一种基于双层规划理论的微网调度方法与流程

本发明属于电力系统，涉及一种微网调度方法，尤其是一种基于双层规划理论的微网调度方法。

背景技术：

1、在双碳目标的引导下，我国的能源转型不断深入，新能源装机容量大幅增加，然而，随机性和波动性较强的新能源发电占比升高在并网和消纳等方面也带来了一些困难。在传统的电力系统中，若负荷发生急剧变化，则会导致电源侧出力不足或威胁配网侧运行安全，并且随着双碳目标的建设背景下电力系统中的新能源比重正在逐步提升。因此，在新型电力系统的建设中有必要优化源网荷储多元主体的协同运行方式，平抑新能源发电因波动性、不确定性和间歇性而产生的偏差，从而保证电力系统安全稳定地运行。

2、源网荷储多元主体协同运营主要指电源、电网、负荷和储能这四种资源通过共享信息等交互手段，高效且安全地相互调整从而确保电力系统的功率平衡情况，以此实现电源资源充分利用和电网安全运行的目的。其具体来说可表现为在电源侧将可再生能源和火电等可控发电机组组合发电；在电网侧通过对储能等各种设施的灵活应用提高电网韧性；在负荷侧通过电价机制以及需求响应等手段实现调控；在储能侧充分利用储能的源荷双重属性实现电能和功率的转移，平抑出力和负荷的随机性和不确定性。目前，在源网荷储多主体协同运营方面存在多个研究方向，如常规电源与新能源发电的电源协同研究、发电与负荷间的功率平衡调度研究以及考虑电压稳定等安全问题的源网协调调度研究等。

3、微网可以有效解决分散复杂的新能源发电并网问题，通过微网内自足、微网间互补的方法充分考虑源网荷储多元主体协调互动建立调度模型充分利用多种资源。微网作为促进可再生能源消纳的有效方法之一，可改善弃风弃光情况并缓解能源危机。

4、然而，在源网荷储一体化的过程中仍存在着一定的问题。

5、首先，目前的源网荷储一体化试点项目主要以小型园区为主，没有明确的地理边界和电网分界点，通过采用需求侧管理的方式推进源荷互动调节的难度较大；此外，由于分布式电源及配置储能的规模小、稳定性差，因此其无法独立参与电力市场，电力资源的利用率仍有待提高。

6、其次，传统粒子群算法在求解时易陷入局部最优解中，不利于解决多目标的全局优化问题；然后，现阶段的微网主要采用“自发自用；余量上网”的模式，不仅会对电网运行安全造成冲击，还会增加电力交易的复杂性；

7、最后，各微网参与主体时互为竞争对手，其与配电网交换电量成本较高，并且微电网并网对电网安全稳定运行亦会产生影响。

8、经检索，未发现与本发明相同或相似的现有技术的文献。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于双层规划理论的微网调度方法，能够提高源网荷储各主体的资源利用率，且在促进区域内的新能源消纳水平的同时保障供需平衡。

2、本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

3、一种基于双层规划理论的微网调度方法，包括以下步骤：

4、步骤1、基于微网系统的各组成单元，对分布式电源、储能系统和可调负荷的特性进行分析并建模量化，采集各微网系统运行中的数据信息并确定微网内源网荷储各主体之间的调度策略；

5、步骤2、根据步骤1中子微网内源网荷储的各主体之间的调度策略，再以区域功率平衡为目标，建立子微网内源网荷储协同调度模型。

6、步骤3、以微网稳定运行及多微网优化调度为目标，以微网系统综合功率平衡条件为约束，建立多微网优化调度模型，并对其进行求解，进而对多微网进行优化调度。

7、而且，所述步骤1的微网系统的组成单元包括：

8、①燃气机组单元

9、火力发电能够根据需求进行向上或向下功率调节：

10、pi+＝min(pimax-pit) (1)

11、pi-＝min(pit-pimin) (2)

12、其中，pi+和pi-分别表示燃气机组i在某时刻t可实现的最大和最小功率调节能力；pit代表t时刻燃气机组的输出功率；pimax和pimin分别代表燃气机组最大和最小的输出功率。

13、②光伏发电单元

14、期望值如式所示：

15、

16、

17、式中，γ表示gamma函数，ps为光伏发电功率，ps max为光伏发电功率最大值，α和β为函数分布参数，可采用光照函数的均值，f(ps)表示光伏发电功率的概率密度，e(ps)表示光伏发电的功率期望值。

18、③风力发电单元

19、风力发电功率期望值如下式所示：

20、

21、

22、

23、式中,v为风速,ωw为分布参数,vt为t时刻的风速,vr为切入风速,ve为额定风速,vo为切出风速,pe为额定功率，pw为风力发电输出功率；

24、④储能单元

25、荷电状态表明储能设备的运行状态：

26、

27、式中，soc(t)和soc(t-1)分别为储能单元t时刻和t-1时刻的荷电状态，δ为损耗率，e(t)为es的充(放)电电量，pch(t)和pdis(t)为es的充、放电功率，ηch和ηdis为es的充、放电效率；

28、⑤负荷单元

29、

30、其中，pi-表示t时刻可转移的负荷功率，η为负荷转移系数，和分别代表t时刻时微网中刚性负荷和柔性负荷的功率；

31、而且，所述步骤1的采集各微网系统运行中的数据信息并确定微网内源网荷储各主体之间的调度策略的具体步骤包括：

32、①首先，采集微网系统内各单元运行的基本参数；

33、②其次，优先调用“源”侧资源，即优先调用新能源发电满足负荷曲线，在新能源充分消纳后再调用可控电源；

34、③然后，再调用“储”侧资源，微网中的储能系统在新能源多发时消纳多余电量，并在负荷高峰期时放电以平衡微网内的功率；

35、④最后，调用“网”侧资源，当微网内部整体缺电时，从余量微网中购入电能，反之则向缺电电网售出电能。

36、而且，所述步骤2的具体步骤包括：

37、(1)确定目标函数

38、微网作为运营主体在参与市场时将以运营成本最低及区域功率平衡为目标：

39、

40、其中，c为微网的运营成本，r为微网的交易收益，cl表示微网内单元的单位发电成本，l包括风电、光伏、燃气机组以及储能等，pl为微网内单元的输出功率，p微网的交易电价，ll表示微网内的负荷需求功率。

41、(2)建立约束条件

42、对于单微网运营时，在源网荷储各主体运行的条件约束下满足子微网内的功率平衡及安全约束；

43、1)负荷约束

44、pl≥ll       (11)

45、2)各发电单元的功率上下限约束：

46、pl,min≤pl≤pl,max       (12)

47、式中，pl为微网内发电的总输出功率，ll为微网内负荷的总功率，pl,min和pl,max分别为微网内各发电设备的最小输出功率和最大输出功率，设备l包括风电机组、光伏机组和燃气机组；

48、3)储能设备的充放电约束

49、

50、式中，soc0和soct分别代表储能设备在调度周期初始阶段和最后阶段的荷电状态，soci表示微网内储能设备i的荷电状态，socmin和socmax分别代表储能设备i的最小电荷量和最大电荷量，p(t)为储能设施运行时的功率，e为储能设备i的额定容量，α为单位时间内充放电容量限额百分比。

51、4)燃气机组的爬坡约束

52、pd≤pa,t-pa,t-1≤pu        (14)

53、式中，pd和pu分别为燃气机组的爬坡上下限，pa,t和pa,t-1分别为燃气机组在t时刻和t-1时刻的输出功率。

54、而且，所述步骤3的具体步骤包括：

55、(1)确定目标函数

56、以多微网的综合成本最低和收益最大化为目标：

57、

58、式中，cm为多微网一天的运行成本，t为一天内的不同时间段，j为子微网编号，n为子微网的数量，cg为微网与电网之间的协调成本，c为子微网内各主体的运行成本。

59、(2)明确约束条件

60、多微网间的约束条件以功率传输的限制为主：

61、1)多微网与电网之间输送功率约束：

62、pm,min＜pm＜pm,max     (16)

63、式中，pm为电网联络线的实际功率，pm,min和pm,max分别为微网与电网之间传输功率的最小值和最大值。

64、2)微网间功率传输约束

65、

66、式中，pij为微网i与微网j之间的交互功率，pij,min和pij,max分别为最小交互功率和最大交互功率，pij,t和pij,t-1分别为t时刻和t-1时刻的交互爬坡功率，δpij,min和δpij,max分别为微网间交互爬坡功率的最小值和最大值。

67、3)多微网功率平衡约束

68、

69、

70、式中，pie、pic和pin分别表示缺量微网i的缺额功率、输出功率和负荷需求，pjc、pjp和pjn为余量微网j的输出功率、余量功率和负荷需求。

71、(3)对多微网进行优化调度

72、①对双层规划条件进行求解，得到子微网内部的源荷储主体的供需情况及微网交互功率，同时明确微网内源网荷储各主体的运行情况，当微网内缺量时，首先调节燃气机组的出力功率，其次利用储能储存的余量满足负荷需求，最终通过微网内的交互进一步缓解供需关系，实现减小配电网的功率波动；

73、②根据求解结果中的微网交互功率数据，多微网调度决策中心将多微网群分为3种类型：

74、第一种为各微网均有余量，此时，微网群的出力功率大于负荷需求，因此余量首先将微网内储能设施充电至容量上限，若仍有余量则选择售给其他微网的储能设施，最终仍存有余量则选择按市场电价售给配电网侧；

75、第二种为部分微网缺量，此时，未满足负荷需求的子微网先在微网间购电，由余量微网向缺量微网传输电力，若满足负荷则多余余量按市场电价售给配电网侧，反之则向配电网按市场电价购电；

76、第三种为各微网均缺量，此时，微网群先利用可调电源及储能等资源互动保证部分微网功率平衡，其次再向配网侧购电，费用按照需求分摊。

77、本发明的优点和有益效果：

78、1.本发明提出一种基于双层规划理论的微网调度方法，通过划分微网系统调度区域明确源网荷储一体化的地理概念，有助于明确各主体的调度策略和交易策略；同时，微网群调度系统可充分利用区域内各主体的资源实现功率平衡，减少了微网与上级配电网的功率交互频率，有助于保障电网安全稳定运行。

79、2、本发明提出一种基于双层规划理论的微网调度方法，考虑源网荷储各主体的运行约束建立微网调度模型进行优化调度，碾平负荷曲线，保证各主体安全运行，同时实现微网的孤岛运行，能够提高电网的稳定性。

80、3、本发明提出一种基于双层规划理论的微网调度方法，采用双层规划理论对微网划分管理层级，下层微网通过区域内调度实现供需平衡，并将调度数据及结果反馈给上层调度中心，引导调度中心对微电网群再进行优化调度，通过促进多微网间的合作避免竞争降低成本，并减小微网并网后对电网安全运行产生的影响。

81、4、本发明提出一种基于双层规划理论的微网调度方法，通过建立微网双层协调调度模型，促进微网内的优化调度以及微网之间的协调调度，从而减少微网与电网的交换，促进电能就近交易，可促进源网荷储多主体的友好互动，在保证电网安全稳定的同时提高能源的梯次利用效率。

82、5、本发明提出一种基于双层规划理论的微网调度方法，采用多目标粒子群算法对双层微网调度目标函数进行求解，改善了传统粒子群算法在解决多目标问题中的不足，有助于优化算法在求解问题时确定最优目标解。同时多目标粒子群算法根据帕累托最优找出粒子集合，最终再进行精确检验，可简化求解过程。