基于非精确交替方向乘子法的虚拟储能电厂分布式协同方法技术

本发明专利技术提供一种基于非精确交替方向乘子法的虚拟储能电厂分布式协同方法，虚拟储能电厂是实现配电网中大规模分布式储能并网运行的有效手段，但是虚拟储能电厂内部大规模的设备优化协同，往往难以满足电网对其响应快速性的要求。本发明专利技术提出了一种面向大规模储能的虚拟储能电厂分布式控制框架，使得储能聚合体在跟随目标负荷曲线的同时，能够避免电网电压越限。该发明专利技术基于非精确交替方向乘子法，在原始变量更新中能够得到储能本地优化问题的闭式解析解，显著降低了优化计算的复杂度，提升了储能设备的协同效率。储能设备的协同效率。储能设备的协同效率。

【技术实现步骤摘要】
基于非精确交替方向乘子法的虚拟储能电厂分布式协同方法


[0001]本专利技术涉及虚拟储能领域，具体是一种基于非精确交替方向乘子法的虚拟储能电厂分布式协同方法。

技术介绍

[0002]在可再生能源利用背景下，储能成为智能电网、可再生能源高占比能源系统的重要组成和支撑技术，为电力系统运行提供调频、调压等多种辅助服务，有效提高风、光等可再生能源的消纳水平。传统的集中式储能受地理条件等因素的限制，装机容量增速呈逐年下降趋势，表明需求侧分布式的储能单元正得到迅速发展。2019年，国家发改委、国家能源局联合发布关于深化电力市场建设意见，明确表示鼓励储能设施等第三方参与电力系统辅助服务。
[0003]分布式储能具有单机容量小、数量规模巨大的特点，其有功、无功的调节也更为灵活。如何优化协调配网中数量巨大且特性各异的广义储能设备，为电网提供灵活可靠的功率来源，是分布式储能控制策略研究的主要目标。虚拟储能电厂是虚拟电厂概念的延申，是一系列多元分布式储能系统的聚合，这使得虚拟储能电厂具有与集中式储能电站相似的容量与电网支撑能力，可像独立的抽水储能一样受系统运营者调度，解决了覆盖辽阔区域储能资源的优化利用，成为配网中储能规模化并网利用的有效手段。考虑到未来电网中大量的广义分布式储能单元，传统的集中式控制将难以负担相应的通信成本，而完全分散式控制无法通过储能单元间的配合达到协同控制的效果。采用相邻通信原则的分布式控制具有抗干扰性强、扩展性好、即插即用和保护隐私等优点，更适合当前背景下分布式储能系统的聚合控制，也符合电力系统去中心化的总体趋势。
[0004]分布式优化算法将原有的集中优化问题分配给各智能体协同解决，能够实现系统内资源的快速优化调度，但难点是获得具有较好收敛性的优化问题分布式求解方法。大量现有研究将分布式优化方法用于电力系统的频率与电压调节中，采用如交替方向乘子算法 (alternating direction method of multiplies,ADMM)及对偶分解法，特殊的优化问题设计能够有效利用电力系统结构本身的稀疏性特点。虽然ADMM算法相比于一般一阶优化方法体现出更好的收敛性与鲁棒性，但考虑到算法每步迭代都需求解新的优化问题，利用 ADMM解决最优控制问题在快速性等方面仍有待提高。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种基于非精确交替方向乘子法的虚拟储能电厂分布式协同方法，主要解决虚拟储能电厂内部大规模的储能设备协同优化运行，采用非精确对偶优化方法降低各储能智能体的计算复杂度，提升储能设备间的协同效率，满足负荷跟随时，电网对储能聚合体响应速度的要求。
[0006]一种基于非精确交替方向乘子法的虚拟储能电厂分布式协同方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1：确定配电网系统中的分布式储能接入位置，获取配电网系统的拓扑与结构参数，进而获得系统配电线路的电阻、电抗矩阵；
[0008]步骤2：根据步骤1获取的配电网系统的拓扑与结构参数，确定电网的电压安全约束与储能设备的运行约束，建立虚拟储能电厂的优化调度模型，所述优化调度模型以实现目标负荷曲线跟随、降低设备使用成本为目标；
[0009]步骤3：针对虚拟储能电厂内的各分布式储能智能体，将步骤 2建立的虚拟储能电厂的优化调度模型转化为标准优化模型，采用向量化的表征方法突出标准优化模型中的耦合与非耦合约束条件；
[0010]步骤4：将步骤3得到的标准优化模型转化成对偶问题的形式，在对偶问题中确定标准优化模型的分布式求解方法：构建标准优化模型的增广拉格朗日函数，利用非精确交替方向乘子法推导原始、对偶变量的迭代更新方法，并分配给各储能智能体进行计算，进而实现标准优化模型的分布式求解，当算法达到给定的最大循环次数时，利用原始变量的迭代结果作为分布式储能设备的最优功率设定，以指导实际设备的充放电管理。
[0011]进一步的，针对所述步骤1中的配电网系统，获取其拓扑与结构参数以及系统配电线路的电阻、电抗矩阵，以此为基础，得到系统的DistFlow潮流模型：
[0012]V＝R
l
P
n
+X
l
Q
n
+V0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0013]R
l
＝M
‑
T
D
r
M
‑1,X
l
＝M
‑
T
D
x
M
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0014]式中式(1)中V表示由所有节点电压构成的列向量，P
n
,Q
n
表示由所有节点注入功率构成的列向量，即构成的列向量，即系统中的所有节点由集合表示，V0＝1
N
v0，v0为配网公共连接点处的电压，1
N
表示长度为N所有元素为1的列向量；式(2)给出了配电网的电阻、电抗矩阵M为系统图描述的关联矩阵，由系统拓扑结构得到，D
r
、D
x
分别为ε中所有线路电阻、电抗组成的对角矩阵，M
‑
T
表示M的逆并转置。
[0015]进一步的，所述步骤2中的优化调度模型表示为：
[0016][0017][0018][0019][0020][0021][0022]式(3)中：为第i个储能设备t时刻的有功和无功功率；储能的运行成本采用二次型表示，其参数为其中表示第i个储能设备t时刻有功使用成本的二次项系数，表示第 i个储能设备t时刻有功使用成本的一次项系数，分别表示第i个储能设备t时刻无功使用成本的一次、二次项系数；
[0023]根据式(4)中系统的DistFlow潮流模型中，w潮流模型中，分别表示系统电阻、电抗矩阵R
l
,X
l
的第i列，分别节点i的负荷功率，表示不存在储能的纯负荷节点的集合；
[0024]式(5)中，为目标负荷曲线，表示储能聚合体具有跟随指令参与电网调度的能力；
[0025]式(6)表示储能设备的容量限制，为储能设备的无功功率，为储能变流器的视在功率容量；
[0026]式(7)表示储能设备的有功功率约束，其中为储能的最小、最大有功容量；
[0027]式(8)表示储能的荷电容量约束，其中SoC
min
,SoC
max
为储能的最小、最大荷电容量限制，为第i个储能t时刻的荷电容量，η为储能的充放电效率。
[0028]进一步的，所述步骤2中的优化调度模型，将式(6)的二次型约束转化为线性约束，以方便后续求解：
[0029][0030]其中参数κ取8。
[0031]进一步的，所述步骤3令其中x
i,t
是第i个储能t时刻的决策变量，Δx
i,t
表示各储能单元的决策变量，表示为上一时刻功率输出与下一时刻功率偏移量之和的形式，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于非精确交替方向乘子法的虚拟储能电厂分布式协同方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：确定配电网系统中的分布式储能接入位置，获取配电网系统的拓扑与结构参数，进而获得系统配电线路的电阻、电抗矩阵；步骤2：根据步骤1获取的配电网系统的拓扑与结构参数，确定电网的电压安全约束与储能设备的运行约束，建立虚拟储能电厂的优化调度模型，所述优化调度模型以实现目标负荷曲线跟随、降低设备使用成本为目标；步骤3：针对虚拟储能电厂内的各分布式储能智能体，将步骤2建立的虚拟储能电厂的优化调度模型转化为标准优化模型，采用向量化的表征方法突出标准优化模型中的耦合与非耦合约束条件；步骤4：将步骤3得到的标准优化模型转化成对偶问题的形式，在对偶问题中确定标准优化模型的分布式求解方法：构建标准优化模型的增广拉格朗日函数，利用非精确交替方向乘子法推导原始、对偶变量的迭代更新方法，并分配给各储能智能体进行计算，进而实现标准优化模型的分布式求解，当算法达到给定的最大循环次数时，利用原始变量的迭代结果作为分布式储能设备的最优功率设定，以指导实际设备的充放电管理。2.根据权利要求1所述的基于非精确交替方向乘子法的虚拟储能电厂分布式协同方法，其特征在于，针对所述步骤1中的配电网系统，获取其拓扑与结构参数以及系统配电线路的电阻、电抗矩阵，以此为基础，得到系统的DistFlow潮流模型：V＝R
l
P
n
+X
l
Q
n
+V0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)R
l
＝M
‑
T
D
r
M
‑1，X
l
＝M
‑
T
D
x
M
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中式(1)中V表示由所有节点电压构成的列向量，P
n
，Q
n
表示由所有节点注入功率构成的列向量，即的列向量，即系统中的所有节点由集合表示，V0＝1
N
v0，v0为配网公共连接点处的电压，1
N
表示长度为N所有元素为1的列向量；式(2)给出了配电网的电阻、电抗矩阵R、M为系统图描述的关联矩阵，由系统拓扑结构得到，D
r
、D
x
分别为ε中所有线路电阻、电抗组成的对角矩阵，M
‑
T
表示M的逆并转置。3.根据权利要求2所述的基于非精确交替方向乘子法的虚拟储能电厂分布式协同方法，其特征在于，所述步骤2中的优化调度模型表示为：法，其特征在于，所述步骤2中的优化调度模型表示为：
式(3)中：为第i个储能设备t时刻的有功和无功功率；储能的运行成本采用二次型表示，其参数为其中表示第i个储能设备t时刻有功使用成本的二次项系数，表示第i个储能设备t时刻有功使用成本的一次项系数，分别表示第i个储能设备t时刻无功使用成本的一次、二次项系数；根据式(4)中系统的DistFlow潮流模型中，根据式(4)中系统的DistFlow潮流模型中，分别表示系统电阻、电抗矩阵R
l
，X
l
的第i列，分别节点i的负荷功率，表示不存在储能的纯负荷节点的集合；式(5)中，为目标负荷曲线，表示储能聚合体具有跟随指令参与电网...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡德福，王文娜，俞德华，吕莎，王枭，周鲲鹏，刘海光，陈汝斯，万黎，王涛，张良一，孙冠群，王尔玺，
申请(专利权)人：国家电网有限公司武汉大学，
类型：发明
国别省市：