含高渗透率光伏CCHP微电网的主动配电网控制方法与流程

含高渗透率光伏cchp微电网的主动配电网控制方法
技术领域
1.本发明涉及主动配电网领域，尤其涉及一种含高渗透率光伏cchp微电网的主动配电网控制方法。


背景技术：

2.为实现“双碳”目标，优先发展新能源已成为我国的必然趋势。其中，分布式光伏(distributed photovoltaic,dpv)等可再生能源发电受国家政策和补贴激励，其发电成本不断降低，发电规模不断扩大。随着可再生能源接入容量逐渐提高，配电网逐步从传统配电网向主动配电网转变。与此同时，用户侧电、冷、热等多种负荷之间的耦合逐步加深，可以通过微能源网中多种能源的互补提高微配系统中能源利用的有效性和经济性，促进可再生能源的消纳。其中，冷热电(combined cooling heating and power，cchp)联供系统作为微型能源网的典型代表，一次能源利用率高达90％，在国内外引起广泛关注，已成为电力系统研究的热点。
3.cchp型微网是一个复杂的能量系统，存在多种能量资源。在满足用户冷热电负荷需求的前提下，如何根据微源配置(即参与微源的种类、微源的运行参数等)制定系统未来一段时间内的运行方案(即各微源在各时段的功率分配)，以使系统获得最佳经济效益，是微网经济运行研究中的重要内容。但在传统的微配协调优化调度过程中，往往只对微电网中的有功资源进行调度，忽略了微网中渗透率水平日益提高的逆变器型分布式电源丰富的无功资源，造成了大量无功的浪费。
4.为了充分调动含高渗透率光伏cchp微电网中丰富的有无功能量资源，提高微网参与配网优化调度的积极性，需要考虑微电网运营商(microgrids operator，mgo)与配电系统运营商(distribution system operator，dso)之间的信息交互与协调运行关系，并构建一个新的微配交互框架，在此基础上得到主动配电网的最优调度决策结果。
5.因此如何更好地选择考虑mgo
‑
dso信息交互的主动配电网的最优控制方法，对提升主动配电网和含高渗透率光伏cchp微电网的运行稳定性具有重要的意义和研究价值。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种含高渗透率光伏cchp微电网的主动配电网协调优化控制方法，与传统的配电网方法相比，本发明考虑了含高渗透率光伏cchp微电网接入配电网后，微电网与主动配电网发生双向的信息交互与能量交易，通过响应分时有功、无功电价的激励，微网与配电网之间互相提供有功、无功支撑，在实现微网经济利益最大化的同时保证配电网运营成本最小化，并考虑相关网络约束确保整个系统的可靠性，详见下文描述：
7.一种含高渗透率光伏cchp微电网的主动配电网控制方法，所述方法包括以下步骤：
8.1)提出考虑微源同时提供有功和无功出力并计及满足制冷、制热需求的冷热电三联供型微网系统与配网协同优化模型，确立考虑mgo
‑
dso信息交互的框架；
9.2)在确立上述框架前提下，深入分析输配电网耦合关系及mgo
‑
dso在所承担的责任，构建一个考虑mgo
‑
dso信息交互的主动配电网的双层模型；
10.3)含高渗透率光伏cchp微电网既为自身负荷提供电能也为配电网提供电能，构建一个考虑mgo
‑
dso信息交互的微配协调优化调度双层模型，并利用双层优化问题的博弈求解方法对该双层模型求解，对mgo与dso两个博弈主体进行分析研究，进而实现双层模型的转化与求解。
11.其中，所述考虑mgo
‑
dso信息交互的主动配电网的双层模型为：
12.上层模型为微电网控制模型，主体为mgo，上层模型的目标函数包括：第一项和第二项为mgo向上级主动配电网出售有功和无功功率的收益；第三和第四项分别表示微网中蓄电池、分布式光伏运营成本；第五项表示联供机组购买天然气的成本，目标函数为：
[0013][0014]
式中：ε、分别表示dso向mgo购买有功、无功电量的结算电价；和分别表示节点m所在微电网中的蓄电池和分布式光伏的运营成；本表示节点m所在微电网联供机组消耗天然气产生的成本；
[0015]
下层模型为配电市场出清模型，主体为dso，下层模型的目标函数包括：第一项和第二项分别表示adn向上级输电网购买有功、无功电量的成本；第三项和第四项分别表示配电网与微电网发生有功、无功功率交换的成本；第五项表示配电网自营分布式电源的运营成本；
[0016][0017]
式中：和表示上级输电网和微电网的有、无功报价；表示配电网自营分布式电源的单位运营成本。
[0018]
其中，双层优化问题的博弈求解方法，具体为：
[0019]
由于双层模型迭代求解方法费时且不能确定其收敛性，为了更简便地分析微配网间的相互作用，需要运用到双层优化问题的均衡求解。双层优化问题是一种具有递阶结构的优化问题，上层问题和下层问题都有各自的决策变量、约束条件和目标函数。换言之，双层优化问题中，下层优化问题作为约束条件限制了部分优化变量的取值范围。
[0020]
假设leader问题：
[0021][0022]
式中，y∈s(x)表示y是以x为参数的下层均衡点，即follower问题：
[0023]
[0024]
而最终在均衡点处每个参与者均无法通过单独改变自身策略而获益。对于上述构建的考虑含高渗透率光伏cchp微电网与配电网交互的有功、无功能量的协调优化调度双层模型，可利用库恩塔克(karush
‑
kuhn
‑
tucker，kkt)条件和对偶原理，将双层模型转化单层的均衡约束数学规划模型，从而得到mgo
‑
dso间的博弈均衡点。
[0025]
本发明提供的技术方案的有益效果是：
[0026]
1、本发明相比现有电力系统协同优化方法，考虑到了微配电网间的协同、mgo和dso间的信息交互，为此构建了一个新的微配协同优化控制框架；
[0027]
2、本发明基于含高渗透率光伏的cchp微电网中微源出力特点、冷热电能量平衡关系和各类微网设备运行约束，构建微电网控制模型，进而保证微电网系统运行时的稳定性和经济性；
[0028]
3、本发明基于配电系统中的网络运行约束和分布式电源运行约束，构建一个配电网最优交流潮流模型，进而保证配电系统运行时的稳定性和可靠性；
[0029]
4、本发明从dso的角度出发，考虑了mgo对dso管理决策的影响，提供了mgo
‑
dso协同调度的双层模型，并依据非合作博弈的求解方法将双层模型转换为单层的混合整数线性规划，更方便快速有效地得到dso的最优调度决策，进而提高主动配电网的运行经济性，实现了微电网和配电网中无功、无功的联合调度，显著地提高了微电网中微源的利用率以及参与优化调度的积极性，进而提高了微配系统中的可再生能源的消纳水平，为进一步实现电力系统微电网与配电网协同优化提供了依据。
附图说明
[0030]
图1为与配电网耦合的含高渗透率光伏cchp微电网能流示意图；
[0031]
图2为考虑mgo
‑
dso信息交互和能量交互框架图。
具体实施方式
[0032]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0033]
实施例1
[0034]
一种含高渗透率光伏cchp微电网的主动配电网协调优化控制方法，参见图1，该方法包括以下步骤：
[0035]
101：考虑微配电网间的协同、mgo和dso间的信息交互，其中，微配交互框架参见图1；
[0036]
102：基于基于含高渗透率光伏的cchp微电网中微源出力特点、冷热电能量平衡关系和各类微网设备运行约束，构建微电网控制模型；
[0037]
103：基于配电系统中的网络运行约束和各类分布式电源运行约束，构建一个配电网最优交流潮流模型；
[0038]
104：依据非合作博弈的求解方法将双层模型转换为单层的混合整数线性规划，更方便快速有效地求解，得到主动配电网的最优控制。
[0039]
实施例2
[0040]
下面结合具体的计算公式、实例对实施例1中的方案进行进一步地介绍，详见下文
描述：
[0041]
201：考虑微配电网间的协同、mgo和dso间的信息交互，构建了一个为微配协同优化调度框架如图2所示。从dso的角度出发，考虑mgo对其优化调度结果的影响，进而得到dso的最优控制策略。
[0042]
mgo根据相关历史信息向dso提供有功、无功报价以及有功、无功出力范围。然后，dso根据配电网中分布式电源提供的能量以及上层输电网提供的报价信息，可以计算得出向上一级输电网和耦合的微电网购买的有功、无功电量，及微网所在节点的节点边际价格(locational marginal pricing,lmp)。然后dso将dlmp和qlmp传送到mgo，由dso对分布式电源及微电网的发电量进行分配；
[0043]
202：基于典型的电力市场组织、含高渗透率分布式光伏cchp微网的功率平衡方程和各类分布式电源运行约束，构建一个微电网控制模型：
[0044]
其中，该步骤202包括：
[0045]
1)构建含高渗透率分布式光伏cchp微网的冷热电功率平衡方程
[0046][0047][0048][0049][0050][0051]
式中，和表示节点m所在微电网中的分布式光伏在t时刻发出的有功和无功功率；表示节点m所在微电网中联供单元在t时刻发出的有功功率；和分别表示节点m所在微电网在t时刻的有功、无功负荷；表示节点m所在微电网中的电制冷机在t时刻消耗的有功功率；和表示节点m所在微电网在t时刻与上级配电网发生的有功、无功功率交换，其中数值为正表示微电网m向上级配电网购买有功功率，数值为负表示微电网m向上级配电网出售有功功率。和表示节点m所在微电网中的蓄电池充、放电功率；表示节点m所在微电网中的联供单元、燃气锅炉在t时刻发出的热功率；表示节点m所在微电网中的换热装置在t时刻吸收的热功率；和分别表示节点m所在微电网在t时刻的冷、热负荷；分别表示联供单元和换热装置的效率；表示节点m所在微电网中电制冷机的性能系数(也称能效比)，为制热/冷量(kw)与输入功率(kw)的比值。m分别表示微电网所在节点集。
[0052]
2)构建含高渗透率分布式光伏cchp微网的冷热电联供设备容量约束：
[0053][0054]
式中，表示节点m所在微电网中的冷热电联供设备x在t时刻的出力；和分别表示设备容量的最大和最小值。
[0055]
3)构建含高渗透率分布式光伏cchp微网的微源设备约束：
[0056][0057][0058][0059][0060][0061][0062][0063]
式中：表示节点m所在微电网中蓄电池的最大充放电功率；e
m，t
和e
m,t 1
分别表示节点m所在微电网中蓄电池在t和t 1时刻的电池电量；e
m,max
表示节点m所在微电网中蓄电池电量最大值；分别节点m所在微电网中蓄电池的充放电效率；soc
m,max
和soc
m,min
分别表示节点m所在微电网中蓄电池的荷电系数最大、最小值；表示节点m所在微电网中分布式光伏逆变器在t时刻的最大有功输出功率；表示节点m所在微电网中分布式光伏逆变器在t时刻的无功输出功率，表示分布式光伏逆变器的额定容量；k
f
为分布式光伏逆变器的最小功率因数，其为给定常数。
[0064]
分布式光伏的有、无功出力与逆变器容量之间的约束是非线性的，因此采用二阶锥松弛法将非线性约束转化为线性二阶锥约束。
[0065]
203：基于配电系统中的网络运行约束和各类分布式电源运行约束，构建一个配电网最优交流潮流模型；
[0066]
其中，该步骤203包括：
[0067]
1)构建交流配电系统节点功率平衡方程：
[0068][0069][0070]
其中：p
ij,t
和q
ij,t
分别表示线路ij上流过的有功和无功功率，方向有节点i流向节点j；表示节点i所在分布式电源在t时刻发出的有功功率；和分别表示节点i连接的有功和无功负荷；和分别表示t时刻输电网向配电网注入的有功和无功功率；ε和分别表示方程(14)、(15)的对偶变量。
[0071]
2)构建交流配电系统电压平衡方程：
[0072][0073][0074]
式中，u
i,t
表示节点i电压的平方；和分别表示节点i电压的最大和最小值；γ和η分别式(16)、(17)的对偶变量。
[0075]
3)构建微配耦合节点潮流约束：
order cone programming,misocp)模型。下层模型中约束条件的kkt条件如下：
[0097][0098][0099][0100][0101][0102][0103][0104][0105][0106][0107][0108][0109][0110]
约束(23)
‑
(27)表示用拉格朗日函数求低层模型中决策变量的一阶偏导数得到的平稳性约束。约束(28)
‑
(35)为互补松弛约束，根据big
‑
m方法处理互补松弛条件，如(36)所述。
[0111][0112]
其中，m1和m2是足够大的值，g是一个二进制变量。线性化的互补松弛约束改写为(37)
‑
(52)。
[0113][0114]
0≤γ
i
≤mv1ꢀꢀꢀ
(38)
[0115][0116]
0≤η
i
≤mv3ꢀꢀꢀ
(40)
[0117][0118]
0≤λ
i
≤mv5ꢀꢀꢀ
(42)
[0119][0120]
0≤π
i
≤mv7ꢀꢀꢀ
(44)
[0121][0122]
0≤θ
i
≤mv9ꢀꢀꢀ
(46)
[0123][0124]
0≤τ
i
≤mv
11
ꢀꢀꢀ
(48)
[0125][0126]
0≤ξ
i
≤mv
13
ꢀꢀꢀ
(50)
[0127][0128]
0≤ζ
i
≤mv
15
ꢀꢀꢀ
(52)
[0129]
针对下层模型的等式约束和不等式约束，基于对偶变量可计算dlmp和qlmp。
[0130]
上层模型的目标函数中存在非线性项，需要基于强对偶理论将其线性化才能得到misocp模型。线性化后的目标函数如(53)所示。
[0131][0132]
s.t.(1)
‑
(13),(37)
‑
(52)。
[0133]
综上所述，本发明实施例通过上述步骤201
‑
步骤204，通过引入新的微配协调框架，构建考虑mgo
‑
dso信息交互及网络约束的双层模型，提出了一种考虑mgo
‑
dso信息交互的微配系统协调优化调度方法，本发明相比现有电力系统经济优化调度方法，既考虑到了微电网参与有功功率的优化调度，有充分利用了微电网中逆变器设备剩余的无功容量，使之参与无功功率的调度。对含高渗透率光伏的cchp微电网进行合理建模，在满足用户冷热电负荷需求的前提下，根据微源配置制定了系统未来一段时间内的运行方案，以使系统获得最佳经济效益；同时，本发明构建了一个上层微电网下层配电网的双层模型，从dso角度出发，考虑mgo对主动配电网调度运营的影响，求解出dso最优的调度策略，进而大大降低了主动配电网的运营成本，提高了分布式电源参与市场的积极性，从而电力系统实现大规模的清洁能源消纳，促进电力行业的绿色转型。
[0134]
参考文献
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3870，jul.2018.
[0140]
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
[0141]
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例
序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0142]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。