CN113991676B - 一种交直流混合配电系统的调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种交直流混合配电系统的调度方法,所述调度方法包括:将所述交直流混合配电系统构造为含有虚拟节点的电力电子变压器节点模型,其中,将每一所述电力电子变压器的所述高压交流端口构造为高压交流虚拟节点,所述低压交流端口构造为低压交流虚拟节点,所述高压直流端口构造为高压直流虚拟节点,所述低压直流端口构造为主节点。建立交直流混合配电系统的分布式系统模型。本发明实施例提供一种交直流混合配电系统的调度方法,将交直流混合配电系统划分为不同的分区,在保证每一分区日运行成本最低的条件下,避免各个分区之间过多的隐私数据传递,发挥了各分区自主运行的优势,有效提高计算效率。
Description
技术领域
本发明涉及电力领域,特别是涉及一种交直流混合配电系统的调度方法。
背景技术
近年来,各种分布式可再生能源及交直流负载得到了快速增长,传统的交流配电网已不能满足交直流“源-荷-储”高效接入的需求,随着电力电子技术的快速发展,采用交直流混合供电方式可综合解决“源-荷-储”供用电需求,同时,具有能量路由功能的电力电子变压器被广泛应用在交直流混合配电系统中,有效解决传统交流配电网交直流能量转换效率低、配电灵活性差等问题。
目前,目前针对含电力电子变压器的交直流混合配电系统的研究方法包括集中式方法,集中式方法将交直流混合配电系统看作一个整体,收集系统内各个设备的运行信息,具有通信信息量大、求解时间长、隐私性较差以及各个主体利益博弈等问题。
发明内容
本发明实施例提供一种交直流混合配电系统的调度方法,将交直流混合配电系统划分为不同的分区,在保证每一分区日运行成本最低的条件下,避免各个分区之间过多的隐私数据传递,发挥了各分区自主运行的优势,有效提高计算效率。
本发明实施例提供一种交直流混合配电系统的调度方法,所述交直流混合配电系统包括两台性能指标一致的电力电子变压器和储能装置;每一所述电力电子变压器均包括高压交流端口、低压交流端口、低压直流端口和高压直流端口,所述储能装置与所述低压交流端口电连接,所述高压交流端口与上级电网电连接;
所述调度方法包括:
将所述交直流混合配电系统构造为含有虚拟节点的电力电子变压器节点模型,其中,将每一所述电力电子变压器的所述高压交流端口构造为高压交流虚拟节点,所述低压交流端口构造为低压交流虚拟节点,所述高压直流端口构造为高压直流虚拟节点,所述低压直流端口构造为主节点;
建立交直流混合配电系统的分布式系统模型,其中,所述分布式系统模型包括高压交流分区、低压交流分区、高压直流分区和低压直流分区,所述高压交流分区包括两个电力电子变压器的高压交流虚拟节点,所述低压交流分区包括两个电力电子变压器的低压交流虚拟节点和储能装置,所述高压直流分区包括两个电力电子变压器的高压直流虚拟节点,所述低压直流分区包括两个电力电子变压器的高压交流虚拟节点、两个电力电子变压器的低压交流虚拟节点、两个电力电子变压器的高压直流虚拟节点和两个电力电子变压器主节点;
以日前运行成本最低为目标,构造含惩罚项的所述高压交流分区的目标函数,构造含惩罚项的所述低压交流分区的目标函数,构造含惩罚项的所述高压直流分区的目标函数,构造含惩罚项的所述低压直流分区的目标函数;
对所述高压交流分区的目标函数、所述低压交流分区的目标函数、所述高压直流分区的目标函数和所述低压直流分区的目标函数进行迭代计算,直到迭代计算后的所述高压交流分区的目标函数、所述低压交流分区的目标函数、所述高压直流分区的目标函数、所述低压直流分区的目标函数均满足收敛判据,输出各电力电子变压器高压交流端口的输出功率、高压直流端口的输出功率、低压交流端口的输出功率和低压直流端口的输出功率和低压交流分区中储能装置的充放电功率;其中,迭代计算时以一致性约束和各个分区的约束条件为限制;
根据所述高压交流端口的输出功率控制所述高压交流分区与上级电网购电的功率和与上级电网售电的功率,使所述高压交流分区的日运行成本最低,根据所述低压交流端口的输出功率控制所述低压交流分区中储能装置的充放电功率,使所述低压交流分区的日运行成本最低,根据所述高压直流端口的输出功率控制所述高压直流分区中负荷消耗的有功功率,使所述高压直流分区的日运行成本最低,根据所述低压直流端口的输出功率控制所述低压直流分区中负荷消耗的有功功率,使所述低压直流分区的日运行成本最低。
可选的,所述一致性约束如下:
其中,Pi-ACH(t)表示低压直流分区t时刻第i台电力电子变压器的高压交流虚拟节点输出的有功功率,表示高压交流分区t时刻第i台电力电子变压器高压交流虚拟节点输出的有功功率,Pi-ACL(t)表示低压交流分区t时刻第i台电力电子变压器低压交流虚拟节点输出的有功功率,/>表示低压交流分区t时刻第i台电力电子变压器低压交流虚拟节点输出的有功功率,Pi-DCH(t)表示高压直流分区t时刻第i台电力电子变压器高压直流虚拟节点输出的有功功率,/> -DCH(t)表示高压直流分区t时刻第i台电力电子变压器高压直流虚拟节点输出的有功功率。
可选的,所述交直流混合配电系统还包括高压交流母线、低压交流母线、光伏发电设备、储能装置、厂房交流负载、高压直流母线、第一变流器、第二变流器、第三变流器、老化试验设备、低压直流母线、IT机柜、充电桩和空调照明设备;
所述高压交流分区还包括高压交流母线,所述高压交流母线与上级电网电连接;
所述低压交流分区还包括低压交流母线、光伏发电设备、储能装置、第一变流器和厂房交流负载;
所述高压直流分区还包括高压直流母线、第二变流器和UPS老化试验设备;
低压直流分区还包括低压直流母线、第三变流器、IT机柜、充电桩、空调照明设备、UPS老化试验设备。
可选的,含惩罚项的所述高压交流分区的目标函数为:
其中,FACH表示高压交流分区日前运行成本,T表示调度周期,Cbuy(t)表示t时刻高压交流分区从上级电网购电的单位电价,Pbuy(t)表示t时刻高压交流分区从上级电网购电的功率,Csell(t)表示t时刻高压交流分区向上级电网售电的单位电价,Psell(t)表示t时刻高压交流分区向上级电网售电的功率,λ1,t表示与高压交流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,θ1,t表示与高压交流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数平方系数向量,η1,t表示与高压交流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,ω1,t表示与高压交流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数平方系数向量。
可选的,含惩罚项的所述低压交流分区的目标函数为:
FACL表示低压交流分区日前运行成本,NCT表示低压交流分区中第一变流器的数量,NPV表示低压交流分区中光伏发电设备的数量,Closs表示损耗成本单价,Cpv表示光伏发电补贴单价,Pi-loss-CT1(t)表示t时刻第i台第一变流器的有功损耗,Pi-pv(t)表示t时刻第i台光伏发电设备的发电功率,ηCT1表示第一变流器传输效率,Pch(t)表示t时刻储能装置的充电功率,Pdis(t)表示t时刻储能装置的放电功率,λ2,t表示与低压交流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,θ2,t表示与低压交流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数平方系数向量,η2,t表示与低压交流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,ω2,t表示与低压交流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数平方系数向量。
可选的,含惩罚项的所述高压直流分区的目标函数为:
FDCH表示高压直流分区日前运行成本,ηCT2表示第二变流器传输效率,Ploss-CT2(t)表示t时刻第二变流器的有功损耗,Pload(t)表示t时刻负荷消耗的有功功率,λ3,t表示与高压直流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,θ3,t表示与高压直流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数平方系数向量,η3,t表示与高压直流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,ω3,t表示与高压直流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数平方系数向量。
可选的,含惩罚项的所述低压直流分区的目标函数为:
FDCL表示低压直流分区日前运行成本,Closs表示损耗成本单价,Ploss-CT3(t)表示t时刻第三变流器的有功损耗,ηCT3表示第三变流器传输效率,Pi-PET-loss(t)表示t时刻第i台电力电子变压器的有功损耗,Pload-IT(t)表示t时刻IT机柜负荷消耗的有功功率,λ1,t表示与高压交流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,θ1,t表示与高压交流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数平方系数向量,η1,t表示与高压交流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,ω1,t表示与高压交流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数平方系数向量,λ2,t表示与低压交流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,θ2,t表示与低压交流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数平方系数向量,η2,t表示与低压交流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,ω2,t表示与低压交流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数平方系数向量,λ3,t表示与高压直流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,θ3,t表示与高压直流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数平方系数向量,η3,t表示与高压直流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,ω3,t表示与高压直流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数平方系数向量。
可选的,建立交直流混合配电系统的分布式系统模型之前还包括:
建立含有虚拟节点的电力电子变压器的稳态模型,即:
Pi-ACH(t)+Pi-ACL(t)+Pi-DCH(t)+Pi-DCL(t)+Pi-PET-loss(t)=0
其中,i表示电力电子变压器的序号,i为正整数,Pi-ACH(t)表示t时刻第i台电力电子变压器的高压交流虚拟节点输出的有功功率,Pi-ACL(t)表示t时段第i台电力电子变压器低压交流虚拟节点输出的有功功率,Pi-DCH(t)表示t时刻第i台电力电子变压器高压直流虚拟节点输出的有功功率,Pi-DCL(t)表示t时刻第i台电力电子变压器主节点输出的有功功率,Pi-PET-loss(t)表示t时刻第i台电力电子变压器的有功损耗。
可选的,电力电子变压器高压交流虚拟节点、低压交流虚拟节点、高压直流虚拟节点和主节点输出的有功功率还具有范围约束,具体如下:
其中,PACH-min、PACH-max表示电力电子变压器高压交流虚拟节点输出有功功率的最小值和最大值,PACL-min、PACL-max表示电力电子变压器低压交流虚拟节点输出有功功率的最小值和最大值,PDCH-min、PDCH-max表示电力电子变压器高压直流虚拟节点输出有功功率的最小值和最大值,PDCL-min、PDCL-max表示电力电子变压器主节点输出有功功率的最小值和最大值。
可选的,收敛判据具体如下:
其中,k表示目标函数的迭代次数,τ1表示每次迭代过程中所述一致性约束的差值判据,τ2表示两次迭代过程中所述目标函数的差值判据,FACH表示高压交流分区日前运行成本,FACL表示低压交流分区日前运行成本,FDCH表示高压直流分区日前运行成本,FDCL表示低压直流分区日前运行成本。
本发明实施例提供一种交直流混合配电系统的调度方法,将交直流混合配电系统解耦为高压交流分区、低压交流分区、高压直流分区和低压直流分区,并建立每一分区含惩罚项的目标函数,以一致性约束条件为目标,求解每一分区中虚拟节点的输出的有功功率和低压直流分区中主节点的输出功率。根据每一虚拟节点输出的有功功率和主节点输出的有功功率控制每一分区负荷、光伏发电设备和储能装置的运行情况,以使每一分区的日运行成本最低。本实施例提供一种交直流混合配电系统的调度方法,将交直流混合配电系统划分为不同的分区,在保证每一分区日运行成本最低的条件下,避免各个分区之间过多的隐私数据传递,发挥了各分区自主运行的优势,有效提高计算效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种交直流混合配电系统的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的一种交直流混合配电系统的调度方法的流程示意图;
图3为本发明实施例提供的又一种交直流混合配电系统的结构示意图;
图4为使用本发明实施例提供的交直流混合配电系统的调度方法的实测结果示意图;
图5为使用本发明实施例提供的交直流混合配电系统的调度方法的实测结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明实施例作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明实施例,而非对本发明实施例的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明实施例相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例提供的一种交直流混合配电系统的结构示意图,参考图1,交直流混合配电系统包括两台性能指标一致的电力电子变压器和储能装置;每一电力电子变压器均包括高压交流端口、低压交流端口、低压直流端口和高压直流端口,储能装置与低压交流端口电连接,高压交流端口与上级电网电连接。
图2为本发明实施例提供的一种交直流混合配电系统的调度方法的流程示意图,参考图2,该调度方法包括如下步骤:
S110、将交直流混合配电系统构造为含有虚拟节点的电力电子变压器节点模型,其中,将每一电力电子变压器的高压交流端口构造为高压交流虚拟节点,低压交流端口构造为低压交流虚拟节点,高压直流端口构造为高压直流虚拟节点,低压直流端口构造为主节点。
具体的,本实例中的电力电子变压器的内部电压母线采用低压直流母线,低压直流母线可以是±375V DC母线,本实例中的电力电子变压器的拓扑结构主要是将高压交流通过AC/DC和DAB变换并入±375V DC母线,可通过DC/DC变换得到高压直流,也可通过DC/AC变换得到低压交流,高压直流可以是10kV DC,低压交流可以是380V AC。电力电子变压器所有端口均并入到低压直流母线上,所以电力电子变压器的低压直流端口的传输功率无须进行任何变换,理论上不存在功率损耗。在一般的交直流混合配电系统的集中式模型中,电力电子变压器作为一个节点体现在系统结构中,本实例为了实现电力电子变压器在不同电压分区中的解耦,建立含虚拟节点的电力电子变压器模型,将原电力电子变压器的高压交流端口构造为高压交流虚拟节点,将原电力电子变压器的低压交流端口构造为低压交流虚拟节点,将原电力电子变压器的高压直流端口构造为高压直流虚拟节点,由于低压直流端口无须进行电压变换,所以将电力电子变压器与其低压直流端口构造为电力电子变压器主节点。故一个原电力电子变压器节点转化为一个电力电子变压器主节点和三个虚拟节点,转化前后模型等价,转化后的电力电子变压器节点模型共具备四个节点,可以分配到交直流混合配电系统的四个电压分区。
S120、建立交直流混合配电系统的分布式系统模型,其中,分布式系统模型包括高压交流分区、低压交流分区、高压直流分区和低压直流分区,高压交流分区包括两个电力电子变压器的高压交流虚拟节点,低压交流分区包括两个电力电子变压器的低压交流虚拟节点和储能装置,高压直流分区包括两个电力电子变压器的高压直流虚拟节点,低压直流分区包括两个电力电子变压器的高压交流虚拟节点、两个电力电子变压器的低压交流虚拟节点、两个电力电子变压器的高压直流虚拟节点和两个电力电子变压器主节点。
具体的,图3为本发明实施例提供的又一种交直流混合配电系统的结构示意图,参考图3,本实例中解耦交直流混合配电系统,将原系统划分为高压交流分区110、低压交流分区120、高压直流分区130和低压直流分区140,并将虚拟节点划分至各分区,其中,高压交流分区110包括高压直流母线10、主网连接节点和两个电力电子变压器高压交流虚拟节点,低压交流分区120包括低压交流母线20、光伏发电设备、储能装置、第一变流器、厂房交流负载和两个电力电子变压器低压交流虚拟节点,高压直流分区130包括高压直流母线30、第二变流器、UPS老化试验设备和两个电力电子变压器高压直流虚拟节点,低压直流分区140包括低压直流母线40、第三变流器、IT机柜、充电桩、空调照明设备、UPS老化试验设备、两个电力电子变压器主节点和各自的高压交流虚拟节点、低压交流虚拟节点和高压直流虚拟节点。
S130、以日前运行成本最低为目标,构造含惩罚项的高压交流分区的目标函数,构造含惩罚项的低压交流分区的目标函数,构造含惩罚项的高压直流分区的目标函数,构造含惩罚项的低压直流分区的目标函数。
具体的,首先建立每一分区的日前运行成本,为了实现整个交直流混合配电系统最低运行成本,构造每一分区含有惩罚项的目标函数。
S140、对高压交流分区的目标函数、低压交流分区的目标函数、高压直流分区的目标函数和低压直流分区的目标函数进行迭代计算,直到迭代计算后的高压交流分区的目标函数、低压交流分区的目标函数、高压直流分区的目标函数、低压直流分区的目标函数均满足收敛判据,输出各电力电子变压器高压交流端口的输出功率、高压直流端口的输出功率、低压交流端口的输出功率和低压直流端口的输出功率和低压交流分区中储能装置的充放电功率。其中,迭代计算时以各个分区的约束条件和一致性约束为限制,一致性约束如下:
其中,Pi-ACH(t)表示低压直流分区t时刻第i台电力电子变压器的高压交流虚拟节点输出的有功功率,表示高压交流分区t时刻第i台电力电子变压器高压交流虚拟节点输出的有功功率,Pi-ACL(t)表示低压交流分区t时刻第i台电力电子变压器低压交流虚拟节点输出的有功功率,/>表示低压交流分区t时刻第i台电力电子变压器低压交流虚拟节点输出的有功功率,Pi-DCH(t)表示高压直流分区t时刻第i台电力电子变压器高压直流虚拟节点输出的有功功率,/> -DCH(t)表示高压直流分区t时刻第i台电力电子变压器高压直流虚拟节点输出的有功功率。
具体的,各分区含惩罚项的目标函数迭代计算时以一致性约束为限制,不断迭代,使得该一致性约束最终得以实现。本实施例分别建立每一分区含惩罚项的目标函数,求解各分区的最低运行成本,避免各个分区之间过多的隐私数据传递,发挥了各分区自主运行的优势,有效提高计算效率。
S150、根据高压交流端口的输出功率控制高压交流分区与上级电网购电的功率和与上级电网售电的功率,使高压交流分区的日运行成本最低,根据低压交流端口的输出功率控制低压交流分区中储能装置的充放电功率,使低压交流分区的日运行成本最低,根据高压直流端口的输出功率控制高压直流分区中负荷消耗的有功功率,使高压直流分区的日运行成本最低,根据低压直流端口的输出功率控制低压直流分区中负荷消耗的有功功率,使低压直流分区的日运行成本最低。
具体的,迭代计算结果可以使每一分区的日运行成本最低,根据迭代计算的每一端口的输出功率控制端口对应分区中负载运行、储能装置和光伏发电设备的运行情况,以保证每一分区的日运行成本最低。
本发明实施例提供一种交直流混合配电系统的调度方法,将交直流混合配电系统解耦为高压交流分区、低压交流分区、高压直流分区和低压直流分区,并建立每一分区含惩罚项的目标函数,以各个分区的约束条件和一致性约束为限制,求解每一分区中虚拟节点的输出的有功功率和低压直流分区中主节点的输出功率。根据每一虚拟节点输出的有功功率和主节点输出的有功功率控制每一分区负荷、光伏发电设备和储能装置的运行情况,以使每一分区的日运行成本最低。本实施例提供一种交直流混合配电系统的调度方法,将交直流混合配电系统划分为不同的分区,在保证每一分区日运行成本最低的条件下,避免各个分区之间过多的隐私数据传递,发挥了各分区自主运行的优势,有效提高计算效率。
可选的,继续参考图1和图3,交直流混合配电系统还包括高压交流母线10、低压交流母线20、光伏发电设备、储能装置、厂房交流负载、高压直流母线30、第一变流器、第二变流器、第三变流器、老化试验设备、低压直流母线40、IT机柜、充电桩和空调照明设备;高压交流分区110还包括高压交流母线10,高压交流母线10与上级电网电连接;低压交流分区120还包括低压交流母线20、光伏发电设备、第一变流器、储能装置和厂房交流负载;高压直流分区130还包括高压直流母线30、第二变流器和UPS老化试验设备;低压直流分区140还包括低压直流母线40、第三变流器、IT机柜、充电桩、空调照明设备、UPS老化试验设备。
具体的,高压交流母线10可以是10kV AC母线,低压交流母线20可以是380V AC母线,高压直流母线30可以是10kV DC母线,低压直流母线40可以是±375V DC母线。在高压交流分区110中,高压交流母线10与两个电力电子变压器的高压交流虚拟节点和上级电网电连接。在低压交流分区120中,低压交流母线20与光伏发电设备、储能装置、第一变流器、厂房交流负载和两个电力电子变压器的低压交流虚拟节点电连接。在高压直流分区130中,高压直流母线30与第二变流器和两个电力电子变压器高压直流虚拟节点电连接,第二变流器与UPS老化试验设备电连接。在低压直流分区140中,低压直流母线40与第三变流器、充电桩、空调照明设备、两个电力电子变压器主节点和各自的高压交流虚拟节点、低压交流虚拟节点、高压直流虚拟节点电连接,第三变流器与IT机柜和UPS老化试验设备电连接。第一变流器用于将低压交流母线中的低压交流电压转换为低压交流分区中的负荷所需的电压,第二变流器用于将高压直流母线中的高压直流电压转换为高压直流分区中的负荷所需的电压,第三变流器用于将低压直流母线中的低压直流电压转换为低压直流分区中的负荷所需的电压,示例性的,第二变流器可以是10kV DC/±375V DC变流器,第三变流器可以是±375V DC/240V DC变流器。
可选的,含惩罚项的高压交流分区的目标函数为:
其中,FACH表示高压交流分区日前运行成本,T表示调度周期,Cbuy(t)表示t时刻高压交流分区从上级电网购电的单位电价,Pbuy(t)表示t时刻高压交流分区从上级电网购电的功率,Csell(t)表示t时刻高压交流分区向上级电网售电的单位电价,Psell(t)表示t时刻高压交流分区向上级电网售电的功率,λ1,t表示与高压交流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,θ1,t表示与高压交流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数平方系数向量,η1,t表示与高压交流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,ω1,t表示与高压交流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数平方系数向量。
具体的,minFACH表示高压交流分区的日前运行最小成本,为了实现高压交流分区的日前运行最小成本,高压交流分区还包括约束条件,约束条件包括高压交流母线功率平衡约束和电力电子变压器虚拟节点功率约束,具体如下:
其中,NPET表示交直流配电系统中的电力电子变压器数量,PACH-min、PACH-max表示电力电子变压器高压交流虚拟节点输出有功功率的最小值和最大值。对含惩罚项的高压交流分区的目标函数进行迭代计算时,还要以高压交流分区约束条件为限制计算出P* 1-ACH和P* 2-ACH,最后根据P* 1-ACH和P* 2-ACH控制Psell(t)和Pbuy(t)的大小,最终,使高压交流分区的日前运行成本达到最小值。
可选的,含惩罚项的低压交流分区的目标函数为:
FACL表示低压交流分区日前运行成本,NCT表示低压交流分区中第一变流器的数量,NPV表示低压交流分区中光伏发电设备的数量,Closs表示损耗成本单价,Cpv表示光伏发电补贴单价,Pi-loss-CT1(t)表示t时刻第i台第一变流器的有功损耗,Pi-pv(t)表示t时刻第i台光伏发电设备的发电功率,ηCT1表示第一变流器传输效率,Pch(t)表示t时刻储能装置的充电功率,Pdis(t)表示t时刻储能装置的放电功率,λ2,t表示与低压交流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,θ2,t表示与低压交流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数平方系数向量,η2,t表示与低压交流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,ω2,t表示与低压交流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数平方系数向量。
具体的,minFACL表示低压交流分区的日前运行最小成本,为了实现低压交流分区的日前运行最小成本,低压交流分区还包括约束条件,约束条件包括低压交流母线功率平衡约束、光伏发电设备约束、储能装置约束和电力电子变压器虚拟节点功率约束,具体如下:
其中,Pload(t)表示t时刻负荷消耗的有功功率,负荷包括厂房交流负载和第一变流器,Ppv-max表示光伏发电设备发电最大功率,Pch-max、Pch-min、Pdis-max、Pdis-min分别表示储能装置充放电功率的上下限,SOC(t)表示t时刻储能装置的剩余电量,SOCmax和SOCmin分别表示储能装置储存电量的上下限。对含惩罚项的低压交流分区的目标函数进行迭代计算时,还要以低压交流分区约束条件为限制计算出P* 1-ACL和P* 2-ACL,并根据P* 1-ACL和P* 2-ACL控制储能装置的充放电功率、光伏发电设备的发电功率以及低压交流分区中负荷消耗的有功功率,最终,使低压交流分区的日前运行成本达到最小值。
可选的,含惩罚项的高压直流分区的目标函数为:
FDCH表示高压直流分区日前运行成本,ηCT2表示第二变流器传输效率,Ploss-CT2(t)表示t时刻第二变流器的有功损耗,Pload(t)表示t时刻负荷消耗的有功功率,λ3,t表示与高压直流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,θ3,t表示与高压直流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数平方系数向量,η3,t表示与高压直流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,ω3,t表示与高压直流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数平方系数向量。
具体的,minFDCH表示高压直流分区的日前运行最小成本,为了实现高压直流分区的日前运行最小成本,高压直流分区还包括约束条件,约束条件包括高压直流母线功率平衡约束和电力电子变压器虚拟节点功率约束,具体如下:
对含惩罚项的高压直流分区的目标函数迭代进行计算时,还要以高压直流分区的约束条件为限制,计算出P* 1-DCH和P* 2-DCH,并根据P* 1-DCH和P* 2-DCH控制第二变流器的有功损耗,最终,使高压直流分区的日前运行成本达到最小值。
可选的,含惩罚项的低压直流分区的目标函数为:
FDCL表示低压直流分区日前运行成本,Closs表示损耗成本单价,Ploss-CT3(t)表示t时刻第三变流器的有功损耗,ηCT3表示第三变流器传输效率,Pi-PET-loss(t)表示t时刻第i台电力电子变压器的有功损耗,Pload-IT(t)表示t时刻IT机柜负荷消耗的有功功率,λ1,t表示与高压交流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,θ1,t表示与高压交流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数平方系数向量,η1,t表示与高压交流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,ω1,t表示与高压交流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数平方系数向量,λ2,t表示与低压交流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,θ2,t表示与低压交流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数平方系数向量,η2,t表示与低压交流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,ω2,t表示与低压交流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数平方系数向量,λ3,t表示与高压直流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,θ3,t表示与高压直流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数平方系数向量,η3,t表示与高压直流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,ω3,t表示与高压直流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数平方系数向量。
具体的,minFDCL表示低压直流分区的日前运行最小成本,为了实现低压直流分区的日前运行最小成本,对含惩罚项的低压直流分区的目标函数迭代计算时,还要以低压直流分区的约束条件为限制,计算出P* 1-DCL和P* 2-DCL,并根据P* 1-DCL和P* 2-DCL控制第三变流器的有功损耗、IT机柜负荷消耗的有功功率和电力电子变压器的有功损耗,最终,使低压直流分区的日前运行成本达到最小值。
可选的,建立交直流混合配电系统的分布式系统模型之前还包括:
建立含有虚拟节点的电力电子变压器的稳态模型,即:
Pi-ACH(t)+Pi-ACL(t)+Pi-DCH(t)+Pi-DCL(t)+Pi-PET-loss(t)=0
其中,i表示电力电子变压器的序号,i为正整数,Pi-ACH(t)表示t时刻第i台电力电子变压器的高压交流虚拟节点输出的有功功率,Pi-ACL(t)表示t时段第i台电力电子变压器低压交流虚拟节点输出的有功功率,Pi-DCH(t)表示t时刻第i台电力电子变压器高压直流虚拟节点输出的有功功率,Pi-DCL(t)表示t时刻第i台电力电子变压器主节点输出的有功功率,Pi-PET-loss(t)表示t时刻第i台电力电子变压器的有功损耗。
具体的,本实例中共有两台电力电子变压器,故i=1,2,电力电子变压器的有功损耗由各节点的有功损耗组成,高压交流虚拟节点、低压交流虚拟节点和高压直流虚拟节点存在电压变换环节,损耗组成成分较为复杂,故高压交流虚拟节点的有功损耗、低压交流虚拟节点的有功损耗和高压直流虚拟节点的有功损耗均包括铁芯损耗、开关损耗、线圈损耗和导通损耗,其有功损耗可以表示为输出有功功率的二次函数,而电力电子变压器低压直流端口的传输功率无须进行任何变换,理论上不存在功率损耗,为了保证本实例的严谨性,采用固定值体现电力电子变压器低压直流端口的传输效率,具体如下:
Pi-PET-loss(t)=Pi-loss-ACH(t)+Pi-loss-ACL(t)+Pi-loss-DCH(t)+Pi-loss-DCL(t)
其中,Pi-loss-ACH(t)表示t时刻第i台电力电子变压器高压交流虚拟节点的有功损耗,Pi-loss-ACL(t)表示t时段第i台电力电子变压器低压交流虚拟节点的有功损耗,Pi-loss-DCH(t)表示t时刻第i台电力电子变压器高压直流虚拟节点的有功损耗,Pi-loss-DCL(t)表示t时刻第i台电力电子变压器低压直流端口的有功损耗。
其中,aACH、bACH、cACH表示电力电子变压器高压交流虚拟节点有功损耗的拟合参数,aACL、bACL、cACL表示电力电子变压器低压交流虚拟节点有功损耗的拟合参数,aDCH、bDCH、cDCH表示电力电子变压器高压直流虚拟节点有功损耗的拟合参数,ηDCL表示电力电子变压器低压直流端口传输效率。每台电力电子变压器的有功损耗由各端口的有功损耗构成。
可选的,电力电子变压器高压交流虚拟节点、低压交流虚拟节点、高压直流虚拟节点和主节点输出的有功功率还具有范围约束,具体如下:
其中,PACH-min、PACH-max表示电力电子变压器高压交流虚拟节点输出有功功率的最小值和最大值,PACL-min、PACL-max表示电力电子变压器低压交流虚拟节点输出有功功率的最小值和最大值,PDCH-min、PDCH-max表示电力电子变压器高压直流虚拟节点输出有功功率的最小值和最大值,PDCL-min、PDCL-max表示电力电子变压器主节点输出有功功率的最小值和最大值。
可选的,高压交流端口包括10kV AC端口,低压交流端口包括380V AC端口,高压直流端口包括10kV DC端口,低压直流端口包括±385V DC端口。
具体的,10kV AC、380V AC、10kV DC和±375V DC四个电压等级的端口,适用于交直流混合配网的配电和用电问题。本实例中电力电子变压器的内部电压母线采用±375VDC母线,这种拓扑结构主要是将10kV AC通过AC/DC和DAB变换并入±375V DC母线,可通过DC/DC变换得到10kV DC,也可通过DC/AC变换得到380V AC。可以看出,电力电子变压器所有端口均并入到±375V DC母线上,所以电力电子变压器±375V DC端口的传输功率无须进行任何变换。
可选的,收敛判据具体如下:
其中,k表示目标函数的迭代次数,τ1表示每次迭代过程中一致性约束的差值判据,τ2表示两次迭代过程中目标函数的差值判据,FACH表示高压交流分区日前运行成本,FACL表示低压交流分区日前运行成本,FDCH表示高压直流分区日前运行成本,FDCL表示低压直流分区日前运行成本。
具体的,在应用中,引入一致性约束条件后,根据上述收敛判据,检测目标函数与一致性约束是否满足收敛条件,当目标函数或一致性约束不满足收敛条件时,令k=k+1,进行迭代,更新各分区的罚函数线性系数向量与罚函数平方系数向量,并更新各分区含惩罚项的目标函数,插值判据可以根据实际需要进行设置。罚函数线性系数向量与罚函数平方系数向量更新公式具体如下:
其中,Ψ表示乘子系数,一般取1到3之间,可以根据实际需要进行调整。
下面结合本实施例提供的交直流混合配电系统的调度方法进行对本实施例提供的交直流混合配电系统进行验证,具体以高压交流分区为10kV AC分区,低压交流分区为380V AC分区,高压直流分区为10kV DC,低压直流分区为±375V DC分区,高压交流端口为10kV AC端口,低压交流端口为380V AC端口,高压直流端口为10kV DC端口,低压直流端口为±385V DC端口为例进行验证,详见下文描述:
含电力电子变压器的交直流混合配电系统日前调度结果如图4所示。图4中储能装置的正负分别表示放电和充电过程,作为能量存储单元,储能装置优先在电量充裕、电价较低的时段充电,并在系统负荷量大时进行放电,以降低交直流混合配电系统总运行成本。图4中的电网流入表示上级电网的输入,图4中的LVDC负荷表示低压直流分区中所有负荷的有功功率,LVAC负荷表示低压交流分区中所有负荷的有功功率,HVDC负荷表示高压直流分区中所有负荷的有功功率。
在0:00至6:00时段,交直流混合配电系统中的负荷量较小,且处于谷时电价,为了降低运行成本,故交直流混合配电系统优先采用电网供电的方式;在6:00至8:00时段,光伏发电设备开始发电,但由于交直流混合配电系统中的负荷量依旧较小,所以溢出的发电量会优先存储在储能装置中;在8:00至12:00时段交直流混合配电系统中的负荷量开始逐渐增长,光伏发电设备的发电量逐渐不能满足交直流混合配电系统的需求,因此储能装置也从充电状态过渡到满功率放电状态,上级电网供电量也逐渐增长;在12:00至13:00时段,大量的光伏发电设备因光伏照射情况良好,因此光伏发电设备发电量较大,同时由于部分生产线停工,负荷减少,故交直流混合配电系统存在逆流情况,光伏发电设备多余的电量会向上级电网售出;在13:00至17:00时段,光伏发电设备的发电量逐渐减少,上级电网供电量迅速上升;在17:00至24:00时段,光伏发电设备停止工作,储能装置根据峰谷电价自行调节充放电状态,最终恢复至初始电量。
各分区日前运行总成本与迭代次数变化曲线如图5所示。由图5可得,10kV AC分区、380V AC分区、10kV DC分区与±375V DC分区实现分布式优化求解,以减少各分区自身的日前总运行成本为优化目的,同时兼顾电力电子变压器各端口的一致性约束,随着迭代次数的增加,各自的日前总运行成本趋于平缓,直至满足收敛条件,退出迭代。其中,10kVAC分区的日前总运行成本为7755.95元,380V AC分区的日前总运行成本为-1507.38元,10kV DC分区的日前总运行成本为70.28元,±375V DC分区的日前总运行成本为656.95元,交直流混合配电系统的日前总运行成本为6975.8元。
每个时刻两台电力电子变压器各端口输出功率与损耗如下表所示。
其中,各端口功率的正负分别表示端口输出功率和输入功率,电力电子变压器的10kV AC端口输出功率是由10kV AC分区和±375V DC分区协同优化求解的结果,380V AC端口输出功率是由380V AC分区和±375V DC分区协同优化求解的结果,10kV DC端口输出功率是由10kV DC分区和±375V DC分区协同优化求解的结果,±375V DC端口输出功率和电力电子变压器损耗功率是由±375V DC分区单独优化求解的结果。
注意,上述仅为本发明实施例的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明实施例不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明实施例的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明实施例进行了较为详细的说明,但是本发明实施例不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明实施例构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明实施例的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种交直流混合配电系统的调度方法,其特征在于,所述交直流混合配电系统包括两台性能指标一致的电力电子变压器和储能装置;每一所述电力电子变压器均包括高压交流端口、低压交流端口、低压直流端口和高压直流端口,所述储能装置与所述低压交流端口电连接,所述高压交流端口与上级电网电连接;
所述调度方法包括:
将所述交直流混合配电系统构造为含有虚拟节点的电力电子变压器节点模型,其中,将每一所述电力电子变压器的所述高压交流端口构造为高压交流虚拟节点,所述低压交流端口构造为低压交流虚拟节点,所述高压直流端口构造为高压直流虚拟节点,所述低压直流端口构造为主节点;
建立交直流混合配电系统的分布式系统模型,其中,所述分布式系统模型包括高压交流分区、低压交流分区、高压直流分区和低压直流分区,所述高压交流分区包括两个电力电子变压器的高压交流虚拟节点,所述低压交流分区包括两个电力电子变压器的低压交流虚拟节点和储能装置,所述高压直流分区包括两个电力电子变压器的高压直流虚拟节点,所述低压直流分区包括两个电力电子变压器的高压交流虚拟节点、两个电力电子变压器的低压交流虚拟节点、两个电力电子变压器的高压直流虚拟节点和两个电力电子变压器主节点;
以日前运行成本最低为目标,构造含惩罚项的所述高压交流分区的目标函数,构造含惩罚项的所述低压交流分区的目标函数,构造含惩罚项的所述高压直流分区的目标函数,构造含惩罚项的所述低压直流分区的目标函数;
对所述高压交流分区的目标函数、所述低压交流分区的目标函数、所述高压直流分区的目标函数和所述低压直流分区的目标函数进行迭代计算,直到迭代计算后的所述高压交流分区的目标函数、所述低压交流分区的目标函数、所述高压直流分区的目标函数、所述低压直流分区的目标函数均满足收敛判据,输出各电力电子变压器高压交流端口的输出功率、高压直流端口的输出功率、低压交流端口的输出功率和低压直流端口的输出功率和低压交流分区中储能装置的充放电功率;其中,迭代计算时以一致性约束和各个分区的约束条件为限制;
根据所述高压交流端口的输出功率控制所述高压交流分区与上级电网购电的功率和与上级电网售电的功率,使所述高压交流分区的日运行成本最低,根据所述低压交流端口的输出功率控制所述低压交流分区中储能装置的充放电功率,使所述低压交流分区的日运行成本最低,根据所述高压直流端口的输出功率控制所述高压直流分区中负荷消耗的有功功率,使所述高压直流分区的日运行成本最低,根据所述低压直流端口的输出功率控制所述低压直流分区中负荷消耗的有功功率,使所述低压直流分区的日运行成本最低。
3.根据权利要求2所述的调度方法,其特征在于,所述交直流混合配电系统还包括高压交流母线、低压交流母线、光伏发电设备、储能装置、厂房交流负载、高压直流母线、第一变流器、第二变流器、第三变流器、老化试验设备、低压直流母线、IT机柜、充电桩和空调照明设备;
所述高压交流分区还包括高压交流母线,所述高压交流母线与上级电网电连接;
所述低压交流分区还包括低压交流母线、光伏发电设备、储能装置、第一变流器和厂房交流负载;
所述高压直流分区还包括高压直流母线、第二变流器和UPS老化试验设备;
低压直流分区还包括低压直流母线、第三变流器、IT机柜、充电桩、空调照明设备、UPS老化试验设备。
4.根据权利要求3所述的调度方法,其特征在于,含惩罚项的所述高压交流分区的目标函数为:
其中,FACH表示高压交流分区日前运行成本,T表示调度周期,Cbuy(t)表示t时刻高压交流分区从上级电网购电的单位电价,Pbuy(t)表示t时刻高压交流分区从上级电网购电的功率,Csell(t)表示t时刻高压交流分区向上级电网售电的单位电价,Psell(t)表示t时刻高压交流分区向上级电网售电的功率,λ1,t表示与高压交流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,θ1,t表示与高压交流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数平方系数向量,η1,t表示与高压交流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,ω1,t表示与高压交流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数平方系数向量。
5.根据权利要求3所述的调度方法,其特征在于,含惩罚项的所述低压交流分区的目标函数为:
FACL表示低压交流分区日前运行成本,NCT表示低压交流分区中第一变流器的数量,NPV表示低压交流分区中光伏发电设备的数量,Closs表示损耗成本单价,Cpv表示光伏发电补贴单价,Pi-loss-CT1(t)表示t时刻第i台第一变流器的有功损耗,Pi-pv(t)表示t时刻第i台光伏发电设备的发电功率,ηCT1表示第一变流器传输效率,Pch(t)表示t时刻储能装置的充电功率,Pdis(t)表示t时刻储能装置的放电功率,λ2,t表示与低压交流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,θ2,t表示与低压交流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数平方系数向量,η2,t表示与低压交流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,ω2,t表示与低压交流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数平方系数向量。
6.根据权利要求3所述的调度方法,其特征在于,含惩罚项的所述高压直流分区的目标函数为:
FDCH表示高压直流分区日前运行成本,ηCT2表示第二变流器传输效率,Ploss-CT2(t)表示t时刻第二变流器的有功损耗,Pload(t)表示t时刻负荷消耗的有功功率,λ3,t表示与高压直流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,θ3,t表示与高压直流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数平方系数向量,η3,t表示与高压直流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,ω3,t表示与高压直流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数平方系数向量。
7.根据权利要求3所述的调度方法,其特征在于,含惩罚项的所述低压直流分区的目标函数为:
FDCL表示低压直流分区日前运行成本,Closs表示损耗成本单价,Ploss-CT3(t)表示t时刻第三变流器的有功损耗,ηCT3表示第三变流器传输效率,Pi-PET-loss(t)表示t时刻第i台电力电子变压器的有功损耗,Pload-IT(t)表示t时刻IT机柜负荷消耗的有功功率,λ1,t表示与高压交流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,θ1,t表示与高压交流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数平方系数向量,η1,t表示与高压交流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,ω1,t表示与高压交流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数平方系数向量,λ2,t表示与低压交流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,θ2,t表示与低压交流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数平方系数向量,η2,t表示与低压交流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,ω2,t表示与低压交流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数平方系数向量,λ3,t表示与高压直流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,θ3,t表示与高压直流分区和低压直流分区对应第一台电力电子变压器的罚函数平方系数向量,η3,t表示与高压直流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数线性系数向量,ω3,t表示与高压直流分区和低压直流分区对应第二台电力电子变压器的罚函数平方系数向量。
8.根据权利要求3所述的调度方法,其特征在于,建立交直流混合配电系统的分布式系统模型之前还包括:
建立含有虚拟节点的电力电子变压器的稳态模型,即:
Pi-ACH(t)+Pi-ACL(t)+Pi-DCH(t)+Pi-DCL(t)+Pi-PET-loss(t)=0
其中,i表示电力电子变压器的序号,i为正整数,Pi-ACH(t)表示t时刻第i台电力电子变压器的高压交流虚拟节点输出的有功功率,Pi-ACL(t)表示t时段第i台电力电子变压器低压交流虚拟节点输出的有功功率,Pi-DCH(t)表示t时刻第i台电力电子变压器高压直流虚拟节点输出的有功功率,Pi-DCL(t)表示t时刻第i台电力电子变压器主节点输出的有功功率,Pi-PET-loss(t)表示t时刻第i台电力电子变压器的有功损耗。
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