CN111932057B - 一种交直流微电网经济调度方法 - Google Patents

一种交直流微电网经济调度方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种交直流微电网经济调度方法，包括以下步骤：步骤a：建立交直流混联微电网动态经济调度模型；步骤b：构建双层一致性算法，将交直流混合微电网中节点进行分层，上层为领导层，主要通过自身反馈环节进行数据更新，下层为跟踪层，通过接收领导层发送过来的信息进行自我数据更新；步骤c：基于交直流混合微电网网架拓扑，结合发电单元的出力约束，构建考虑约束条件下的双层一致性算法，利用双层一致性算法对每个节点进行控制，使得每个元素状态达到一致，实现交直流混合微电网经济调度。本发明提供的一种交直流混合微电网经济调度方法，能够解决交直流混联微电网的动态经济调度问题。

Description

一种交直流微电网经济调度方法
技术领域
本发明涉及一种交直流微电网经济调度方法，属于新能源发电和智能电网技术领域。
背景技术
微电网的经济调度与协调控制是保证其经济可靠运行的基础。现阶段通常采用集中式的控制方式。通过微电网控制中心对整个微电网内的发电单元、储能单元及负荷单元统一协调控制，结构简单、控制精度高，但是灵活性和可靠性较差，MGCC出现故障、遭受网络攻击或通信结构发生改变时，集中式的控制方式就无法完成控制目标。分布式控制可以克服全局通信及统一控制的缺陷，仅依靠自身和邻居单元的信息来实现全局优化，能够满足分布式电源即插即用的要求，同时也保证了微电网内用户单元信息的私密性。
一致性算法是实现分布式控制的重要手段，国内外对一致性算法解决微电网的经济调度问题已开展了一些研究工作。张鑫等考虑发电单元和负荷单元的通信，以发电机组的增量成本和柔性负荷的增量效益作为一致性变量，提出了基于供需不平衡量反馈的一致性算法解决微电网的能量管理问题。顾伟等利用有限步一致性算法提出直流微电网的分布式协同控制策略，李一琳等将有限步一致性算法应用到微电网的经济调度中，得到了较好的收敛性能。上述分布式算法的应用对象大多为孤立型的直流微电网或者交流微电网，虽然能够取得良好的控制效果，但无法在交直流混合微电网中发挥其优势，原因在于交直流混合微电网不仅具有直流的特性，还具备交流的特性，如何衔接两者之者之间的关系并提出合理的控制算法是解决交直流混合微电网控制的关键问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种能够解决交直流混联微电网的多时段动态经济调度问题的交直流混联微电网分布式动态经济调度方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种交直流混合微电网经济调度方法，包括：
建立交直流混合微电网动态经济调度模型；
将交直流混合微电网中节点进行分层，上层为领导层，通过自身反馈环节进行数据更新，下层为跟踪层，通过接收领导层发送过来的信息进行自我数据更新，构建双层一致性算法；
基于交直流混合微电网网架拓扑，结合发电单元的出力约束，构建考虑约束条件下的双层一致性算法，利用双层一致性算法对每个节点进行控制。
进一步地，所述交直流混合微电网动态经济调度模型的建立过程包括：
以微电网日发电成本最小为目标建立目标函数；
确定交直流混合微电网各个单元的运行约束与供需平衡约束条件；
建立单时段分布式经济调度模型，应用拉格朗日乘子法对单时段分布式经济调度模型进行处理，整合运行成本系数，得到运行成本系数的统一形式。
进一步地，所述目标函数为：
Figure BDA0002549627890000021
其中：T为日调度周期内的时间段数，STG为传统发电机组单元集合， SWT为风力发电机组单元集合，SSL为光伏发电机组单元集合；PTG,i(t)、 PWT,j(t)、PSL,k(t)分别为传统发电机组i、风机单元j、光伏单元k在t时刻的有功输出功率；Ci(PTG,i(t))、Cj(PWT,j(t))、Ck(PSL,k(t))分别为集合的发电成本函数。
进一步地，所述供需平衡约束条件为有功供需平衡约束条件，所述运行约束包括：传统发电机组运行约束、风机光伏出力约束和交直流联络线约束。
进一步地，应用拉格朗日乘子法对单时段分布式经济调度模型进行处理过程为：令λ表示拉格朗日乘子，不考虑不等式约束条件下，原优化问题转化为：
Figure BDA0002549627890000031
其中，PDM,s为负荷单元对应的负荷需求值，SDM为交直流混联微电网内所有负荷单元的集合；
应用Karush-Kuhn-Tucker一阶最优性条件，对决策量和拉格朗日乘子求偏导：
Figure BDA0002549627890000032
当各运行成本微增率相等时，拉格朗日函数L取得最小值，所得的λ为最优微增率；其中，ai和bi为传统发电机组成本函数系数，ωj和ωk为弃风弃光成本系数。
进一步地，
运行成本系数的统一形式为：
Figure BDA0002549627890000033
Figure BDA0002549627890000034
i∈STG∪SWT∪SSL，其中，
Figure BDA0002549627890000035
Figure BDA0002549627890000036
为整合后单元i的运行成本系数，Pi为单元i的有功出力。
进一步地，所述交直流混合微电网的单元数量为n个，包含传统发电机组和风机光伏单元。
进一步地，所述最优微增率为：
Figure BDA0002549627890000041
Figure BDA0002549627890000042
i∈STG∪SWT∪SSL，式中，PDM表示负荷总功率，PDM,i表示第i个机组单元的负荷功率。
进一步地，
所述双层一致性算法为：
Figure BDA0002549627890000043
式中，
λ(t+1)＝[λTG,1(t+1),…,λWT,1(t+1),…,λSL,1(t+1),…]T
Figure BDA0002549627890000044
Figure BDA0002549627890000045
Figure BDA0002549627890000046
Figure BDA0002549627890000047
E表示一个由反馈系数ε和元素0组成的列向量，如果节点i是领导层节点，则相应元素为ε，反之取0，经过D步迭代，机组单元 i的微增率值和功率值都能达到最优值，即
Figure BDA0002549627890000051
和
Figure BDA0002549627890000052
其中Pi *表示D步迭代后机组单元i的功率最优值。
进一步地，考虑约束条件下的双层一致性算法包括：
考虑电机有功出力时，电机节点的更新方程为：
Figure BDA0002549627890000053
考虑电机出力爬坡约束时，电机节点的更新方程：
Figure BDA0002549627890000054
考虑风力发电出力约束时，风机节点的更新方程为：
Figure BDA0002549627890000055
考虑光伏发电出力约束时，光伏节点的更新方程为：
Figure BDA0002549627890000056
考虑交直流联络线约束时，直流侧功率偏差的更新方程为：
Figure BDA0002549627890000061
考虑交直流联络线约束时，交流侧功率偏差的更新方程为：
Figure BDA0002549627890000062
本发明的有益效果：本发明提供一种交直流混联微电网分布式动态经济调度方法，该算法能有效解决交直流混合微电网在控制分层时的优化问题。通过将系统节点分层，得到领导层电机节点和跟踪层电机节点；领导层的电机节点主要通过反馈环节进行数据更新，跟踪层的电机节点利用这些数据对自身数据进行更新，最后达到全局信息共享，利用所提出的分布式分层一致性算法，实现微电网的调度研究系统的效率。
附图说明
图1为本发明一种交直流微电网经济调度方法的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供的一种交直流混联微电网分布式动态经济调度方法，包括以下步骤：
步骤1：建立交直流混联微电网动态经济调度模型。具体包含：步骤1.1：确定目标函数。在分布式电源装备成本固定和储能系统足以消纳微网冗余功率的情形下，以微电网日发电成本最小为目标，运行费用包括可控单元传统机组的运行成本，风机和光伏的弃风弃光成本，其目标函数目标函数具体表达式如下：
Figure BDA0002549627890000071
其中：T为日调度周期内的时间段数，STG为传统发电机组单元集合，SWT为风力发电机组单元集合，SSL为光伏发电机组单元集合； PTG,i(t)、PWT,j(t)、PSL,k(t)分别为传统发电机组i、风机单元j、光伏单元k在t时刻的有功输出功率；Ci(PTG,i(t))、Cj(PWT,j(t))、Ck(PSL,k(t))分别为集合的发电成本函数。
传统发电机组i的运行成本函数可建模为二次函数形式：
Ci(PTG,i(t))＝aTG,i(PTG,i(t))2+bTG,iPTG,i(t)+cTG,i,i∈STG (1)
式中，aTG,i、bTG,i、cTG,i表示其成本函数系数。
新能源发电机组输出功率可分为固定消纳部分和可调节部分，风电光伏功率可调节部分可以进行弃风弃光处理，但为促进可再生能源消纳，弃风弃光行为将会产生一定的惩罚，风机和光伏单元的弃风弃光成本函数可表示为：
Figure BDA0002549627890000072
Figure BDA0002549627890000073
式中，aWT,j、aSL,k表示弃风弃光成本系数；
Figure BDA0002549627890000074
表示t时刻风机单元j可调节功率的最大值，
Figure BDA0002549627890000075
表示t时刻光伏单元k可调节功率的最大值。
步骤1.2：确定约束条件。为了保证微电网能够安全稳定运行，需要满足各个单元的运行约束与供需平衡约束。约束条件包括有功供需平衡约束、传统发电机组运行约束、风机光伏出力约束和交直流联络线约束。
(1)有功供需平衡约束包含：交直流混联微电网整体应实时满足供需平衡约束、微电网中直流区域的直流侧有功平衡约束、交流侧有功平衡约束。交直流混联微电网整体应实时满足供需平衡约束：
Figure BDA0002549627890000081
式中，SDM为交直流混联微电网内所有负荷单元的集合，PDM,s(t)为负荷单元s在t时刻对应的负荷需求值。直流侧有功平衡约束：
Figure BDA0002549627890000082
式中，PAC-DC(t)为交流区域与直流区域换流联络线上的交互功率，交流侧向直流侧转移有功功率时PAC-DC(t)为正，反之为负。SDCDM为直流负荷单元的集合，PDCDM,s(t)为直流负荷单元s在t时刻对应的负荷值。
交流侧有功平衡约束：
Figure BDA0002549627890000083
式中，SACDM为交流负荷单元的集合，PACDM,s(t)为交流负荷单元s在 t时刻对应的负荷值。
(2)传统发电机组运行约束包含有功出力上下限约束、出力爬坡约束。
有功出力上下限约束：
Figure BDA0002549627890000084
式中，
Figure BDA0002549627890000085
和
Figure BDA0002549627890000086
分别为传统发电机组i在t时刻的有功可调下限和上限。
出力爬坡约束：
Figure BDA0002549627890000087
Figure BDA0002549627890000088
为传统发电机组i在[t-1,t]时间段内可增、减的有功功率最大值。
(3)风机光伏出力约束。
风力发电和光伏发电单元有功出力可调节范围可表示为：
Figure BDA00025496278900000811
Figure BDA0002549627890000089
Figure BDA00025496278900000810
分别为风机和光伏的出力限额。
(4)交直流联络线约束。
在t时刻交流子微网与直流子微网换流联络线功率约束为：
Figure BDA0002549627890000091
式中，
Figure BDA0002549627890000092
分别为联络线上传递功率的限值。其中，
Figure BDA0002549627890000093
为负值，表示从直流子微网到交流子微网传递的功率上限值。
步骤1.3：应用拉格朗日乘子法对单时段分布式经济调度模型进行处理。令λ表示拉格朗日乘子，不考虑不等式约束条件下，原优化问题转化为：
Figure BDA0002549627890000094
其中，PDM,s为负荷单元对应的负荷需求值，SDM为交直流混联微电网内所有负荷单元的集合；
应用Karush-Kuhn-Tucker一阶最优性条件，对决策量和拉格朗日乘子求偏导：
Figure BDA0002549627890000095
当各运行成本微增率相等时，拉格朗日函数L取得最小值，所得的λ为最优微增率；其中，ai和bi为传统发电机组成本函数系数，ωj和ωk为弃风弃光成本系数。
将对应的运行成本系数整合，得到统一形式：
Figure BDA0002549627890000096
i∈STG∪SWT∪SSL，即
Figure BDA0002549627890000097
其中，
Figure BDA0002549627890000098
为整合后单元i的运行成本系数，Pi为单元i的有功出力。
设有n个机组单元，包含传统发电机组、风机光伏单元。则负荷总功率可以表达为：
Figure BDA0002549627890000099
i∈STG∪SWT∪SSL，式中，PDM表示负荷总功率，PDM,i表示第i个机组单元的负荷功率；根据等微增率准则，得出最优微增率的表达式为：
Figure BDA0002549627890000101
在满足各发电单元达到最优功率的前提下，需要对这些发电单元设定约束条件。考虑发电单元的功率约束时，需要对等微增率进行如下调整：
Figure BDA0002549627890000102
步骤2：对于交直流混合微电网来说，不管是直流侧还是交流侧，均可以对节点进行分层处理，领导层节点包含自身反馈环节，利用反馈环节进行数据自我更新；跟踪层不包含反馈环节，通过接收领导层的信息实现数据更新。首先定义一个变量，即：功率偏差，表示交直流混联微电网负荷总需求值与发电功功率的差值。
Figure BDA0002549627890000103
其中，直流侧功率偏差和交流侧功率偏差可分别表示为：
Figure BDA0002549627890000104
Figure BDA0002549627890000105
其次，定义领导层节点的更新算法为：
Figure BDA0002549627890000106
跟踪层节点的更新算法为：
Figure BDA0002549627890000111
式中，dij表示节点关联系数，取值为：dij＝2/(Ni+Nj+δ)，其中，Ni和Nj分别表示与节点i和j直接相连的发电(负荷)单元的个数。δ是一个很小的正数。将式(8)和式(9)合并处理，即得到双层一致性算法，即：
Figure BDA0002549627890000112
式中，
λ(t+1)＝[λTG,1(t+1),…,λWT,1(t+1),…,λSL,1(t+1),…]T
Figure BDA0002549627890000113
Figure BDA0002549627890000114
Figure BDA0002549627890000115
Figure BDA0002549627890000116
E表示一个由反馈系数ε和元素0组成的列向量，如果节点i是领导层节点，则相应元素为ε，反之取0。经过D步迭代，机组单元 i的微增率值和功率值都能达到最优值，即
Figure BDA0002549627890000121
和
Figure BDA0002549627890000122
其中Pi *表示D步迭代后机组单元i的功率最优值。
步骤3：考虑电机有功出力时，电机节点的更新方程可表示为：
Figure BDA0002549627890000123
考虑电机出力爬坡约束时，电机节点需要调整如下：
Figure BDA0002549627890000124
考虑风力发电出力约束时，风机节点的更新方程为：
Figure BDA0002549627890000125
考虑光伏发电出力约束时，光伏节点的更新方程为：
Figure BDA0002549627890000126
对直流区域来说，考虑交直流联络线约束时，直流侧功率偏差的更新方程为：
Figure BDA0002549627890000131
对交流区域来说，考虑交直流联络线约束时，交流侧功率偏差的更新方程为：
Figure BDA0002549627890000132
将式(19)～式(24)和式(18)相结合，即为提出的考虑约束条件下的交直流混合微电网双层一致性算法。该算法能有效解决交直流混合微电网在控制分层时的优化问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种交直流微电网经济调度方法，其特征在于，包括：
建立交直流混合微电网动态经济调度模型；
将交直流混合微电网中节点进行分层，上层为领导层，通过自身反馈环节进行数据更新，下层为跟踪层，通过接收领导层发送过来的信息进行自我数据更新，构建双层一致性算法；
基于交直流混合微电网网架拓扑，结合发电单元的出力约束，构建考虑约束条件下的双层一致性算法，利用双层一致性算法对每个节点进行控制；
所述双层一致性算法为：
Figure FDA0003747711680000011
式中，
λ(t+1)＝[λTG,1(t+1),…,λWT,1(t+1),…,λSL,1(t+1),…]T
Figure FDA0003747711680000012
Figure FDA0003747711680000013
Figure FDA0003747711680000014
Figure FDA0003747711680000015
E表示一个由反馈系数ε和元素0组成的列向量，如果节点i是领导层节点，则相应元素为ε，反之取0，经过D步迭代，机组单元i的微增率值和功率值都能达到最优值，即
Figure FDA0003747711680000021
和
Figure FDA0003747711680000022
其中Pi *表示D步迭代后机组单元i的功率最优值；
考虑约束条件下的双层一致性算法包括：
考虑电机有功出力时，电机节点的更新方程为：
Figure FDA0003747711680000023
考虑电机出力爬坡约束时，电机节点的更新方程：
Figure FDA0003747711680000024
考虑风力发电出力约束时，风机节点的更新方程为：
Figure FDA0003747711680000025
考虑光伏发电出力约束时，光伏节点的更新方程为：
Figure FDA0003747711680000026
考虑交直流联络线约束时，直流侧功率偏差的更新方程为：
Figure FDA0003747711680000031
考虑交直流联络线约束时，交流侧功率偏差的更新方程为：
Figure FDA0003747711680000032
2.根据权利要求1所述的一种交直流微电网经济调度方法，其特征在于：所述交直流混合微电网动态经济调度模型的建立过程包括：
以微电网日发电成本最小为目标建立目标函数；
确定交直流混合微电网各个单元的运行约束与供需平衡约束条件；
建立单时段分布式经济调度模型，应用拉格朗日乘子法对单时段分布式经济调度模型进行处理，整合运行成本系数，得到运行成本系数的统一形式。
3.根据权利要求2所述的一种交直流微电网经济调度方法，其特征在于：所述目标函数为：
Figure FDA0003747711680000033
其中：T为日调度周期内的时间段数，STG为传统发电机组单元集合，SWT为风力发电机组单元集合，SSL为光伏发电机组单元集合；PTG,i(t)、PWT,j(t)、PSL,k(t)分别为传统发电机组i、风机单元j、光伏单元k在t时刻的有功输出功率；Ci(PTG,i(t))、Cj(PWT,j(t))、Ck(PSL,k(t))分别为集合的发电成本函数。
4.根据权利要求2所述的一种交直流微电网经济调度方法，其特征在于：所述供需平衡约束条件为有功供需平衡约束条件，所述运行约束包括：传统发电机组运行约束、风机光伏出力约束和交直流联络线约束。
5.根据权利要求2所述的一种交直流微电网经济调度方法，其特征在于：应用拉格朗日乘子法对单时段分布式经济调度模型进行处理过程为：令λ表示拉格朗日乘子，不考虑不等式约束条件下，原优化问题转化为：
Figure FDA0003747711680000041
其中，PDM,s为负荷单元对应的负荷需求值，SDM为交直流混联微电网内所有负荷单元的集合；
应用Karush-Kuhn-Tucker一阶最优性条件，对决策量和拉格朗日乘子求偏导：
Figure FDA0003747711680000042
当各运行成本微增率相等时，拉格朗日函数L取得最小值，所得的λ为最优微增率；其中，ai和bi为传统发电机组成本函数系数，ωj和ωk为弃风弃光成本系数。
6.根据权利要求5所述的一种交直流微电网经济调度方法，其特征在于：
运行成本系数的统一形式为：
Figure FDA0003747711680000043
Figure FDA0003747711680000044
i∈STG∪SWT∪SSL，其中，
Figure FDA0003747711680000045
为整合后单元i的运行成本系数，Pi为单元i的有功出力。
7.根据权利要求2所述的一种交直流微电网经济调度方法，其特征在于：所述交直流混合微电网的单元数量为n个，包含传统发电机组和风机光伏单元。
8.根据权利要求5所述的一种交直流微电网经济调度方法，其特征在于：所述最优微增率为：
Figure FDA0003747711680000051
Figure FDA0003747711680000052
i∈STG∪SWT∪SSL，式中，PDM表示负荷总功率，PDM,i表示第i个机组单元的负荷功率。
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