本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及考慮區(qū)域自治能力的主動(dòng)配電網(wǎng)全局優(yōu)化調(diào)度方法。
背景技術(shù):
隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展,大量的以光伏、風(fēng)電為主的分布式電源(distributedgenerationdg)接入配電網(wǎng),形成主動(dòng)配電網(wǎng)(activedistributiongridadg)。在帶來(lái)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益的同時(shí),分布式電源固有的不確定性也給主動(dòng)配電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。
當(dāng)分布式電源大量接入時(shí),傳統(tǒng)的配電網(wǎng)整體層面的優(yōu)化運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通信壓力增大,求解過(guò)程復(fù)雜,速度難以滿足實(shí)時(shí)性要求,因此,目前主動(dòng)配電網(wǎng)多采用全局優(yōu)化加上區(qū)域自治的分層分區(qū)的調(diào)度方法,在全局層面制定日前計(jì)劃、在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)自治調(diào)整。
對(duì)于一個(gè)包含多個(gè)區(qū)域的主動(dòng)配電網(wǎng),在進(jìn)行全局優(yōu)化時(shí),其優(yōu)化協(xié)調(diào)目標(biāo)主要有:配電網(wǎng)總費(fèi)用最小、網(wǎng)損最小和可再生能源利用率最大等。在實(shí)際操作中,根據(jù)不同的需求選用不同的優(yōu)化目標(biāo)。這些目標(biāo)大多數(shù)都是傳統(tǒng)配電網(wǎng)調(diào)度關(guān)注的重點(diǎn),但對(duì)于主動(dòng)配電網(wǎng),除了這些關(guān)注點(diǎn)之外,更要著重考慮可再生能源不確定性帶來(lái)的影響。
現(xiàn)有的文獻(xiàn)大多都是用多場(chǎng)景、魯棒優(yōu)化等方法處理可再生能源的不確定性,等效后進(jìn)行全局優(yōu)化,但并沒(méi)有考慮他們的波動(dòng)對(duì)所在區(qū)域的影響,而分層分區(qū)調(diào)度在做好日前計(jì)劃后,只在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整,若某些區(qū)域自治能力較低,風(fēng)電、光伏的波動(dòng)就有可能會(huì)使其距離最優(yōu)目標(biāo)偏離較大,難以實(shí)現(xiàn)自治,得出保守或者冒進(jìn)的決策方案,失去了分層分區(qū)的意義,最后對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)安全性帶來(lái)威脅。
對(duì)于主動(dòng)配電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度,目前缺少一種考慮區(qū)域自治能力的主動(dòng)配電網(wǎng)全局優(yōu)化調(diào)度的建模及求解方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對(duì)上述問(wèn)題,本發(fā)明提出了一種考慮區(qū)域自治能力的主動(dòng)配電網(wǎng)全局優(yōu)化調(diào)度方法。
所述方法包括4個(gè)步驟:
步驟1:以總費(fèi)用最小為目標(biāo),考慮分布式電源、儲(chǔ)能及網(wǎng)絡(luò)安全約束,建立全局優(yōu)化調(diào)度模型,求得各區(qū)域聯(lián)絡(luò)線功率分布,其中總費(fèi)用除購(gòu)電費(fèi)用、微型燃?xì)廨啓C(jī)費(fèi)用、儲(chǔ)能費(fèi)用外,還包括代表區(qū)域自治能力的聯(lián)絡(luò)線功率變化費(fèi)用,以此調(diào)節(jié)區(qū)域聯(lián)絡(luò)線功率,協(xié)調(diào)各區(qū)域自治能力;
步驟2:根據(jù)步驟1中得到的區(qū)域聯(lián)絡(luò)線功率,以可再生能源產(chǎn)生波動(dòng)時(shí),區(qū)域聯(lián)絡(luò)線功率變化量費(fèi)用最小為目標(biāo),建立區(qū)域自治模型;
步驟3:針對(duì)步驟2中的區(qū)域自治模型,生成拉格朗日函數(shù)進(jìn)行求解,對(duì)區(qū)域聯(lián)絡(luò)線功率變化量求偏導(dǎo),得到自治能力衡量指標(biāo);
步驟4:在主動(dòng)配電網(wǎng)全局優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型、區(qū)域自治模型中迭代更新區(qū)域聯(lián)絡(luò)線功率與自治能力衡量指標(biāo),直至區(qū)域聯(lián)絡(luò)線功率不再發(fā)生變化,得到考慮區(qū)域自治能力的主動(dòng)配電網(wǎng)全局優(yōu)化最優(yōu)調(diào)度方案。
所述步驟1中的主動(dòng)配電網(wǎng)全局優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型如下:
目標(biāo)函數(shù):
式中:
約束條件:
a)線路有功平衡約束:
式中:pij,t、iij,t、rij分別為t時(shí)刻,節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j的線路有功功率、電流、電阻;pjk,t為t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)j連接的其他線路的有功功率;pj,m,t為t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)j處可再生能源入網(wǎng)功率;
對(duì)于區(qū)域l的區(qū)域聯(lián)絡(luò)線功率pl,t,則將其修改成
b)線路無(wú)功平衡約束:
式中:qij,t、xij分別為t時(shí)刻,節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j的線路無(wú)功功率、線路電抗;qjk,t為節(jié)點(diǎn)j在t時(shí)刻連接的其他線路的無(wú)功功率;vj,t為t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)j的電壓幅值;
c)電壓約束:
d)線路潮流:
e)上級(jí)電網(wǎng)注入功率約束
式中:
f)微型燃?xì)廨啓C(jī)約束
式中:
g)儲(chǔ)能約束
式中:
h)光伏、風(fēng)電功率約束
式中:
i)網(wǎng)絡(luò)安全約束
式中:vj,max和vj,min分別為電壓的最大值與電壓的最小值,iij,max為電流的最大值。
將其中的線路潮流方程(5)作凸化松弛處理,對(duì)模型非線性進(jìn)行處理:
引入中間變量
式(3)等效如下:
式(4)等效如下:
將式(5)化為標(biāo)準(zhǔn)二階錐形式:
安全約束式(10)等效如下:
所述步驟2中的區(qū)域自治模型如下,
目標(biāo)函數(shù):
約束條件:
同公式(6)-(8)、(10)-(17),將區(qū)域的注入功率
所述步驟3中,針對(duì)區(qū)域自治模型,生成拉格朗日函數(shù),對(duì)區(qū)域聯(lián)絡(luò)線功率變化量δpl,t求偏導(dǎo),
生成拉格朗日函數(shù)ll(δp,λ,α,π,η,ω),δp為聯(lián)絡(luò)線注入功率增量,且δp≥0;λ、α、π、η、ω指相應(yīng)約束條件對(duì)應(yīng)的拉格朗日乘子,
將βl,t定義為區(qū)域自治能力的影響指標(biāo),當(dāng)可再生能源波動(dòng)時(shí),當(dāng)區(qū)域能夠自治,βl,t=0,當(dāng)區(qū)域不能自治,βl,t<0。
所述步驟2的區(qū)域自治模型中,將可再生能源波動(dòng)量設(shè)置為最差的場(chǎng)景,即最大出力均為最小值,設(shè)定波動(dòng)量為
本發(fā)明的有益效果在于:
(1)提出了基于價(jià)格的自治能力的衡量指標(biāo)。以風(fēng)電、光伏產(chǎn)生波動(dòng)時(shí),聯(lián)絡(luò)線功率變化量的費(fèi)用最小為目標(biāo),建立了區(qū)域自治模型,生成了拉格朗日函數(shù),對(duì)聯(lián)絡(luò)線功率變化量求偏導(dǎo),得到了區(qū)域自治能力的衡量指標(biāo),該指標(biāo)能夠比較合理的度量聯(lián)絡(luò)線功率變化對(duì)區(qū)域自治能力的影響,并以費(fèi)用的形式給出,便于引入到全局優(yōu)化模型中;
(2)生成了考慮區(qū)域自治能力的主動(dòng)配電網(wǎng)全局優(yōu)化調(diào)度方法。相較于傳統(tǒng)優(yōu)化方法,本發(fā)明所提的方法考慮了區(qū)域自治能力的影響,利用所提出的指標(biāo),將區(qū)域自治能力用費(fèi)用大小來(lái)度量,并將其加入到目標(biāo)函數(shù)中,調(diào)整聯(lián)絡(luò)線功率,綜合考慮了費(fèi)用與自治能力,得到了一個(gè)最優(yōu)的解決方案。
附圖說(shuō)明
圖1為考慮區(qū)域自治能力的主動(dòng)配電網(wǎng)全局優(yōu)化調(diào)度方法流程示意圖;
圖2為主動(dòng)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖,對(duì)實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1所示,考慮區(qū)域自治能力的主動(dòng)配電網(wǎng)全局優(yōu)化調(diào)度方法包括以下步驟:
步驟1:以總費(fèi)用最小為目標(biāo),考慮分布式電源、儲(chǔ)能及網(wǎng)絡(luò)安全等約束,建立全局優(yōu)化調(diào)度模型,求得各區(qū)域聯(lián)絡(luò)線功率分布。其中總費(fèi)用除常規(guī)費(fèi)用外,還包括代表區(qū)域自治能力的聯(lián)絡(luò)線功率變化費(fèi)用,以此調(diào)節(jié)區(qū)域聯(lián)絡(luò)線功率,協(xié)調(diào)各區(qū)域自治能力;主動(dòng)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
步驟2:將全局優(yōu)化得到的區(qū)域聯(lián)絡(luò)線功率設(shè)為基值,以風(fēng)電、光伏產(chǎn)生波動(dòng)時(shí),區(qū)域聯(lián)絡(luò)線功率變化量的費(fèi)用最小為目標(biāo),建立區(qū)域自治模型,衡量各區(qū)域的自治能力;
步驟3:針對(duì)上述區(qū)域自治模型,生成拉格朗日函數(shù),對(duì)聯(lián)絡(luò)線功率變化量求偏導(dǎo),得到基于價(jià)格的自治能力的衡量指標(biāo)來(lái)度量聯(lián)絡(luò)線功率變化對(duì)區(qū)域自治能力的影響,;
步驟4:將所提指標(biāo)引入到全局優(yōu)化模型中,根據(jù)全局優(yōu)化調(diào)度模型、區(qū)域自治模型,迭代更新區(qū)域聯(lián)絡(luò)線功率與自治能力衡量指標(biāo),直至不再發(fā)生變化,得到考慮區(qū)域自治能力的主動(dòng)配電網(wǎng)全局優(yōu)化最優(yōu)調(diào)度方案。
其中,對(duì)于步驟1,以總費(fèi)用最小為目標(biāo),考慮分布式電源、儲(chǔ)能及網(wǎng)絡(luò)安全等約束,建立全局優(yōu)化調(diào)度模型。
考慮經(jīng)濟(jì)性,全局優(yōu)化目標(biāo)為總費(fèi)用最小,包含購(gòu)電費(fèi)用、微型燃?xì)廨啓C(jī)費(fèi)用、儲(chǔ)能費(fèi)用。為了充分利用可再生能源,在此不考慮可再生能源費(fèi)用。
同時(shí),由于上下層的聯(lián)系主要是聯(lián)絡(luò)線功率,下層的區(qū)域自治能力也與聯(lián)絡(luò)線功率大小息息相關(guān),所以,為了考慮區(qū)域自治能力的影響,目標(biāo)函數(shù)中還應(yīng)加入代表區(qū)域自治能力的聯(lián)絡(luò)線功率變化費(fèi)用。
目標(biāo)函數(shù)如下:
式中:
②約束條件:
a)線路有功平衡約束:
式中:pij,t、iij,t、rij分別為t時(shí)刻,節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j的線路有功功率、電流、電阻;pjk,t為t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)j連接的其他線路的有功功率;pj,m,t為t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)j處可再生能源入網(wǎng)功率;
對(duì)于區(qū)域l的聯(lián)絡(luò)線功率pl,t,則將其修改成
b)線路無(wú)功平衡約束:
式中:qij,t、xij分別為t時(shí)刻,節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j的線路無(wú)功功率、線路電抗;qjk,t為節(jié)點(diǎn)j在t時(shí)刻連接的其他線路的無(wú)功功率;vj,t為t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)j的電壓幅值;
c)電壓約束:
d)線路潮流:
e)上級(jí)電網(wǎng)注入功率約束
式中:
f)微型燃?xì)廨啓C(jī)約束
式中:
g)儲(chǔ)能約束
式中:
h)光伏、風(fēng)電功率約束
式中:
i)網(wǎng)絡(luò)安全約束
式中:vj,max和vj,min分別為電壓的最大值和最小值,iij,max為電流的最大值。
二階錐等價(jià)變形:
由于公式(2)-(5)導(dǎo)致原問(wèn)題難以求解,因此將其中的潮流方程作凸化松弛處理,將原問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)可被有效求解的混合整數(shù)二階錐優(yōu)化問(wèn)題,可通過(guò)算法包輕易求取最優(yōu)結(jié)果,并對(duì)一個(gè)輻射網(wǎng)來(lái)說(shuō),該soc松弛是嚴(yán)格的,求得的解即為原問(wèn)題最優(yōu)解。
對(duì)模型非線性進(jìn)行處理:
引入變量
式(3)等效如下:
式(4)等效如下:
將式(5)化為標(biāo)準(zhǔn)二階錐形式:
安全約束式(10)等效如下:
對(duì)于步驟2,根據(jù)所得到的區(qū)域聯(lián)絡(luò)線功率,以可再生能源產(chǎn)生波動(dòng)時(shí),聯(lián)絡(luò)線功率變化最小為目標(biāo),建立區(qū)域自治模型,衡量區(qū)域自治能力。
①目標(biāo)函數(shù):
區(qū)域自治能力的強(qiáng)弱體現(xiàn)在可再生能源功率發(fā)生變化時(shí),區(qū)域內(nèi)可控資源是否足以平衡該功率波動(dòng),即聯(lián)絡(luò)線功率是否變化。所以以δpl,t最小為目標(biāo)函數(shù)能夠很好的體現(xiàn)區(qū)域的自治能力。
由于該指標(biāo)要代入全局優(yōu)化模型中進(jìn)行考慮,而全局優(yōu)化目標(biāo)一般為費(fèi)用最小,因此,區(qū)域自治模型的目標(biāo)修改為聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)費(fèi)用cl,tδpl,t最小。
②約束條件:
同公式(6)-(8)、(10)-(17),將區(qū)域的注入功率
同時(shí),考慮可再生能源波動(dòng)量最差的場(chǎng)景,即最大出力均為下限,以此度量可再生能源的波動(dòng)對(duì)自制能力的影響。設(shè)資源m在t時(shí)刻的預(yù)測(cè)值為
對(duì)于步驟3針對(duì)上述區(qū)域自治模型,生成拉格朗日函數(shù)進(jìn)行求解,對(duì)聯(lián)絡(luò)線功率變化量δpl,t求偏導(dǎo),得到區(qū)域自治能力的衡量指標(biāo)。
生成拉格朗日函數(shù)ll(δp,λ,α,π,η,ω),可以得到:
δp為聯(lián)絡(luò)線注入功率增量,且δp≥0;λ、α、π、η、ω指相應(yīng)約束條件對(duì)應(yīng)的拉格朗日乘子,將βl,t定義為第l個(gè)區(qū)域的聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)對(duì)區(qū)域自治能力的影響指標(biāo),相當(dāng)于聯(lián)絡(luò)線變化的費(fèi)用成本,與全局優(yōu)化中的費(fèi)用相當(dāng),可參與全局優(yōu)化調(diào)度。
當(dāng)可再生能源波動(dòng)時(shí),若區(qū)域能夠自治,βl,t=0,不能自治,βl,t<0,利用該指標(biāo)來(lái)衡量區(qū)域自治能力,參與全局優(yōu)化調(diào)度,調(diào)整聯(lián)絡(luò)線功率大小。
對(duì)于步驟4,在主動(dòng)配電網(wǎng)全局優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型、區(qū)域自治模型中迭代更新聯(lián)絡(luò)線功率與區(qū)域自治能力衡量指標(biāo),直至不再發(fā)生變化,得到最優(yōu)調(diào)度方案。
迭代過(guò)程:
①令k=1,
②將
③將
④若
此實(shí)施例僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式,但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此,任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi),可輕易想到的變化或替換,都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此,本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。