]式中，N
G
为发电机组的数量，N
MG
为微网系统的数量，P
D
(t)为主动配电网层在t时刻内的独立用户负荷需求，P
G，j
(t)主动配电网层在t时刻内为第j台发电机组的出力，P
buy，MG，n
(t)、P
sell，MG，n
(t)分别为t时刻第n个微网系统向主动配电网的购电功率和售电功率，P
buy，G
(t)、P
sell，G
(t)分别为t时刻主动配电网向主电网的购电功率和售电功率，和分别为第j台发电机组的最小、最大出力，和分别为主动配电网向主电网的最小、最大售电量，和分别为主动配电网向主电网的最小、最大购电量，P
G，j
(t)、P
sell，G
(t)和P
buy，G
(t)分别为在t时刻第j台发电机组的出力、主动配电网向主电网的售电量和购电量；
[0028]进一步，所述步骤2的具体实现方法包括以下步骤：
[0029]步骤2.1，构建多微网系统层的目标函数；
[0030]步骤2.2，建立多微网系统层的约束条件；
[0031]所述步骤2.1的具体实现方法为：
[0032]在多微网系统层中，各微网能量管理系统(EMS)将下层的功率交互信息发送到上层的主动配电网能量决策中心(EDC)，同时，在多微网系统层中，将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多微网系统的主动配电网能量分层管理优化方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，建立主动配电网层优化模型；步骤2，建立多微网系统层优化模型；步骤3，引入多微网系统需求响应策略；步骤4，采用改进麻雀搜索算法求解能量分层管理模型；步骤5，显示改进麻雀搜索算法对能量分层管理模型的优化结果；进一步，所述步骤1的具体实现方法包括以下步骤：步骤1.1，构建主动配电网层的目标函数；步骤1.2，建立主动配电网层的约束条件；所述步骤1.1的具体实现方法为：作为能量分层管理的上层模型，主动配电网层实现了对系统内部能量流动的有效决策和管理，以发电机组的总成本最低为目标函数如式(1)所示：minf＝f1+f2+f3(1)(1)式中，f为发电机组的总成本，f1为电机组的运行成本，f2为电能交互成本，f3为主动配电网层的惩罚费用，T为系统的运行周期，设置为24h，N
G
为发电机组的数量，P
G，q
(t)为第q台机组在t时刻的输出功率，a
q
、b
q
和c
q
为第q台机组的运行参数，P
v，ADN
(t)、P
w，ADN
(t)分别为t时刻主动配电网层的电能缺额部分和浪费部分，ξ为惩罚系数，N
MG
为微网系统的数量，C
MMG
和C
G
为主动配电网与多微网系统以及主电网的交易费用，P
buy，MG，n
(t)、P
sell，MG，n
(t)分别为t时刻第n个微网系统向主动配电网的购电功率和售电功率，c
buy，ADN
(t)、c
sell，ADN
(t)分别为t时刻多微网系统层从主动配电网的购电单价和售电单价，c
buy，G
(t)、c
sell，G
(t)分别为t时刻主动配电网向主电网的购电单价和售电单价，P
buy，G
(t)、P
sell，G
(t)分别为t时刻主动配电网向主电网的购电功率和售电功率；所述步骤1.2的具体实现方法为：主动配电网满足负荷平衡约束以及机组出力约束，且需要同时考虑主动配电网与主电网之间的联络线传输容量约束，如式(4)、式(5)和式(6)所示：式(5)和式(6)所示：
式中，N
G
为发电机组的数量，N
MG
为微网系统的数量，P
D
(t)为主动配电网层在t时刻内的独立用户负荷需求，P
G，j
(t)主动配电网层在t时刻内为第j台发电机组的出力，P
buy，MG，n
(t)、P
sell，MG，n
(t)分别为t时刻第n个微网系统向主动配电网的购电功率和售电功率，P
buy，G
(t)、P
sell，G
(t)分别为t时刻主动配电网向主电网的购电功率和售电功率，和分别为第j台发电机组的最小、最大出力，和分别为主动配电网向主电网的最小、最大售电量，和分别为主动配电网向主电网的最小、最大购电量，P
G，j
(t)、P
sell，G
(t)和P
buy，G
(t)分别为在t时刻第j台发电机组的出力、主动配电网向主电网的售电量和购电量；进一步，所述步骤2的具体实现方法包括以下步骤：步骤2.1，构建多微网系统层的目标函数；步骤2.2，建立多微网系统层的约束条件；所述步骤2.1的具体实现方法为：在多微网系统层中，各微网能量管理系统(EMS)将下层的功率交互信息发送到上层的主动配电网能量决策中心(EDC)，同时，在多微网系统层中，将各微网系统的运行成本之和作为下层模型的运行成本，即多微网系统层的优化目标函数，如式(7)所示：minF＝ming1+ming2(7)式中，F为多微网系统层的综合目标函数，g1和g2分别为各微网系统目标函数的经济成本和环境成本；进一步，各微网系统的经济成本目标函数如式(8)所示：ming1＝C
F
+C
M
+C
ADN
+C
P
(8)式中，C
F
为天然气消耗成本，C
M
为设备的初始投资成本、运行和维护成本，C
ADN
为与主动配电网层的电能交互成本，C
P
为惩罚费用，c
gas
为天然气的单价，取值为2.05元/m3，Q
GT
(t)为燃气轮机在t时刻的发热功率，Q
GB
(t)为燃气锅炉在t时刻内输出的热量，N
D
为设备的种类数，r为设备的折现率，l为设备的寿命周期，为第k类设备的初始投资成本，为第k类设备的运行和维护成本，N
k
为第k类设备，为第k类设备的额定功率，P
buy，MG
(t)、P
sell，MG
(t)分别为t时刻微网系统从主动配电网的购电功率以及向主动配电网售电功率，c
buy，ADN
(t)、c
sell，ADN
(t)分别为t时刻多微网系统层从主动配电网的购电单价以及向主动配电网的售电单价，P
v，MG
(t)、P
w，MG
(t)分别为t时刻微网系统电能的缺额部分和浪费部分，Q
v，MG
(t)、Q
w，MG
(t)分别为t时刻微网系统热能的缺额部分和浪费部分，ξ为惩罚系数，T为系统的运行周期，设置为24h；进一步，各微网系统的环境成本目标函数如式(10)所示：式中，k＝1，2，3，且K∈{CO2，NO，SO2}为污染物的种类，c
k
为微网系统处理每克k类污染物所用费用，χ
k，GT
、χ
k，GB
、χ
k，EC
和χ
k，ADN
分别为燃气轮机、燃气锅炉、电制冷机以及向主动配电网购买电能对第k类污染物的排放系数，P
GT
(t)为燃气轮机在t时刻的发电功率，Q
GB
(t)为燃气锅炉在t时刻内输出的热量，Q
EC
(t)为电制冷机在t时刻内输出的冷能，P
buy，MG
(t)为t时刻微网系统从主动配电网的购电功率，T为系统的运行周期，设置为24h；所述步骤2.2的具体实现方法为：多微网系统层中的约束条件包括负荷平衡约束、储能系统容量约束、设备出力约束、设备配置数量约束以及与主动配电网的交易约束，同时将储能系统容量以及设备配置数量作为下层模型的决策变量；进一步，任意时间段内的设备出力要与冷、热、电负荷的需求相匹配，满足负荷平衡约束，如式(11)所示：式中，P
Load
(t)、Q
Load，h
(t)和Q
Load，c
(t)分别为CCHP微网系统在t时刻内电负荷、热负荷以及冷负荷的需求量，P
WT
(t)为t时刻风力发电系统的输出功率，P
PV
(t)为t时刻光伏发电系统的输出功率，P
BIO
(t)为t时刻沼气发电系统的输出功率，P
GT
(t)为t时刻风力发电系统的输出功率，P
c
(t)、P
d
(t)分别为t时刻蓄电池的充、放电功率，P
buy，MG
(t)、P
sell，MG
(t)分别为t时刻微网系统从主动配电网的购电功率以及向主动配电网售电功率，Q
HE
(t)为热转换器在t时刻内输出的热能，Q
c
(t)、Q
d
(t)分别为t时刻蓄热槽的蓄热、放热功率，Q
GB
(t)为燃气锅炉在t时刻内输出的热量，Q
EC
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玲玲，苗岩，孙文治，曲立楠，李家荣，林国乾，张惠娟，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：