CN108108846A - 一种交直流混合微网鲁棒优化协调调度方法 - Google Patents

一种交直流混合微网鲁棒优化协调调度方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种交直流混合微网鲁棒优化协调调度方法,包括以下步骤:步骤10)获取源荷预测数据,构建不确定性集;步骤20)获取优化调度模型的目标函数;步骤30)建立优化调度模型的约束条件;步骤40)求解鲁棒优化调度问题:利用列约束生成算法求解鲁棒优化问题,获得交直流混合微网的鲁棒协调运行方式。该方法考虑到交直流混合微网中多重源荷不确定性,能够实现交直流混合微网的鲁棒优化调度,为制定交直流混合微网的运行方式提供指导和帮助。

Description

一种交直流混合微网鲁棒优化协调调度方法
技术领域
本发明属于微网优化调度和能量管理技术领域,具体来说,涉及一种交直流混合微网鲁棒优化协调调度方法。
背景技术
由于化石能源的日益枯竭及其对生态环境的高污染,以风能、太阳能等为代表的自然资源以其清洁和可再生的特性得到了广泛关注,目前越来越多可再生能源发电接入了电网。微网作为一种聚集分布式发电、储能和负荷的小型自治系统,已经成为电力系统领域合理利用可再生能源的有效技术和重要途径。为了保证微网经济可靠地运行,需要对微网进行能量管理,根据风光等可再生能源预测数据和系统信息,考虑微网的长期运行效益,为其制定运行调度计划。
可再生能源受自然条件的影响具有随机性和间歇性,且负荷波动性较强,导致微网中存在较多的不确定性,这给微网的优化调度带来了巨大的挑战。交直流混合微网作为一种新型微网结构,通过双向换流器连接交流母线与直流母线,实现了交流与直流的分区供电,但目前对于交直流混合微网优化调度中的不确定性问题均采用随机优化方法,而鲁棒优化调度的较少,且尚未全面考虑交直流混合微网中各单元的运行费用、运行特性及相关约束条件。
发明内容
技术问题:本发明所要解决的技术问题是:提供一种交直流混合微网鲁棒优化协调调度方法,该方法考虑到交直流混合微网中的源荷不确定性,能够实现交直流混合微网的鲁棒优化调度,为制定交直流混合微网的运行方式提供指导和帮助。
技术方案:本发明的交直流混合微网鲁棒优化协调调度方法,包括以下步骤:
步骤10)获取源荷预测数据,构建不确定性集;
步骤20)获取系统中各设备的运行成本系数,构建min-max-min形式的鲁棒优化调度模型的目标函数;
步骤30)获取系统中各设备的运行限值,建立min-max-min形式的鲁棒优化调度模型的约束条件;
步骤40)求解鲁棒优化调度问题,即利用列约束生成算法求解鲁棒优化问题,获得交直流混合微网的鲁棒协调运行方式。
进一步的,本发明方法中,步骤10)中,源荷预测数据为交直流混合微网中可再生能源出力及负荷的预测标称值、上下偏差值及时段预算参数,将所述源荷预测数据代入以下式(1)至式(4)中,即构建得到不确定性集:
式中,对于风机出力不确定性集W,wt分别是t时段风机最大可输出功率的实际值、预测标称值、预测上偏差值和预测下偏差值;Πw为风机出力不确定性的时段预算参数;分别为风机出力不确定性的上偏差引入参数和下偏差引入参数;Nt为一个调度周期总时段;P、Ldc和Lac分别为光伏出力的不确定性集、直流负荷的不确定性集和交流负荷的不确定性集;pt分别是t时段光伏最大可输出功率的实际值、预测标称值、预测上偏差值和预测下偏差值;Πp为光伏出力不确定性的时段预算参数;分别为光伏出力不确定性的上偏差引入参数和下偏差引入参数;ldc,tl-dc,t分别是t时段直流负荷最大功率的实际值、预测标称值、预测上偏差值和预测下偏差值;Πl,dc为直流负荷不确定性的时段预算参数;和κ-dc,t分别为直流负荷不确定性的上偏差引入参数和下偏差引入参数;lac,tl-ac,t分别是t时段交流负荷最大功率的实际值、预测标称值、预测上偏差值和预测下偏差值;Πl,ac为交流负荷不确定性的时段预算参数;和κ-ac,t分别为交流负荷不确定性的上偏差引入参数和下偏差引入参数。
进一步的,本发明方法中,步骤20)中,系统中各设备的运行成本系数包括与柴油发电机、储能、双向换流器、风机、光伏及交直流负荷相关的所有的运行成本系数,将运行成本系数代入以下式(5),即建立得到min-max-min形式的鲁棒优化调度模型的目标函数:
式(5)中相关参数根据下式计算得到:
式中,分别为柴油发电机的启动成本和关停成本;为柴油发电机的燃料成本;分别为柴油发电机、储能、双向换流器、风机和光伏的运行维护成本;为储能损耗成本;为负荷切除停电惩罚成本,分别为柴油发电机的启动和关停成本系数;IDE,t为t时段柴油发电机的启动标志位, 1表示柴油发电机在t时段被启动,0表示柴油发电机在t时段未被启动;MDE,t为t时段柴油发电机的关停标志位,1表示柴油发电机在t时段被关停,0表示柴油发电机在t 时段未被关停;UDE,t表示t时段柴油发电机的运行状态,取值为1时表示柴油发电机在 t时段处于开机状态,取值为0时表示柴油发电机在t时段处于停机状态;UacdcBC,t是t时段双向换流器正向换流运行状态标志位,1表示t时段存在正向换流,0表示t时段不存在正向换流,UdcacBC,t是t时段双向换流器负向换流运行状态标志位,1表示t时段存在负向换流,0表示t时段不存在负向换流;为柴油发电机的燃料成本系数;aDE和bDE为柴油发电机的油耗特性成本系数;PDE,t为柴油发电机在t时段的运行功率;为柴油发电机的额定功率;Δt为两时段的时间间隔;分别为柴油发电机、储能、双向换流器、风机和光伏的运行维护成本系数;为储能损耗成本系数;为负荷切除停电惩罚成本系数;PchES,t和PdisES,t分别为储能在t时段的充电功率和放电功率;PacdcBC,t为双向换流器在t时段从交流母线到直流母线的正向换流功率; PdcacBC,t为双向换流器在t时段从直流母线到交流母线的负向换流功率;PWT,t和PPv,t分别是风机和光伏在t时段的发电功率;Pcut,acL,t和Pcut,dcL,t分别表示t时段交流区被切除的负荷功率和直流区被切除的负荷功率;Ptran,acL,t和Ptran,dcL,t是t时段交流可调度负荷运行功率和直流可调度负荷运行功率。
进一步的,本发明方法中,步骤30)中,系统中各设备的运行限值为与柴油发电机、储能、双向换流器、风机、光伏及交直流负荷相关的所有的运行限值,将运行限值代入以下式(10)至式(22),即建立得到min-max-min形式的鲁棒优化调度模型的约束条件:
0≤PWT,t≤wt,0≤PPV,t≤pt (40)
IDE,t+MDE,t≤1,IDE,t-MDE,t=UDE,t-UDE,t-1 (43)
式(10)为风机和光伏的发电功率约束;式(11)-(13)为柴油发电机的最小持续开机时间、最小持续关机时间和最大持续开机时间约束,分别为柴油发电机的最小持续开机时段数限值、最小持续关机时段数限值和最大持续开机时段数限值;式(14)为柴油发电机运行功率上下限及爬坡速度约束,为柴油发电机开机状态下运行功率的上限值和下限值,为柴油发电机的单位时段内下爬坡和上爬坡的速率限值;式(15)为储能最大充放电功率约束,为储能的最大充电和放电功率限值;式(16)为储能荷电状态约束,Smin和Smax为储能允许荷电状态的下限值和上限值,S(t)和S(t-1)为t和t-1时段储能的荷电状态,ηC和ηD为储能的充电和放电效率限值,S(0)为储能的初始荷电状态限值,S(Nt)为储能在调度周期末的荷电状态限值;式 (17)-(18)为双向换流器的换流功率及功率波动约束,表示正向换流和负向换流的运行功率限值,表示双向换流器在相邻时段功率波动的下限值和上限值;式(19)-(20)为各时段交直流被切除负荷和可调度负荷的运行功率、交直流可调度负荷用电量约束,Pcut,ac,maxL,t和Pcut,dc,maxL,t是t时段交流和直流最大的可切除负荷功率限值, Ptran,ac,maxL,t和Ptran,dc,maxL,t是t时段交流和直流可调度负荷的最大运行功率限值,[tac,1,tac,end]为交流可调度负荷的运行时段区间限值,[tdc,1,tdc,end]为直流可调度负荷的运行时段区间限值,是交流和直流可调度负荷的计划用电量限值;式(21)-(22)为直流区和交流区的功率平衡约束,为双向换流器的正向和负向换流效率限值。
进一步的,本发明方法中,步骤40)的具体内容包括:
步骤401):将式(1)-(22)表示的min-max-min形式的鲁棒优化调度模型写成以下矩阵表示形式:
s.t.A·x≤b,B·x=e,x∈{0,1} (54)
D·y≤f,E·y=g, (55)
F·y≤h-G·x, (56)
J·y≤w,K·y≤p, (57)
M·y=ldc,N·y=lac (58)
式中,x为式(5)中第一阶段的0-1状态变量,y为第二阶段功率变量,w、p、ldc、 lac为第二阶段不确定性集变量的集合,c、d为该目标函数中的常数矩阵;式(24)表示仅与x相关的约束条件,A、b、B、e均为该约束中的常数矩阵;式(25)表示仅与y相关的约束条件,D、f、E、g均为该约束中的常数矩阵;式(26)表示与x和y相关的约束条件,F、h、G均为该约束中的常数矩阵;式(27)表示与w,p和y相关的约束条件,J、 w、K、p均为该约束中的常数矩阵;式(28)表示与ldc,lac和y相关的约束条件,M、N 均为该约束中的常数矩阵。
步骤402):基于步骤401)中矩阵表示形式的模型,利用列约束生成算法形成 min-max-min形式的鲁棒优化调度模型的子问题如下所示:
式中,α、β、χ、γ、ψ、μdc和μac为式(25)-(28)中y的对偶变量。
步骤403):基于步骤401)中矩阵表示形式的模型和步骤402)的子问题,利用列约束生成算法形成min-max-min形式的鲁棒优化调度模型的主问题如下所示:
式中,l为总迭代次数,k为当前迭代次数,主问题优化出的x作为已知变量代入子问题,wk、pk、ldc,k、lac,k为第k次迭代后子问题中w、p、ldc、lac的优化结果,yk为第 k次迭代后子问题中y的优化结果;η为与子问题目标函数值相关的优化变量。
步骤404):利用整数优化建模工具箱YALMIP调用求解器SCIP迭代求解步骤402)的子问题和步骤403)的主问题,获得交直流混合微网的鲁棒协调运行方式。
有益效果:与现有技术相比,本发明具有以下优点:
已有交直流混合微网优化调度研究均针对可再生能源出力和负荷功率确定的场景进行优化调度,但实际中可再生能源出力和负荷功率预测常常存在偏差,因此可能发生的场景并不确定。确定性优化调度方案无法满足多个源荷不确定场景,在实际工程中无法有效应用。本发明针对交直流混合微网中的源荷不确定性提出了两阶段鲁棒优化调度模型。第一阶段优化出满足所有不确定性场景的柴油发电机的启停和双向换流器的运行状态,第二阶段优化出各设备单元的运行功率,利用列约束生成算法快速求解能够获得最恶劣场景下的最小运行费用及微网运行计划。该鲁棒优化调度模型利用区间不确定性集描述微网中的所有不确定性因素,所获得的最恶劣场景下的运行计划能够满足所有其他场景下的运行约束,保证在任何场景下微网系统的安全经济运行,从而有效地解决了交直流混合微网优化调度中的不确定性问题。
附图说明
图1为本发明实施例的流程图;
图2为本发明实施例中交直流混合微网的拓扑结构图。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明实施例的技术方案做进一步的说明。
如图1所示,本发明方法的实施例,交直流混合微网的拓扑结构如图2所示。该方法包括以下步骤:
步骤10)获取源荷预测数据,构建不确定性集;
步骤20)获取系统中各设备的运行成本系数,构建min-max-min形式的鲁棒优化调度模型的目标函数;
步骤30)获取系统中各设备的运行限值,建立min-max-min形式的鲁棒优化调度模型的约束条件;
步骤40)求解鲁棒优化调度问题,即利用列约束生成算法求解鲁棒优化问题,获得交直流混合微网的鲁棒协调运行方式。
作为优选方案,所述的步骤10)具体包括:获取交直流混合微网中可再生能源出力及负荷的预测标称值、上下偏差值及时段预算参数,将所述源荷预测数据代入以下式 (1)至式(4)中,即构建得到不确定性集:
式中,对于风机出力不确定性集W,wt分别是t时段风机最大可输出功率的实际值、预测标称值、预测上偏差值和预测下偏差值;Πw为风机出力不确定性的时段预算参数;分别为风机出力不确定性的上偏差引入参数和下偏差引入参数;Nt为一个调度周期总时段;P、Ldc和Lac分别为光伏出力的不确定性集、直流负荷的不确定性集和交流负荷的不确定性集;pt分别是t时段光伏最大可输出功率的实际值、预测标称值、预测上偏差值和预测下偏差值;Πp为光伏出力不确定性的时段预算参数;分别为光伏出力不确定性的上偏差引入参数和下偏差引入参数;ldc,tl-dc,t分别是t时段直流负荷最大功率的实际值、预测标称值、预测上偏差值和预测下偏差值;Πl,dc为直流负荷不确定性的时段预算参数;和κ-dc,t分别为直流负荷不确定性的上偏差引入参数和下偏差引入参数;lac,tl-ac,t分别是t时段交流负荷最大功率的实际值、预测标称值、预测上偏差值和预测下偏差值;Πl,ac为交流负荷不确定性的时段预算参数;和κ-ac,t分别为交流负荷不确定性的上偏差引入参数和下偏差引入参数。
作为优选方案,所述的步骤20)具体包括:获取系统中各设备的运行成本系数,包括与柴油发电机、储能、双向换流器、风机、光伏及交直流负荷相关的所有的运行成本系数,并将运行成本系数代入以下式(5),即建立得到min-max-min形式的鲁棒优化调度模型的目标函数:
式(5)中相关参数根据下式计算得到:
式中,分别为柴油发电机的启动成本和关停成本;为柴油发电机的燃料成本;分别为柴油发电机、储能、双向换流器、风机和光伏的运行维护成本;为储能损耗成本;为负荷切除停电惩罚成本,分别为柴油发电机的启动和关停成本系数;IDE,t为t时段柴油发电机的启动标志位, 1表示柴油发电机在t时段被启动,0表示柴油发电机在t时段未被启动;MDE,t为t时段柴油发电机的关停标志位,1表示柴油发电机在t时段被关停,0表示柴油发电机在t 时段未被关停;UDE,t表示t时段柴油发电机的运行状态,取值为1时表示柴油发电机在 t时段处于开机状态,取值为0时表示柴油发电机在t时段处于停机状态;UacdcBC,t是t时段双向换流器正向换流运行状态标志位,1表示t时段存在正向换流,0表示t时段不存在正向换流,UdcacBC,t是t时段双向换流器负向换流运行状态标志位,1表示t时段存在负向换流,0表示t时段不存在负向换流;为柴油发电机的燃料成本系数;aDE和bDE为柴油发电机的油耗特性成本系数;PDE,t为柴油发电机在t时段的运行功率;为柴油发电机的额定功率;Δt为两时段的时间间隔;分别为柴油发电机、储能、双向换流器、风机和光伏的运行维护成本系数;为储能损耗成本系数;为负荷切除停电惩罚成本系数;PchES,t和PdisES,t分别为储能在t时段的充电功率和放电功率;PacdcBC,t为双向换流器在t时段从交流母线到直流母线的正向换流功率; PdcacBC,t为双向换流器在t时段从直流母线到交流母线的负向换流功率;PWT,t和PPv,t分别是风机和光伏在t时段的发电功率;Pcut,acL,t和Pcut,dcL,t分别表示t时段交流区被切除的负荷功率和直流区被切除的负荷功率;Ptran,acL,t和Ptran,dcL,t是t时段交流可调度负荷运行功率和直流可调度负荷运行功率。
作为优选方案,所述的步骤30)具体包括:获取系统中各设备的运行限值,包括与柴油发电机、储能、双向换流器、风机、光伏及交直流负荷相关的所有的运行限值,将运行限值代入以下式(10)至式(22),即建立得到min-max-min形式的鲁棒优化调度模型的约束条件:
0≤PWT,t≤wt,0≤PPV,t≤pt (65)
IDE,t+MDE,t≤1,IDE,t-MDE,t=UDE,t-UDE,t-1 (68)
式(10)为风机和光伏的发电功率约束;式(11)-(13)为柴油发电机的最小持续开机时间、最小持续关机时间和最大持续开机时间约束,分别为柴油发电机的最小持续开机时段数限值、最小持续关机时段数限值和最大持续开机时段数限值;式(14)为柴油发电机运行功率上下限及爬坡速度约束,为柴油发电机开机状态下运行功率的上限值和下限值,为柴油发电机的单位时段内下爬坡和上爬坡的速率限值;式(15)为储能最大充放电功率约束,为储能的最大充电和放电功率限值;式(16)为储能荷电状态约束,Smin和Smax为储能允许荷电状态的下限值和上限值,S(t)和S(t-1)为t和t-1时段储能的荷电状态,ηC和ηD为储能的充电和放电效率限值,S(0)为储能的初始荷电状态限值,S(Nt)为储能在调度周期末的荷电状态限值;式 (17)-(18)为双向换流器的换流功率及功率波动约束,表示正向换流和负向换流的运行功率限值,表示双向换流器在相邻时段功率波动的下限值和上限值;式(19)-(20)为各时段交直流被切除负荷和可调度负荷的运行功率、交直流可调度负荷用电量约束,Pcut,ac,maxL,t和Pcut,dc,maxL,t是t时段交流和直流最大的可切除负荷功率限值, Ptran,ac,maxL,t和Ptran,dc,maxL,t是t时段交流和直流可调度负荷的最大运行功率限值,[tac,1,tac,end]为交流可调度负荷的运行时段区间限值,[tdc,1,tdc,end]为直流可调度负荷的运行时段区间限值,是交流和直流可调度负荷的计划用电量限值;式(21)-(22)为直流区和交流区的功率平衡约束,为双向换流器的正向和负向换流效率限值。
作为优选方案,所述的步骤40)具体包括:
步骤401):将式(1)-(22)表示的min-max-min形式的鲁棒优化调度模型写成以下矩阵表示形式:
s.t.A·x≤b,B·x=e,x∈{0,1} (79)
D·y≤f,E·y=g, (80)
F·y≤h-G·x, (81)
J·y≤w,K·y≤p, (82)
M·y=ldc,N·y=lac (83)
式中,x为式(5)中第一阶段的0-1状态变量,y为第二阶段功率变量,w、p、ldc、lac为第二阶段不确定性集变量的集合,c、d为该目标函数中的常数矩阵;式(24)表示仅与x相关的约束条件,A、b、B、e均为该约束中的常数矩阵;式(25)表示仅与y相关的约束条件,D、f、E、g均为该约束中的常数矩阵;式(26)表示与x和y相关的约束条件,F、h、G均为该约束中的常数矩阵;式(27)表示与w,p和y相关的约束条件,J、 w、K、p均为该约束中的常数矩阵;式(28)表示与ldc,lac和y相关的约束条件,M、N 均为该约束中的常数矩阵。
步骤402):基于步骤401)中矩阵表示形式的模型,利用列约束生成算法形成 min-max-min形式的鲁棒优化调度模型的子问题如下所示:
式中,α、β、χ、γ、ψ、μdc和μac为式(25)-(28)中y的对偶变量。
步骤403):基于步骤401)中矩阵表示形式的模型和步骤402)的子问题,利用列约束生成算法形成min-max-min形式的鲁棒优化调度模型的主问题如下所示:
式中,l为总迭代次数,k为当前迭代次数,主问题优化出的x作为已知变量代入子问题,wk、pk、ldc,k、lac,k为第k次迭代后子问题中w、p、ldc、lac的优化结果,yk为第 k次迭代后子问题中y的优化结果;η为与子问题目标函数值相关的优化变量。
步骤404):利用整数优化建模工具箱YALMIP调用求解器SCIP迭代求解步骤402)的子问题和步骤403)的主问题,获得交直流混合微网的鲁棒协调运行方式。YALMIP 为公司出品的数学软件MATLAB中的整数优化建模工具箱。
本发明实施例的方法,针对交直流混合微网,考虑源荷不确定性提出了一种两阶段鲁棒优化调度模型及求解方法,第一阶段确定柴油发电机的启停和双向换流器的运行状态,第二阶段优化各设备单元的运行功率,利用列约束生成算法快速求解能够获得最恶劣场景下的最小运行费用及微网运行计划。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解,本发明不受上述具体实施例的限制,上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种交直流混合微网鲁棒优化协调调度方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤10)获取源荷预测数据,构建不确定性集;
步骤20)获取系统中各设备的运行成本系数,构建min-max-min形式的鲁棒优化调度模型的目标函数;
步骤30)获取系统中各设备的运行限值,建立min-max-min形式的鲁棒优化调度模型的约束条件;
步骤40)求解鲁棒优化调度问题,即利用列约束生成算法求解鲁棒优化问题,获得交直流混合微网的鲁棒协调运行方式。
2.根据权利要求1所述的交直流混合微网鲁棒优化协调调度方法,其特征在于,所述步骤10)中,源荷预测数据为交直流混合微网中可再生能源出力及负荷的预测标称值、上下偏差值及时段预算参数,将所述源荷预测数据代入以下式(1)至式(4)中,即构建得到不确定性集:
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式中,对于风机出力不确定性集W,wt分别是t时段风机最大可输出功率的实际值、预测标称值、预测上偏差值和预测下偏差值;Πw为风机出力不确定性的时段预算参数;分别为风机出力不确定性的上偏差引入参数和下偏差引入参数;Nt为一个调度周期总时段;P、Ldc和Lac分别为光伏出力的不确定性集、直流负荷的不确定性集和交流负荷的不确定性集;pt分别是t时段光伏最大可输出功率的实际值、预测标称值、预测上偏差值和预测下偏差值;Πp为光伏出力不确定性的时段预算参数;分别为光伏出力不确定性的上偏差引入参数和下偏差引入参数;ldc,tl-dc,t分别是t时段直流负荷最大功率的实际值、预测标称值、预测上偏差值和预测下偏差值;Πl,dc为直流负荷不确定性的时段预算参数;和κ-dc,t分别为直流负荷不确定性的上偏差引入参数和下偏差引入参数;lac,tl-ac,t分别是t时段交流负荷最大功率的实际值、预测标称值、预测上偏差值和预测下偏差值;Πl,ac为交流负荷不确定性的时段预算参数;和κac,t分别为交流负荷不确定性的上偏差引入参数和下偏差引入参数。
3.根据权利要求2所述的交直流混合微网鲁棒优化协调调度方法,其特征在于,所述步骤20)中,系统中各设备的运行成本系数包括与柴油发电机、储能、双向换流器、风机、光伏及交直流负荷相关的所有的运行成本系数,将运行成本系数代入以下式(5),即建立得到min-max-min形式的鲁棒优化调度模型的目标函数:
式(5)中相关参数根据下式计算得到:
<mrow> <msubsup> <mi>C</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>E</mi> </mrow> <mrow> <mi>o</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msubsup> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>m</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>E</mi> </mrow> <mrow> <mi>o</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msubsup> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <msub> <mi>N</mi> <mi>t</mi> </msub> </munderover> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>E</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msubsup> <mi>C</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>E</mi> </mrow> <mrow> <mi>o</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> </mrow> </msubsup> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>m</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>E</mi> </mrow> <mrow> <mi>o</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> </mrow> </msubsup> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <msub> <mi>N</mi> <mi>t</mi> </msub> </munderover> <msub> <mi>M</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>E</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msubsup> <mi>C</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>E</mi> </mrow> <mrow> <mi>f</mi> <mi>u</mi> <mi>e</mi> <mi>l</mi> </mrow> </msubsup> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>m</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>E</mi> </mrow> <mrow> <mi>f</mi> <mi>u</mi> <mi>e</mi> <mi>l</mi> </mrow> </msubsup> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <msub> <mi>N</mi> <mi>t</mi> </msub> </munderover> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>a</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>E</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>E</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>b</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>E</mi> </mrow> </msub> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>E</mi> </mrow> <mi>r</mi> </msubsup> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>E</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>6</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
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式中,分别为柴油发电机的启动成本和关停成本;为柴油发电机的燃料成本;分别为柴油发电机、储能、双向换流器、风机和光伏的运行维护成本;为储能损耗成本;为负荷切除停电惩罚成本,分别为柴油发电机的启动和关停成本系数;IDE,t为t时段柴油发电机的启动标志位,1表示柴油发电机在t时段被启动,0表示柴油发电机在t时段未被启动;MDE,t为t时段柴油发电机的关停标志位,1表示柴油发电机在t时段被关停,0表示柴油发电机在t时段未被关停;UDE,t表示t时段柴油发电机的运行状态,取值为1时表示柴油发电机在t时段处于开机状态,取值为0时表示柴油发电机在t时段处于停机状态;UacdcBC,t是t时段双向换流器正向换流运行状态标志位,1表示t时段存在正向换流,0表示t时段不存在正向换流,UacacBC,t是t时段双向换流器负向换流运行状态标志位,1表示t时段存在负向换流,0表示t时段不存在负向换流;为柴油发电机的燃料成本系数;aDE和bDE为柴油发电机的油耗特性成本系数;PDE,t为柴油发电机在t时段的运行功率;为柴油发电机的额定功率;Δt为两时段的时间间隔;分别为柴油发电机、储能、双向换流器、风机和光伏的运行维护成本系数;为储能损耗成本系数;为负荷切除停电惩罚成本系数;PchES,t和PdisES,t分别为储能在t时段的充电功率和放电功率;PacdcBC,t为双向换流器在t时段从交流母线到直流母线的正向换流功率;PdcacBC,t为双向换流器在t时段从直流母线到交流母线的负向换流功率;PWT,t和PPv,t分别是风机和光伏在t时段的发电功率;Pcut,acL,t和Pcut,dcL,t分别表示t时段交流区被切除的负荷功率和直流区被切除的负荷功率;Ptran,acL,t和Ptran,dcL,t是t时段交流可调度负荷运行功率和直流可调度负荷运行功率。
4.根据权利要求3所述的交直流混合微网鲁棒优化协调调度方法,其特征在于,所述步骤30)中,系统中各设备的运行限值为与柴油发电机、储能、双向换流器、风机、光伏及交直流负荷相关的所有的运行限值,将运行限值代入以下式(10)至式(22),即建立得到min-max-min形式的鲁棒优化调度模型的约束条件:
0≤PWT,t≤wt,0≤PPv,t≤pt (10)
<mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <mi>k</mi> </mrow> <mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>N</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>E</mi> </mrow> <mrow> <mi>o</mi> <mi>n</mi> <mo>,</mo> <mi>min</mi> </mrow> </msubsup> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </munderover> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>E</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;le;</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <mi>k</mi> </mrow> <mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>N</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>E</mi> </mrow> <mrow> <mi>o</mi> <mi>n</mi> <mo>,</mo> <mi>min</mi> </mrow> </msubsup> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </munderover> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>E</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>M</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>E</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;le;</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <mi>k</mi> </mrow> <mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>N</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>E</mi> </mrow> <mrow> <mi>o</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mo>,</mo> <mi>min</mi> </mrow> </msubsup> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </munderover> <msub> <mi>M</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>E</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;le;</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <mi>k</mi> </mrow> <mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>N</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>E</mi> </mrow> <mrow> <mi>o</mi> <mi>f</mi> <mi>f</mi> <mo>,</mo> <mi>min</mi> </mrow> </msubsup> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </munderover> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>E</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>M</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>E</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;le;</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>11</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
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IDE,t+MDE,t≤1,IDE,t-MDE,t=UDE,t-UDE,t-1 (13)
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式(10)为风机和光伏的发电功率约束;式(11)-(13)为柴油发电机的最小持续开机时间、最小持续关机时间和最大持续开机时间约束,分别为柴油发电机的最小持续开机时段数限值、最小持续关机时段数限值和最大持续开机时段数限值;式(14)为柴油发电机运行功率上下限及爬坡速度约束,为柴油发电机开机状态下运行功率的上限值和下限值,为柴油发电机的单位时段内下爬坡和上爬坡的速率限值;式(15)为储能最大充放电功率约束,为储能的最大充电和放电功率限值;式(16)为储能荷电状态约束,Smin和Smax为储能允许荷电状态的下限值和上限值,S(t)和S(t-1)为t和t-1时段储能的荷电状态,ηC和ηD为储能的充电和放电效率限值,S(0)为储能的初始荷电状态限值,S(Nt)为储能在调度周期末的荷电状态限值;式(17)-(18)为双向换流器的换流功率及功率波动约束,表示正向换流和负向换流的运行功率限值,表示双向换流器在相邻时段功率波动的下限值和上限值;式(19)-(20)为各时段交直流被切除负荷和可调度负荷的运行功率、交直流可调度负荷用电量约束,Pcut,ac,maxL,t和Pcut,dc,maxL,t是t时段交流和直流最大的可切除负荷功率限值,Ptran,ac,maxL,t和Ptran,dc,maxL,t是t时段交流和直流可调度负荷的最大运行功率限值,[tac,1,tac,end]为交流可调度负荷的运行时段区间限值,[tdc,1,tdc,end]为直流可调度负荷的运行时段区间限值,是交流和直流可调度负荷的计划用电量限值;式(21)-(22)为直流区和交流区的功率平衡约束,为双向换流器的正向和负向换流效率限值。
5.根据权利要求4所述的交直流混合微网鲁棒优化协调调度方法,其特征在于,所述步骤40)的具体内容包括:
步骤401):将式(1)-(22)表示的min-max-min形式的鲁棒优化调度模型写成以下矩阵表示形式:
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s.t. A·x≤b,B·x=e,x∈{0,1} (24)
D·y≤f,E·y=g, (25)
F·y≤h-G·x, (26)
J·y≤w,K·y≤p, (27)
M·y=ldc,N·y=lac (28)
式中,x为式(5)中第一阶段的0-1状态变量,y为第二阶段功率变量,w、p、ldc、lac为第二阶段不确定性集变量的集合,c、d为该目标函数中的常数矩阵;式(24)表示仅与x相关的约束条件,A、b、B、e均为该约束中的常数矩阵;式(25)表示仅与y相关的约束条件,D、f、E、g均为该约束中的常数矩阵;式(26)表示与x和y相关的约束条件,F、h、G均为该约束中的常数矩阵;式(27)表示与w,p和y相关的约束条件,J、w、K、p均为该约束中的常数矩阵;式(28)表示与ldc,lac和y相关的约束条件,M、N均为该约束中的常数矩阵。
步骤402):基于步骤401)中矩阵表示形式的模型,利用列约束生成算法形成min-max-min形式的鲁棒优化调度模型的子问题如下所示:
<mrow> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <munder> <munder> <mi>max</mi> <mrow> <mi>&amp;alpha;</mi> <mo>,</mo> <mi>&amp;beta;</mi> <mo>,</mo> <mi>&amp;chi;</mi> <mo>,</mo> <mi>&amp;psi;</mi> <mo>,</mo> <msub> <mi>&amp;mu;</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>&amp;mu;</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> </mrow> </munder> <mrow> <mi>w</mi> <mo>,</mo> <mi>p</mi> <mo>,</mo> <msub> <mi>l</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>l</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> </mrow> </munder> <mo>-</mo> <msup> <mi>&amp;alpha;</mi> <mi>T</mi> </msup> <mi>f</mi> <mo>+</mo> <msup> <mi>&amp;beta;</mi> <mi>T</mi> </msup> <mi>g</mi> <mo>-</mo> <msup> <mi>&amp;chi;</mi> <mi>T</mi> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>h</mi> <mo>-</mo> <mi>G</mi> <mi>x</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <msup> <mi>&amp;gamma;</mi> <mi>T</mi> </msup> <mi>w</mi> <mo>-</mo> <msup> <mi>&amp;psi;</mi> <mi>T</mi> </msup> <mi>p</mi> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>&amp;mu;</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> <mi>T</mi> </msubsup> <msub> <mi>l</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>&amp;mu;</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>c</mi> </mrow> <mi>T</mi> </msubsup> <msub> <mi>l</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>s</mi> <mo>.</mo> <mi>t</mi> <mo>.</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msup> <mi>&amp;alpha;</mi> <mi>T</mi> </msup> <mi>D</mi> <mo>+</mo> <msup> <mi>&amp;beta;</mi> <mi>T</mi> </msup> <mi>E</mi> <mo>-</mo> <msup> <mi>&amp;chi;</mi> <mi>T</mi> </msup> <mi>F</mi> <mo>-</mo> <msup> <mi>&amp;gamma;</mi> <mi>T</mi> </msup> <mi>J</mi> <mo>-</mo> <msup> <mi>&amp;psi;</mi> <mi>T</mi> </msup> <mi>K</mi> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>&amp;mu;</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> <mi>T</mi> </msubsup> <mi>M</mi> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>&amp;mu;</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>c</mi> </mrow> <mi>T</mi> </msubsup> <mi>N</mi> <mo>=</mo> <msup> <mi>d</mi> <mi>T</mi> </msup> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>&amp;alpha;</mi> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <mn>0</mn> <mo>,</mo> <mi>&amp;chi;</mi> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <mn>0</mn> <mo>,</mo> <mi>&amp;gamma;</mi> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <mn>0</mn> <mo>,</mo> <mi>&amp;psi;</mi> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <mn>0</mn> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>w</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>W</mi> <mo>,</mo> <mi>p</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>P</mi> <mo>,</mo> <msub> <mi>l</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;Element;</mo> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>l</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;Element;</mo> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mtd> </mtr> </mtable> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>29</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中,α、β、χ、γ、ψ、μdc和μac为式(25)-(28)中y的对偶变量。
步骤403):基于步骤401)中矩阵表示形式的模型和步骤402)的子问题,利用列约束生成算法形成min-max-min形式的鲁棒优化调度模型的主问题如下所示:
<mrow> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <munder> <mi>min</mi> <mrow> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>&amp;eta;</mi> </mrow> </munder> <msup> <mi>c</mi> <mi>T</mi> </msup> <mi>x</mi> <mo>+</mo> <mi>&amp;eta;</mi> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>s</mi> <mo>.</mo> <mi>t</mi> <mo>.</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>A</mi> <mi>x</mi> <mo>&amp;le;</mo> <mi>b</mi> <mo>,</mo> <mi>B</mi> <mi>x</mi> <mo>=</mo> <mi>e</mi> <mo>,</mo> <mi>x</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mo>{</mo> <mn>0</mn> <mo>,</mo> <mn>1</mn> <mo>}</mo> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>&amp;eta;</mi> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <msup> <mi>d</mi> <mi>T</mi> </msup> <msub> <mi>y</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>Dy</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>&amp;le;</mo> <mi>f</mi> <mo>,</mo> <msub> <mi>Ey</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>g</mi> <mo>,</mo> <msub> <mi>Fy</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>&amp;le;</mo> <mi>h</mi> <mo>-</mo> <mi>G</mi> <mi>x</mi> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>Jy</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>&amp;le;</mo> <msub> <mi>w</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>Ky</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>&amp;le;</mo> <msub> <mi>p</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>My</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>l</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> <mo>,</mo> <mi>k</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>Ny</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>l</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>c</mi> <mo>,</mo> <mi>k</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>&amp;ForAll;</mo> <mi>k</mi> <mo>&amp;le;</mo> <mi>l</mi> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mtd> </mtr> </mtable> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>30</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中,l为总迭代次数,k为当前迭代次数,主问题优化出的x作为已知变量代入子问题,wk、pk、ldc,k、lac,k为第k次迭代后子问题中w、p、ldc、lac的优化结果,yk为第k次迭代后子问题中y的优化结果;η为与子问题目标函数值相关的优化变量。
步骤404):利用整数优化建模工具箱YALMIP调用求解器SCIP迭代求解步骤402)的子问题和步骤403)的主问题,获得交直流混合微网的鲁棒协调运行方式。
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