一种考虑雷击故障的多微电网分层经济调度方法和系统与流程

1.本发明属于多微电网调度技术领域，涉及一种考虑雷击故障的多微电网分层经济调度方法和系统。


背景技术：

2.当多微电网系统或与多微电网系统相连的大电网遭受雷击时，会导致多微电网从并网运行变为孤岛运行，多微电网内部的一些分布式电源可能也会因此停运，仅靠多微电网剩余的分布式电源可能无法满足所有负荷的用电需求。此时需要切除部分不重要的负荷，从而保障多微电网内部重要负荷的供电，并维持多微电网内部最优经济运行。
3.在灾害情况下，大部分研究都是针对独立微电网，而关于更为复杂的多微电网研究较少。对于灾害情况下的多微电网，部分研究仅考虑了切除负荷策略，并没有将多微电网运行的经济性考虑进去；另有部分研究仅考虑了多微电网经济上的合作博弈模型，但忽略了停电损失最小是最优经济运行的前提。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种考虑雷击故障的多微电网分层经济调度方法和系统，在雷击故障下，考虑多微电网停电损失和经济运行两个目标，以雷击故障下多微电网停电损失最小为前提，进一步考虑多微电网的最优经济运行，实现考虑雷击故障的多微电网分层经济调度。
5.为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：一种考虑雷击故障的多微电网分层经济调度方法，包括以下步骤：步骤1：基于负荷重要性指标从安全性、经济性两个方面来综合评估负荷重要程度，并构建负荷停电损失模型；步骤2：基于负荷停电损失模型，考虑负荷停电损失成本和分布式电源发电成本，构建多微电网网内调度模型，包括负荷侧和发电侧的目标函数和约束条件；步骤3：考虑负荷停电损失成本和微电网发电成本，构建多微电网网间调度模型，包括负荷侧和发电侧的目标函数和约束条件；步骤4：根据多微电网结构，构建考虑雷击故障的多微电网分层经济调度模型，包括多微电网层、多微电网网内调度层和多微电网网间调度层；步骤5：基于步骤2-4构建的模型，进行雷击故障下的多微电网分层经济调度。
6.本发明进一步包括以下优选方案：优选地，步骤1中，构建负荷停电损失模型如下：式中，为微电网n中负荷l停电后的停电损失；c为单位负荷的停电损失；
为微电网n中负荷l的重要性指标；为微电网n中负荷l切除量的大小。
7.优选地，所述重要性指标用权重的形式表达为：式中，为负荷重要性指标；、分别为停电对安全的影响指标和对经济的影响指标所占的权重大小，和取0-1之间的值，且满足；和又称为安全性指标和经济性指标，其取值范围均为1-4。
8.优选地，步骤2中，构建负荷侧的目标函数为：式中，cn为微电网n中负荷停电的总损失；为微电网n中负荷l停电后的停电损失；ln为微电网n中所有负荷的集合。
9.优选地，步骤2中，构建发电侧的目标函数为：式中，fn为微电网n发电总成本；in为微电网n中所有微型燃气轮机的集合； 为微型燃气轮机i的发电成本；为碳排放成本；为碳排放成本；式中，a
n.i
, b
n.i
, c
n.i
分别是微型燃气轮机mt
n.i
成本的非负系数；是碳排放成本的系数。
10.优选地，步骤2中，构建约束条件，包括：1）微电网内部功率平衡约束：
式中，为微电网n中各个微型燃气轮机i的发电功率；为微电网n总的可再生能源有功功率输出；为微电网n支援其他微电网的功率，为其他微电网对微电网n支援的功率；为微电网n中负荷l的功率；为微电网n中负荷l切除量的大小；2）微电网各个微型燃气轮机的输出约束：式中，为微电网n中微型燃气轮机mt
n.i
的最大有功输出功率。
11.优选地，步骤3中，构建负荷侧的目标函数为：式中，c为多微电网负荷停电的总损失；cn为微电网n中负荷停电的总损失；n为多微电网中所有微电网的集合。
12.优选地，步骤3中，构建发电侧的目标函数为：式中，为微电网n的发电成本函数；为微电网n向其他微电网支援的有功功率输出；h为剩余可用容量大于0的微电网集合，即有足够的功率来支撑其自身的负载需求的微电网集合，也称为多电微电网；所述微电网n的发电成本函数为：
为微电网n发电成本的非负系数；所述剩余可用容量计算公式为：式中，为微电网n中微型燃气轮机mt
n.i
的最大有功输出功率；为微电网n中各个微型燃气轮机i的发电功率。
13.优选地，步骤3中，构建约束条件为：微电网间功率平衡约束：式中，为微电网n向其他微电网支援的有功功率输出；为微电网n中各个微型燃气轮机i的发电功率；为微电网n总的可再生能源有功功率输出；为微电网n中负荷l的功率；为微电网n中负荷l切除量的大小；h为剩余可用容量大于0的微电网集合，即有足够的功率来支撑其自身的负载需求的微电网集合，也称为多电微电网；为剩余可用容量小于0的微电网集合，即没有足够的功率来支撑其自身的负载需求的微电网集合，也称为少电微电网。
14.优选地，步骤4构建的考虑雷击故障的多微电网分层经济调度模型，其结构由下至上包括多微电网层、多微电网网内调度层和多微电网网间调度层；所述多微电网层包括地理位置毗邻且互联的多个微电网，各个微电网包含风机、光伏、微型燃气轮机和负荷；其中，微型燃气轮机为可控分布式电源，风机、光伏为不可控分布式电源；所述多微电网网内调度层包括多个微电网调度中心；所述多微电网网间调度层包括一个多微电网调度中心。
15.优选地，所述多微电网网内调度层中的多个微电网调度中心用于：1）采集底层多微电网层在雷击故障下各个微电网的信息；2）利用多微电网网内调度模型，进行微电网内部进行经济调度；
3）根据多微电网网内经济调度模型的计算结果，计算出雷击故障下，各个微电网自身的负荷切除量和可控分布式电源的剩余可用容量，并将自身的负荷切除量和可控分布式电源的剩余可用容量的信息上传至上层的多微电网调度中心。
16.优选地，所述多微电网网间调度层的多微电网调度中心用于：1）收集雷击故障下，多微电网层中各个微电网的负荷切除量和可控分布式电源的剩余可用容量；2）根据各个微电网的负荷切除量和可控分布式电源的剩余可用容量，利用多微电网网间经济调度模型，进行多微电网系统网间的经济调度；3）将多微电网网间经济调度模型的计算结果，即微电网之间的功率支援信息，传至各个微电网对应的微电网调度中心，由其利用多微电网网内调度模型进行处理，并将计算出来的各个微电网的负荷切除量和可控分布式电源发电量信息传至多微电网层，控制可控分布式电源的发电量和负荷切除量，完成多微电网的经济调度。
17.优选地，步骤5具体包括以下步骤：步骤5.1：当多微电网无法满足所有负荷供电需求时，各个微电网根据多微电网网内调度模型，利用负荷侧的目标函数和约束条件求出微电网内部各个负荷的切除量，并将剩余负荷大小作为已知量，利用发电侧的目标函数和约束条件求出各个微型燃气轮机的发电功率，即可控分布式电源的最优出力；步骤5.2：利用剩余可用容量计算公式，求解各个微电网的剩余可用容量从而判断出多电微电网和少电微电网；步骤5.3：根据多微电网网间调度模型，求出各个少电微电网的负荷切除量，利用负荷切除量和功率平衡约束，求出各个少电微电网的缺电量，并根据少电微电网的缺电量，利用发电侧的目标函数和约束条件，求出各个多电微电网的最优功率支援量；步骤5.4：根据各个多电微电网的功率支援量，利用多微电网网内调度模型发电侧的目标函数和约束条件，求出多电微电网中各个微型燃气轮机的功率增发量，从而实现整个多微电网的最优经济运行。
18.本发明还提供一种考虑雷击故障的多微电网分层经济调度系统，用于实现所述的考虑雷击故障的多微电网分层经济调度方法。
19.本发明的有益效果在于，与现有技术相比：本发明首先从安全性、经济性两个方面来综合评估负荷重要程度，并构建负荷停电损失模型；其次，基于负荷停电损失模型，考虑负荷停电损失成本和分布式电源发电成本，构建多微电网网内调度模型；接着，考虑负荷停电损失成本和微电网发电成本，构建多微电网网间调度模型；之后，构建考虑雷击故障的多微电网分层经济调度模型，包括多微电网层、多微电网网内调度层和多微电网网间调度层；最后，进行雷击故障下的多微电网分层经济调度，从而实现雷击故障下多微电网的停电损失最小和最优经济运行。
20.本发明同时考虑了安全性和经济性影响程度，通过多微电网分层经济调度，实现停电损失最小和发电成本最低的最优经济运行。
附图说明
21.图1是本发明考虑雷击故障的多微电网分层经济调度方法流程图；图2是考虑雷击故障的多微电网分层经济调度模型的分层结构图；图3是雷击故障的多微电网分层经济调度流程图。
具体实施方式
22.下面结合附图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。
23.如图1所示，本发明的实施例1提供了一种考虑雷击故障的多微电网分层经济调度方法，在本发明优选但非限制性的实施方式中，所述方法包括以下步骤1-5：步骤1：基于负荷重要性指标从安全性、经济性两个方面来综合评估负荷重要程度，并构建负荷停电损失模型；多微电网负荷重要性评估，通过对负荷重要性评估来反映多微电网在雷击故障下的停电损失。
24.多微电网内的负荷多种多样，当大电网或多微电网系统遭受雷击时，多微电网系统从并网运行变为孤岛运行，可能会导致多微电网内部部分负荷停电。为了衡量停电带来的损失，要对负荷重要程度进行综合评估。
25.本发明基于负荷重要性指标从安全性、经济性两个方面来综合评估负荷重要程度。
26.所述负荷重要性指标包括：1）安全性指标：对于关系国防安全、交通安全、患者生命安全等重要负荷，一旦停电将会给国家、社会、个人带来巨大的安全隐患。
27.进一步优选地，将停电对安全的影响指标，即安全性指标用表示，按负荷的重要程度，取1-4来依次表示不重要、一般重要、重要、非常重要。
28.2）经济性指标：对于工厂、企业等关系经济的负荷，经常停电将会导致企业效益下降，甚至倒闭。
29.将停电对经济的影响指标，即经济性指标用表示，按负荷的重要程度，取1-4来依次表示不重要、一般重要、重要、非常重要。
30.将上述的负荷重要性指标用权重的形式表达为：式中，为负荷重要性评估指标；、取0-1之间的值，分别为安全性、经济性所占的权重大小，且满足。
31.根据负荷重要性指标，构建负荷停电损失模型如下：
式中，为微电网n中负荷l停电后的停电损失；c为单位负荷的停电损失；为微电网n中负荷l的重要性指标；为微电网n中负荷l切除量的大小。
32.步骤2：基于负荷停电损失模型，考虑负荷停电损失和发电成本，构建多微电网网内调度模型，包括负荷侧和发电侧的目标函数和约束条件；对于多微电网网内调度模型，分别构建负荷侧和发电侧的目标函数和约束条件。
33.1、目标函数1）负荷侧根据提出的负荷重要性评估指标，在雷击故障下最大限度的保证各个微电网内部重要负荷的供电从而减少各个微电网内部停电损失，将目标函数表示为：式中，cn为微电网n中负荷停电的总损失；n为微电网的编号；l为微电网n内的负荷编号；ln为微电网n中所有负荷的集合。
34.2）发电侧考虑各个分布式电源发电的经济性，将各个分布式电源考虑为微型燃气轮机、风机和光伏发电，对于微电网内部发电侧的目标函数，由于风机、光伏等可再生能源发电工作在mppt模式，其发电成本可以忽略，因此以各个微型燃气轮机的发电成本和碳排放成本的总成本最小为目标，构建发电侧优化模型目标函数为：式中，fn为微电网n发电总成本；in为微电网n中所有微型燃气轮机的集合；微型燃气轮机的发电成本通常采用有功功率输出的二次函数来表示，而碳排放成本与有功功率成比例，因此它们的形式如下：比例，因此它们的形式如下：
式中，a
n.i
, b
n.i
, c
n.i
分别是微型燃气轮机mt
n.i
成本的非负系数。是碳排放成本的系数。
35.2、约束条件1）微电网内部要保持功率平衡，因此其功率平衡约束表示为：式中，为微电网n中各个微型燃气轮机i的发电功率；为微电网n总的可再生能源有功功率输出；为微电网n支援其他微电网的功率，为其他微电网对微电网n支援的功率；为微电网n中负荷l的功率。
[0036] 2）进一步，微电网n中各个微型燃气轮机也是有限的，其输出应在最大有功输出功率和零之间，因此其约束如下：式中，为微电网n中微型燃气轮机mt
n.i
的最大有功输出功率。
[0037]
多微电网网内调度模型的作用为：首先确定各个微电网的负荷切除量，接着根据各个微电网的剩余负荷求出各个微电网中分布式电源的最优出力。
[0038]
步骤3：考虑负荷停电损失和发电成本，构建多微电网网间调度模型，包括负荷侧和发电侧的目标函数和约束条件；1、目标函数1）负荷侧通过微电网网间的功率支援，从而减少微电网的停电损失，将目标函数表示为：式中，c为多微电网负荷停电的总损失；cn为微电网n中负荷停电的总损失；n为多微电网中所有微电网的集合。
[0039]
2）发电侧考虑微电网发电的经济性，微电网之间功率支援的目标函数为多微电网的发电总成本最低，对于微电网n，其发电成本函数可以描述为一个二次函数，如下所示，
式中，式中， 为微电网n发电成本的非负系数。
[0040]
因此，发电侧的目标函数可以表示如下：式中，为微电网n向其他微电网支援的有功功率输出；h为微电网剩余可用容量大于0的集合，即微电网有足够的功率来支撑其自身的负载需求，也称为多电微电网，其中表示为：2、约束条件微电网间要保持功率平衡，因此其功率平衡约束表示为：式中，为微电网剩余可用容量小于0的集合，即微电网没有足够的功率来支撑其自身的负载需求，也称为少电微电网。
[0041]
所述多微电网网间调度模型的作用为：首先确定各个少电微电网的负荷切除量，接着根据各个少电微电网的缺电量，求出各个多电微电网的最优功率支援量。
[0042]
步骤4：根据多微电网结构，构建考虑雷击故障的多微电网分层经济调度模型，如图2所示，包括多微电网层、多微电网网内调度层和多微电网网间调度层；在雷击故障下，为实现多微电网的最优经济调度，不仅需要考虑各个微电网内部负荷切除量和分布式电源的出力大小，还要考虑微电网之间的功率互济，因此构建一种考虑雷击故障的多微电网分层经济调度模型。
[0043]
该模型中，多微电网层是由地理位置毗邻的多个微电网互联组成，各个微电网包含风机、光伏、微型燃气轮机和负荷；其中，微型燃气轮机为可控分布式电源，风机、光伏发电等为不可控分布式电源；多微电网网内调度层是由多个微电网调度中心组成；多微电网网间调度层是由多微电网调度中心组成。
[0044]
多微电网网内调度层中的多个微电网调度中心主要包含以下功能：首先，微电网调度中心用来采集底层多微电网层在雷击故障下各个微电网的信息，例如风机、光伏等可再生能源的发电量，微型燃气轮机的发电量以及负载的大小等等；其次，利用多微电网网内调度模型，进行微电网内部进行经济调度；最后，根据多微电网网内经济调度模型的计算结果，计算出雷击故障下，各个微电
网自身的负荷切除量和可控分布式电源的剩余可用容量，并将自身的负荷切除量和可控分布式电源的剩余可用容量的信息上传至上层的多微电网调度中心。
[0045]
多微电网网间调度层中的多微电网调度中心主要包含以下功能：首先，收集雷击故障下，多微电网层中各个微电网的负荷切除量和可控分布式电源的剩余可用容量；其次，根据各个微电网的负荷切除量和可控分布式电源的剩余可用容量，利用多微电网网间经济调度模型，进行多微电网系统网间的经济调度；最后，将多微电网网间经济调度模型的计算结果，即微电网之间的功率支援信息，传至各个微电网对应的微电网调度中心，由其利用多微电网网内调度模型进行处理，并将计算出来的各个微电网的负荷切除量和可控分布式电源发电量信息传至多微电网层，控制可控分布式电源的发电量和负荷切除量，完成多微电网的经济调度。
[0046]
步骤5：基于步骤2-4构建的模型，进行雷击故障的多微电网分层经济调度。
[0047]
根据考虑雷击故障的多微电网分层经济调度模型，给出各模型的求解流程。
[0048]
在多微电网系统或与多微电网系统相连的大电网遭受雷击时，会导致多微电网从并网运行变为孤岛运行，当多微电网可以满足所有负荷需求时，利用多微电网网内和网间的调度模型，可以实现多微电网发电成本最低的最优经济运行；当多微电网无法满足所有负荷需求时，利用多微电网网内和网间的调度模型，可以实现多微电网停电损失最小和发电成本最低的最优经济运行。
[0049]
如图3所示，所述步骤5具体包括：步骤5.1：当多微电网无法满足所有负荷供电需求时，各个微电网根据多微电网网内调度模型，利用负荷侧的目标函数和约束条件求出微电网内部各个负荷的切除量，并将剩余负荷大小作为已知量，利用发电侧的目标函数和约束条件求出各个微型燃气轮机的发电功率，即可控分布式电源的最优出力；步骤5.2：利用剩余可用容量计算公式，求解各个微电网的剩余可用容量，从而判断出多电微电网和少电微电网；步骤5.3：根据多微电网网间调度模型，求出各个少电微电网的负荷切除量，利用负荷切除量和功率平衡约束，求出各个少电微电网的缺电量，并根据少电微电网的缺电量，利用发电侧的目标函数和约束条件，求出各个多电微电网的最优功率支援量；步骤5.4：根据各个多电微电网的功率支援量，利用多微电网网内调度模型发电侧的目标函数和约束条件，求出多电微电网中各个微型燃气轮机的功率增发量，从而实现整个多微电网的最优经济运行。
[0050]
本发明的一种考虑雷击故障的多微电网分层经济调度系统，用于实现所述的考虑雷击故障的多微电网分层经济调度方法。
[0051]
本发明的有益效果在于，与现有技术相比：本发明首先从安全性、经济性两个方面来综合评估负荷重要程度，并构建负荷停电损失模型；其次，基于负荷停电损失模型，考虑负荷停电损失成本和分布式电源发电成本，构建多微电网网内调度模型；接着，考虑负荷停电损失成本和微电网发电成本，构建多
微电网网间调度模型；之后，构建考虑雷击故障的多微电网分层经济调度模型，包括多微电网层、多微电网网内调度层和多微电网网间调度层；最后，进行雷击故障下的多微电网分层经济调度，从而实现雷击故障下多微电网的停电损失最小和最优经济运行。
[0052]
本发明同时考虑了安全性和经济性因素，可基于多微电网分层经济调度，实现停电损失最小和发电成本最低的最优经济运行。
[0053]
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。