阅读说明：本技术 一种孤网型交直流混联微电网动态经济调度方法 (dynamic economic dispatching method for isolated grid type alternating current-direct current hybrid micro-grid ) 是由 曹阳 孙永辉 张宇航 王建喜 许周 于 2019-09-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种孤网型交直流混联微电网动态经济调度方法,该调度方法基于一致性算法和二次调整计划实现,并且以交直流混联微电网日发电成本最小的目标。所述方法避免了传统的集中控制方法,采用分布式控制方法之一的一致性算法,将边际成本设置为一致性变量,基于多智能体通信系统,优化微网中各个分布式发电单元的有功出力,并制定二次调整计划,保证满足联络线约束和系统能够稳定运行。本发明可以有效促进微网对可再生能源的消纳,适用于因可再生能源大规模并网的分布式发电模式,提高了微网的经济效益,较传统方法具有更强的鲁棒性。(The invention discloses a dynamic economic dispatching method for an isolated grid type alternating current-direct current hybrid micro-grid, which is realized based on a consistency algorithm and a secondary regulation plan and aims to minimize daily power generation cost of the alternating current-direct current hybrid micro-grid. The method avoids the traditional centralized control method, adopts a consistency algorithm which is one of distributed control methods, sets the marginal cost as a consistency variable, optimizes the active power output of each distributed power generation unit in the microgrid based on a multi-agent communication system, and makes a secondary adjustment plan to ensure that the requirement of tie line constraint and the stable operation of the system are met. The method can effectively promote the consumption of the microgrid on the renewable energy, is suitable for a distributed power generation mode due to the large-scale grid connection of the renewable energy, improves the economic benefit of the microgrid, and has stronger robustness compared with the traditional method.)

一种孤网型交直流混联微电网动态经济调度方法

技术领域

本发明属于电力系统分析与控制技术，具体涉及一种孤网型交直流混联微电网动态经济调度方法，尤其涉及一种基于一致性算法和二次调整计划的交直流混联微电网的动态经济调度方法。

背景技术

随着化石燃料日益减少，可再生能源大规模并网的分布式发电模式快速发展，微电网(MG)成为目前电力系统领域的研究热点。近年来,直流型电源和负荷大量接入电网的需求对微电网的发展产生巨大的冲击，交直流混联微电网应运而生。交直流混联微电网包括直流母线，也包括交流母线，根据分布式电源和负荷类型划分为交流子微网和直流子微网两个区域，子网通过双向换流器连接，既可让直流型电源(光伏，储能等)直接接入微网为直流负荷供电，又可让交流型电源直接为交流负荷供电,减少了不必要的交直流转换和设备投资成本,降低了功率变换过程中的功率损耗,提高了整个系统的运行效率和可靠性。

经济调度问题是微电网研究的基础。目前，为了解决微电网的经济调度问题(EDP)，已经提出许多优化方法。传统的方法包括粒子群算法，遗传算法等，这些多为集中式控制方法，需要一个控制中心收集全局信息，通信结构复杂，缺乏灵活性和鲁棒性，而分布式控制只需邻居单元交互信息即可实现全局优化，并且单点通信出错不影响最优结果，也适用于高可再生能源渗透率下通信拓扑结构多变的微电网管理。

在上述分析的基础上，本文以孤岛型微交直流混合微电网为研究对象，重点关注微电网调度运行的功率分配问题，提出一种基于多智能体一致性算法的孤网型交直流混联微电网的一种动态经济调度模型。将交直流混联微电网的分布式电源按照类别划分为各个可控出力单元，每个单元看作一个智能体，其状态信息通过相邻智能体传递，以优化各单元的边际运行成本，从而协调各单元的有功输出，在满足负荷需求下，实现微电网日发电总成本最小目标。该方法对微电网一般的通信拓扑结构变故具有较强的鲁棒性和灵活性，能够促进微电网对可再生能源消纳的同时，保证交直流混合微电网运行的稳定性。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的不足，本发明旨在提供一种孤网型交直流混联微电网动态经济调度方法，实现基于一致性算法和二次调整计划的交直流混联微电网的动态经济调度方法。

技术方案：一种孤网型交直流混联微电网动态经济调度方法，所述方法基于一致性算法和二次调整计划，包括如下步骤：

(1)建立交直流混联微电网的动态经济调度系统模型，以微电网日发电成本最小为目标函数，并基于一致性算法对系统进行全局优化；

(2)基于上述交直流混联微电网的全局优化结果，判断交流侧和直流侧之间的交互功率是否超出双向换流器的容量约束，若超出双向换流器的容量约束则执行步骤(3)，否则跳过步骤(3)执行步骤(4)；

(3)基于负荷虚拟值调整和一致性算法进行二次调整计划；

(4)在各个单时段下进行上述步骤迭代，输出完整调度周期下的交直流混联微电网的经济调度结果。

所述动态经济调度系统模型一个调度周期T分为24个单时段，以微电网日发电成本最小为目标函数，其数学表达式如下：

式中，S_TG为传统发电机组单元集合，C_i(P_TG,i(t))为传统发电机组i的成本函数；S_WT为风机机组单元集合，C_k(P_SL,k(t))为风机机组j的成本函数；S_SL为光伏机组单元集合，C_k(P_SL,k(t))为光伏机组k的成本函数；S_BS为储能单元集合，C_r(P_BS,r(t))为储能装置r的成本函数。

进一步的，所述动态经济调度系统模型中传统发电机组单元运行的成本函数为二次凸函数，其数学表达式如下：

C_i(P_TG,i(t))＝a_i(P_TG,i(t))²+b_iP_TG,i(t)+c_i

式中，i∈S_TG，a_i，b_i，c_i为传统发电机组i的发电成本系数，P_TG,i(t)为[t-1,t]时段传统发电机组i的有功出力；其相应的传统发电机组的出力约束为如下：

式中，_-P_TG,i为传统发电机组i的最小输出功率，为最大输出功率，ΔP_d,i和ΔP_u,i为功率爬坡下限和上限，则分别为综合考虑各项约束的传统发电机i在[t-1,t]时刻可调有功出力的上下限。

进一步的，所述动态经济调度系统模型中风机机组和光伏机组为可控单元，具体运行成本分别表示如下：

式中，j∈S_WT，k∈S_SL，ω_j为弃风成本系数，ω_k为弃光成本系数，P_WT,j(t)和P_SL,k(t)分别为风机(WT)机组j和光伏(PV)机组k在[t-1,t]时刻的有功出力，和分别为风机(WT)机组和光伏(PV)机组单时段下的最大出力，与环境因素相关；

风机机组和光伏机组的功率约束条件分别表示如下：

所述动态经济调度系统模型中储能单元的成本函数具体表示如下：

C_r(P_BS,r(t))＝a_r(P_BS,r(t))²

式中，r∈S_BS，a_r为储能装置r的成本系数，P_BS,r(t)为[t-1,t]时段储能装置r发出或吸收的有功功率，当P_BS,r(t)＞0，储能装置放电，弥补电网功率缺额，当P_BS,r(t)＜0，储能装置吸收电网冗余的出力，平抑微电网功率波动；

所述储能装置的容荷电状态约束为：

基于储能装置的荷电状态约束，其储能装置冲放电的功率约束如下：

式中，_-P_BS,r为储能装置r的最大输出功率，为最小输出功率，ΔP_BSd,r和ΔP_BSu,r为功率爬坡下限和上限，为储能装置r在[t-1,t]时段充电至上限、放电至下限所需的功率。分别为综合考虑各项约束的储能装置r在[t-1,t]时刻冲电状态的功率上限和放电状态的功率下限。

更进一步的，所述动态经济调度系统模型还包括功率平衡等式约束和联络线安全不等式约束，具体表达式如下：

式中，S_DM为微电网分配至各分布式发电单元下的负荷的集合，P_DM,s(t)为单元s下的负荷需求，每个时段里所有分布式单元出力都要满足系统负荷需求，P_{AC_DC}为交流侧向直流侧输送的功率，P_{AC_DC}为直流侧向交流侧输送的功率，和为对应的联络线约束，即双向换流器允许的最大交互功率。

进一步的，所述方法包括基于一致性算法对所述交直流混联微电网的各分布式发电单元进行有功出力优化，具体如下：

(a)根据所述动态经济模型中所有分布式发电单元的成本函数，得到边际成本函数数学表达式如下：

λ_i＝a_iP_i+b_i

式中，a_i，b_i为分布式发电单元i的成本系数，P_i为单元i的有功出力；

(b)基于一致性算法计算最优化的边际成本λ_i，即可优化分布式发电单元有功出力，其数学表达式具体如下：

式中，Ω_i为所有分布式发电单元集合，w_ij为单元i边际成本第k次迭代的更新系数，与相邻单元的边际成本有关，σ为反馈影响因子，表示供需平衡约束对迭代收敛速度的影响程度，P_mis,i(t)为供需差额，表示如下：

为了满足系统供需平衡，将供需差额P_mis,i(t)作为系统的负反馈项，随λ_i的迭代而更新，直到负反馈项更新为零，系统获得供需平衡。

更进一步的，所述二次调整计划包括根据负荷虚拟值调整策略对系统进行二次优化，具体过程如下：

假设单时段下，交流侧向直流侧输送功率P_{AC_DC}，超出联络线约束则调整负荷虚拟值，之后基于一致性算法对子网分别重新优化，具体的负荷虚拟值调整策略执行如下：

交流侧：

直流侧：

式中，m为子微网内单元数目，P_DM,s(t)，分别为[t-1,t]时段单元i下的负荷调整前后的数值。

有益效果：与现有技术相比，本发明所提供的方法可以有效促进微网对可再生能源的消纳，适用于因可再生能源大规模并网的分布式发电模式，提高了微网的经济效益，具有更强的鲁棒性。

附图说明

图1是本发明所述方法的实施流程图；

图2是本发明中交直流混联微电网通信拓扑结构示意图；

图3是实施例中日负荷、光伏日出力、风机日出力示意图；

图4是实施例中全网边际成本收敛示意图；

图5是实施例中全网出力单元有功输出示意图；

图6是实施例中全网供需平衡示意图；

图7是实施例中子网通信拓扑结构；

图8(a)是实施例中交流子微网边际成本收敛示意图；

图8(b)是实施例中各单元出力优化示意图；

图9是实施例中交流子微网供需平衡示意图；

图10(a)是实施例中直流子微网边际成本收敛示意图；

图10(b)是实施例中各单元出力优化示意图；

图11是实施例中直流子微网供需平衡示意图；

图12是实施例中微电网全时段优化结果。

具体实施方式

为了详细的说明本发明所公开的技术方案，下面结合具体实施例和附图进一步阐述。

本发明公开的是一种孤网型交直流混联微电网动态经济调度方法，所述方法的实施流程如图1所示。该方法是基于一致性算法和二次调整计划的孤网型交直流混联微电网的动态经济调度方法，具体实施步骤如下：

1、全局优化

(1)依据模型中所述的各个分布式发电单元的成本函数，得到如下所示的边际成本函数

λ_i＝a_iP_i+b_i

式中，a_i，b_i为分布式发电单元i的成本系数，P_i为单元i的有功出力。

(2)基于一致性算法计算最优化的边际成本λ_i，即可优化分布式发电单元有功出力，表示如下

式中，Ω_i为所有分布式发电单元集合，w_ij为单元i边际成本第k次迭代的更新系数，与相邻单元的边际成本有关。σ为反馈影响因子，表示供需平衡约束对迭代收敛速度的影响程度，一般情况下σ偏小，但σ过于小会导致收敛迟缓。P_mis,i(t)为供需差额。

(3)为了满足系统供需平衡，将供需差额P_mis,i(t)作为系统的负反馈项，随λ_i的迭代而更新，直到负反馈项更新为零，系统获得供需平衡。

2、交互功率约束判断

在上述全局优化后，若交直流混联微电网的交流测和直流侧之间的交互功率超出双向换流器的容量约束，则继续执行步骤2；否则，执行步骤3。

3、二次调整计划

(1)负荷虚拟值调整策略是二次优化的关键，假设单时段下，交流侧向直流侧输送功率P_{AC_DC}，超出联络线约束则具体的负荷虚拟值调整策略执行如下：

交流侧：

直流侧：

式中，m为子微网内单元数目，P_DM,s(t)，分别为[t-1,t]时段单元i下的负荷调整前后的数值。

(2)基于一致性算法，重新以交流子微网发电成本最小和直流子微网发电成本最小为目标进行交流子微网和直流子微网有功出力的优化。

4、完整调度周期

在各个单时段下，依次执行步骤1、2，直到t>24时,迭代停止，输出完整调度周期下的交直流混联微电网的经济调度结果。

为了验证本发明的可行性和可靠性，本发明选取典型的用电需求高峰时段19：00-20：00进行仿真验证，并给出具体的实施例。

本实施例所建立的交直流混联微电网的通信网络拓扑如图2所示，对于本领域熟知的技术在此不做赘述。本实施例所组建的系统包含1个风机机组单元(WT)，1个光伏机组单元(PV)，4个传统发电机组单元(G1、G2、G3、G4)，2个储能装置单元(BESS1、BESS2)，这8个分布式发电单元的具体发电成本系数和运行参数如表1所示。

表1微电网运行参数

本实施例采用典型日负荷Pload、光伏PV日出力、风机WT日出力数据如图3所示。

按照本发明方法所公开的步骤，首先考虑系统是否能够全局最优，各单元出力边际成本λ如图4所示，所有发电单元的边际成本收敛至最优值13.6991，此时，反馈影响因子取值0.01。图5表示随着边际成本收敛各单元出力优化的情况，各单元的最优出力值都在出力约束内，并且，微电网全局供需平衡状况也良好，如图6所示。但是，由于本实施例考虑的是低压微电网系统，交流侧与直流侧相连的双向换流器的容量约束设定为60KW，而此全局最优计划下直流区向交流区输送功率达到80.4197KW，超出了联络线约束，因此放弃全局最优计划，采取基于负荷虚拟值调整策略的子网独立优化计划，即二次调整计划。

将双向换流器断开，间断子网间的通信，交流子微网与直流子微网独立的通信拓扑结构都如图7所示，交流子微网的优化结果如图8(a)(b)和图9所示，边际成本收敛至16.6151，在满足出力约束的条件下，风机机组单元，2个传统发电机组单元以及储能装置单元的优化出力分别为116.6150KW，182.6881KW，173.4783KW，10.9003KW，显然，交流子微网的区域供需平衡要求也随着边际成本的收敛而得到满足。

直流子微网的优化结果如图10(a)(b)和图11所示，最优边际成本为10.5149，光伏机组单元，2个传统发电机组单元以及储能装置单元的优化出力结果分别为0KW，93.0698KW，125.2481KW，18KW，供需平衡状况良好。

最终，全时段交直流混联微电网孤网下运行状况如图12所示。

本发明所公开的方法中，交直流混联微电网兼具直流微电网和交流微电网的优势，更适应分布式发电模式，能促进微网对可再生能源的消纳，提高经济效益。分布式控制之一的一致性算法对微电网通信拓扑连接出错问题具有较强的鲁棒性，并且适用于微网通信拓扑结构按照需求灵活调整的情况。