微電網(wǎng)日內(nèi)調(diào)度計(jì)劃混合整數(shù)規(guī)劃模型的建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微電網(wǎng)日內(nèi)調(diào)度計(jì)劃模型的建模方法，特別涉及一種微電網(wǎng)日內(nèi)調(diào)度 計(jì)劃混合整數(shù)規(guī)劃模型的建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為發(fā)揮分布式發(fā)電效能的有效手段，微電網(wǎng)技術(shù)成為當(dāng)前智能電網(wǎng)理論與技術(shù) 研宄的熱點(diǎn)。微電網(wǎng)運(yùn)行方式靈活，具有并網(wǎng)和孤島兩種運(yùn)行方式，且能根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)兩種 運(yùn)行方式的無(wú)縫切換。然而，微電網(wǎng)能量管理具有其復(fù)雜性，不僅需要在滿(mǎn)足負(fù)荷需求及電 能質(zhì)量的前提下保證微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，還要協(xié)調(diào)不同響應(yīng)速度電源的出力、 平滑網(wǎng)內(nèi)風(fēng)電和光電的不確定性，特別是分布式發(fā)電高滲透率大大加劇了這種復(fù)雜性。
[0003] 目前，國(guó)內(nèi)外研宄者對(duì)微電網(wǎng)能量管理策略作了相關(guān)探索。日前-滾動(dòng)-實(shí)時(shí)3 層框架和日前-日內(nèi)2層框架先后被提出。3層框架和2層框架均基于預(yù)測(cè)控制理論，根據(jù) 當(dāng)前運(yùn)行工況和最新預(yù)測(cè)結(jié)果，調(diào)整上一層控制量，消除不確定性因素的干擾。其中，日內(nèi) 調(diào)度計(jì)劃是提前若干時(shí)間根據(jù)最新運(yùn)行信息對(duì)某一周期的日前計(jì)劃作修正，其實(shí)質(zhì)為考慮 運(yùn)行安全的最優(yōu)潮流模型。
[0004] 分布式電源作為微電網(wǎng)中主要的發(fā)電來(lái)源，主要有柴油發(fā)電機(jī)（diesel engine, DE)、微型燃?xì)廨啓C(jī)（micro-turbine, MT)、燃料電池 （fuel cell, FC)、風(fēng)力發(fā)電機(jī) (wind turbine, WT)、光伏電池（photo-voltaic, PV)、蓄電池 （storage battery, ST)等，這 些分布式電源在為微電網(wǎng)提供有功功率的同時(shí)，也能輸送一定容量的無(wú)功功率。由于微電 網(wǎng)帶有一定的無(wú)功負(fù)荷，若在微電網(wǎng)日內(nèi)調(diào)度計(jì)劃中忽略無(wú)功功率將可能造成線(xiàn)路實(shí)際傳 輸功率越限和電氣設(shè)備實(shí)際容量越限的問(wèn)題。而在微電網(wǎng)中單一考慮電容器投切的無(wú)功補(bǔ) 償則容易造成電壓偏移。當(dāng)電容器投切響應(yīng)時(shí)間較慢時(shí)，分布式電源的無(wú)功輸出或吸收還 能有效平滑微電網(wǎng)的無(wú)功余缺，改善微電網(wǎng)的電壓水平和降低網(wǎng)損，所以不能忽視分布式 電源的無(wú)功出力在微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度中發(fā)揮的作用。而對(duì)分布式電源無(wú)功出力約束若只簡(jiǎn)單 建立極限值限制方程，則忽略了分布式電源復(fù)雜的無(wú)功輸出特性，脫離工程實(shí)際。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種微電網(wǎng)日內(nèi)調(diào) 度計(jì)劃混合整數(shù)規(guī)劃模型的建模方法。
[0006] 本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0007] 微電網(wǎng)日內(nèi)調(diào)度計(jì)劃混合整數(shù)規(guī)劃模型的建模方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟1、構(gòu)建微電網(wǎng)日內(nèi)調(diào)度計(jì)劃混合整數(shù)規(guī)劃模型的目標(biāo)函數(shù)，即在滿(mǎn)足正常運(yùn) 行約束的條件下，通過(guò)合理安排各可控單元的出力，使系統(tǒng)運(yùn)行總成本最低；
[0009] 步驟2、構(gòu)建柴油同步發(fā)電機(jī)的有功、無(wú)功出力的線(xiàn)性化約束方程；
[0010] 步驟3、構(gòu)建經(jīng)逆變器并網(wǎng)分布式電源的有功、無(wú)功出力的線(xiàn)性化約束方程；所述 經(jīng)逆變器并網(wǎng)分布式電源包括單軸型微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池、蓄電池、光伏電池；
[0011] 步驟4、構(gòu)建雙饋感應(yīng)風(fēng)機(jī)的有功、無(wú)功出力的線(xiàn)性化約束方程；
[0012] 步驟5、構(gòu)建考慮電壓幅值的線(xiàn)性化潮流方程；
[0013] 步驟6、構(gòu)建支路容量線(xiàn)性化約束方程；
[0014] 步驟7、結(jié)合微電網(wǎng)現(xiàn)有的線(xiàn)性化約束，組成微電網(wǎng)日內(nèi)調(diào)度計(jì)劃混合整數(shù)規(guī)劃模 型，運(yùn)用混合整數(shù)規(guī)劃求解軟件進(jìn)行求解。
[0015] 步驟1中所述微電網(wǎng)日內(nèi)調(diào)度計(jì)劃混合整數(shù)規(guī)劃模型的目標(biāo)函數(shù)，具體如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 微電網(wǎng)日內(nèi)調(diào)度計(jì)劃混合整數(shù)規(guī)劃模型的建模方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1、構(gòu)建微電網(wǎng)日內(nèi)調(diào)度計(jì)劃混合整數(shù)規(guī)劃模型的目標(biāo)函數(shù)，即在滿(mǎn)足正常運(yùn)行約 束的條件下，通過(guò)合理安排各可控單元的出力，使系統(tǒng)運(yùn)行總成本最低； 步驟2、構(gòu)建柴油同步發(fā)電機(jī)的有功、無(wú)功出力的線(xiàn)性化約束方程； 步驟3、構(gòu)建經(jīng)逆變器并網(wǎng)分布式電源的有功、無(wú)功出力的線(xiàn)性化約束方程；所述經(jīng)逆 變器并網(wǎng)分布式電源包括單軸型微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池、蓄電池、光伏電池； 步驟4、構(gòu)建雙饋感應(yīng)風(fēng)機(jī)的有功、無(wú)功出力的線(xiàn)性化約束方程； 步驟5、構(gòu)建考慮電壓幅值的線(xiàn)性化潮流方程； 步驟6、構(gòu)建支路容量線(xiàn)性化約束方程； 步驟7、結(jié)合微電網(wǎng)現(xiàn)有的線(xiàn)性化約束，組成微電網(wǎng)日內(nèi)調(diào)度計(jì)劃混合整數(shù)規(guī)劃模型， 運(yùn)用混合整數(shù)規(guī)劃求解軟件進(jìn)行求解。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電網(wǎng)日內(nèi)調(diào)度計(jì)劃混合整數(shù)規(guī)劃模型的建模方法，其特征 在于，步驟1中所述微電網(wǎng)日內(nèi)調(diào)度計(jì)劃混合整數(shù)規(guī)劃模型的目標(biāo)函數(shù)，具體如下：
式中，Cdeii，t、CmtjjjP C 分別為柴油發(fā)電機(jī)ii、微型燃?xì)廨啓C(jī)j j和燃料電池 k在時(shí) 段t的運(yùn)行總成本，包括燃料成本、啟動(dòng)與停機(jī)成本、維護(hù)成本；t e T表示時(shí)段t在調(diào)度周 期T內(nèi)，ii e I表示柴油發(fā)電機(jī)ii屬于柴油發(fā)電機(jī)集合I，jj e J表示微型燃?xì)廨啓C(jī)jj 屬于微型燃?xì)廨啓C(jī)集合J，k e K表示燃料電池 k屬于燃料電池集合K，s e S表示蓄電池 s 屬于蓄電池集合S ;Css，t為蓄電池 s在時(shí)段t充放電老化成本；C u為負(fù)荷1在時(shí)段t的削 減費(fèi)用，= ^; zlt為時(shí)段t可中斷負(fù)荷1的運(yùn)行狀態(tài)，p ult和P lt分別表示時(shí) 段t可中斷負(fù)荷1切除的單位功率經(jīng)濟(jì)損失和有功功率；并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)微電網(wǎng)與主網(wǎng)間 的購(gòu)售電費(fèi)用，Cm，t= p gPrcat，pg為時(shí)段t電力交易價(jià)格，P reQt為時(shí)段t與主網(wǎng)交換的有功 功率，其為正數(shù)表示購(gòu)電，為負(fù)數(shù)表示售電。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于解析幾何的微電網(wǎng)日內(nèi)調(diào)度計(jì)劃混合整數(shù)規(guī)劃模型的 建模方法，其特征在于，步驟2中所述柴油同步發(fā)電機(jī)的有功、無(wú)功出力的線(xiàn)性化約束方程 由柴油同步發(fā)電機(jī)最大定子電流限制約束、柴油同步發(fā)電機(jī)最大轉(zhuǎn)子電壓限制約束、柴油 同步發(fā)電機(jī)最大負(fù)荷角限制約束、柴油同步發(fā)電機(jī)最小最大原動(dòng)機(jī)有功功率限制約束組 成； 柴油同步發(fā)電機(jī)最大定子電流限制約束如下：
式中，Vsg為同步發(fā)電機(jī)定子所接節(jié)點(diǎn)的電壓，I=為最大定子電流，Psg和Q sg分別為有 功、無(wú)功輸出功率，Pl為同步發(fā)電機(jī)最大有功輸出功率，E==為最大轉(zhuǎn)子電壓，Xfg為縱軸 電抗，Pb和Q b是最大定子電流約束和最大轉(zhuǎn)子電壓約束的交點(diǎn)功率，P。和Q。是最大定子電 流約束和原動(dòng)機(jī)最大有功功率限制約束的交點(diǎn)功率，式中不等式約束的不等式符號(hào)需根據(jù) 具體數(shù)值變化而變化； 柴油同步發(fā)電機(jī)最大轉(zhuǎn)子電壓限制約束如下：
式中，P1I為同步發(fā)電機(jī)最小有功輸出功率，PJP Qa是最大轉(zhuǎn)子電壓約束和原動(dòng)機(jī)最 小有功功率限制約束的交點(diǎn)功率，式中不等式約束的不等式符號(hào)需根據(jù)具體數(shù)值變化而變 化； 柴油同步發(fā)電機(jī)最大負(fù)荷角限制約束如下：
式中，S=為同步發(fā)電機(jī)的最大功率角，X〖g為橫軸電抗； 柴油同步發(fā)電機(jī)最小最大原動(dòng)機(jī)有功功率限制約束如下： psg < P < psg 。 min _ Sg - max
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電網(wǎng)日內(nèi)調(diào)度計(jì)劃混合整數(shù)規(guī)劃模型的建模方法，其特征 在于，步驟3中所述經(jīng)逆變器并網(wǎng)分布式電源的有功、無(wú)功出力的線(xiàn)性化約束方程由逆變 器流經(jīng)電流限制約束、分布式電源最大有功輸出限制約束組成； 逆變器流經(jīng)電流限制約束如下：
式中，Vdg為逆變器所接節(jié)點(diǎn)的電壓，Iil^為流經(jīng)逆變器的電流，可通過(guò)逆變器的調(diào)整保 持恒定，Pdg、Qdg分別為分布式電源發(fā)出的有功功率和逆變器發(fā)出的無(wú)功功率，α為逆變器 流經(jīng)電流限制約束和分布式電源最大有功輸出限制約束的交點(diǎn)的向量角，θ、β分別為無(wú) 功約束曲線(xiàn)上兩點(diǎn)的向量角，m為無(wú)功圓弧線(xiàn)性化分段數(shù)，k為整數(shù)； 分布式電源最大有功輸出限制約束如下： pdg C p < Dti^ 1 min - 1 dg - J max 式中，pfi為分布式電源的最大輸出有功功率，P1^n為分布式電源的最小輸出有功功 率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電網(wǎng)日內(nèi)調(diào)度計(jì)劃混合整數(shù)規(guī)劃模型的建模方法，其特征 在于，步驟4中所述雙饋感應(yīng)風(fēng)機(jī)的有功、無(wú)功出力的線(xiàn)性化約束方程由風(fēng)機(jī)最大定子電 流限制約束、風(fēng)機(jī)最大轉(zhuǎn)子電流限制約束、風(fēng)機(jī)最小最大有功輸出限制約束組成； 風(fēng)機(jī)最大定子電流限制約束如下：
式中，Vwt為風(fēng)機(jī)所接節(jié)點(diǎn)的電壓，I=：為風(fēng)機(jī)的最大定子電流，Pwt和Qwt分別為有功、 無(wú)功輸出功率，P=X為風(fēng)機(jī)最大有功輸出功率，swt為風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子速率，s wte (-1，1)，隨風(fēng)速 的波動(dòng)而變動(dòng)，但可以通過(guò)調(diào)節(jié)使其為定值，Ph、Qh為最大定子電流限制約束和風(fēng)機(jī)最大有 功輸出限制約束的交點(diǎn)功率，PpQ i為最大定子電流限制約束和風(fēng)機(jī)最小有功輸出限制約束 的交點(diǎn)功率，式中不等式約束的不等式符號(hào)需根據(jù)具體數(shù)值來(lái)決定； 風(fēng)機(jī)最大轉(zhuǎn)子電流限制約束如下：
式中，不等式約束的不等式符號(hào)需根據(jù)具體數(shù)值來(lái)決定，Pf、QfS最大轉(zhuǎn)子電流限制約 束和風(fēng)機(jī)最小有功輸出限制約束的交點(diǎn)功率，Pg、98為最大轉(zhuǎn)子電流限制約束和風(fēng)機(jī)最大 有功輸出限制約束的交點(diǎn)功率，Z=為勵(lì)磁阻抗，Z二為定子阻抗， a、b、c、d為引入的乘數(shù)因 子，其值如下：
式中，IC為勵(lì)磁電阻，XS為勵(lì)磁電抗，Rswt為定子電阻，XL為定子電抗。 風(fēng)機(jī)最小最大有功輸出限制約束如下：
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電網(wǎng)日內(nèi)調(diào)度計(jì)劃混合整數(shù)規(guī)劃模型的建模方法，其特征 在于，步驟5中所述考慮電壓幅值的線(xiàn)性化潮流方程如下：
式中，PeJP Qei分別為節(jié)點(diǎn)i的發(fā)電機(jī)有功和無(wú)功功率，Pm和QDi分別為節(jié)點(diǎn)i的負(fù)荷 有功和無(wú)功功率；\和^分別為節(jié)點(diǎn)i和j的電壓幅值；j e i表示節(jié)點(diǎn)j與節(jié)點(diǎn)i直接 相連，Θ u、Gij和B u分別為節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j的相角差、電導(dǎo)和電納，G π和B "分別為節(jié)點(diǎn)i 自導(dǎo)納的實(shí)部和虛部，Pu和Q u分別為支路ij的有功和無(wú)功功率；G i(l和B i(l分別為支路ij 中節(jié)點(diǎn)i的對(duì)地電導(dǎo)和電納； 采用特殊排序集合對(duì)％作線(xiàn)性化處理。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微電網(wǎng)日內(nèi)調(diào)度計(jì)劃混合整數(shù)規(guī)劃模型的建模方法，其特征 在于，步驟6中所述支路容量線(xiàn)性化約束方程如下：
式中，Su表示支路ij的傳輸容量極限值，α'、β'為支路容量約束圓#+? SSfy上 兩點(diǎn)的向量角，m'為圓內(nèi)接等邊形的邊數(shù)，k'為整數(shù)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了微電網(wǎng)日內(nèi)調(diào)度計(jì)劃混合整數(shù)規(guī)劃模型的建模方法，包括以下步驟：1、構(gòu)建微電網(wǎng)日內(nèi)調(diào)度計(jì)劃混合整數(shù)規(guī)劃模型的目標(biāo)函數(shù)2、構(gòu)建柴油同步發(fā)電機(jī)的有功、無(wú)功出力的線(xiàn)性化約束方程；3、構(gòu)建經(jīng)逆變器并網(wǎng)分布式電源的有功、無(wú)功出力的線(xiàn)性化約束方程；4、構(gòu)建雙饋感應(yīng)風(fēng)機(jī)的有功、無(wú)功出力的線(xiàn)性化約束方程；5、構(gòu)建考慮電壓幅值的線(xiàn)性化潮流方程；6、構(gòu)建支路容量線(xiàn)性化約束方程；7、結(jié)合微電網(wǎng)現(xiàn)有的線(xiàn)性化約束，組成微電網(wǎng)日內(nèi)調(diào)度計(jì)劃混合整數(shù)規(guī)劃模型，運(yùn)用混合整數(shù)規(guī)劃求解軟件進(jìn)行求解。本發(fā)明的建模方法可有效降低微電網(wǎng)日內(nèi)調(diào)度計(jì)劃問(wèn)題的求解復(fù)雜度，具有計(jì)算速度快、求解精度高和工程實(shí)操性強(qiáng)等特點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】G06Q50-06
【公開(kāi)號(hào)】CN104835080
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510220659
【發(fā)明人】汪隆君, 許海林, 王鋼, 丁茂生
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué), 國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司
【公開(kāi)日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年4月30日