微电网场景下的多目标约束规划控制方法、系统和介质与流程

本发明涉及微电网控制，尤其是涉及微电网场景下的多目标约束规划控制方法、系统和介质。

背景技术：

1、微电网是指由分布式电源设备、储能设备、负载设备、能量转换设备及其相应的监测控制系统等组成并与电网连接的小型能源产出消纳系统，因其具有对风电、光伏等小型分布式能量的高效消纳、安全可靠、对环境绿色友好、运行成本低廉等优点而受到了广泛关注并越来越多地得到了落地应用。

2、微电网的能量监测管理控制系统是微电网安全稳定运行的核心，但因为微电网系统结构相对复杂，系统运行的目标也不尽相同，因而在微电网能量调度管理方面没有统一的理论框架和实践样板，导致实际微电网的落地实现面临诸多困难，如因微电网结构复杂无法实现对能量的统一调度管理、因设定规则无法囊括所有可能情况而导致无法实现对微电网内部能量的高效利用和精准调控等。

3、现有的针对微电网的解决方案大多为基于每个微电网系统的结构及运行目标，设计并制定一套具体运行规则，即确定各设备类型在不同工况下应当执行的具体动作。此种方法实现较为简单，但存在的主要问题是无法制定出一套可兼容多种工况的运行规则，无法实现对微电网内各设备的精准控制、无法实现微电网系统内部能量高效利用的目标，同时因没有考虑微电网系统内部各设备自身的物理属性约束导致所设定的运行规则在一些情况下无法达成预定目标。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述技术不足，提出微电网场景下的多目标约束规划控制方法、系统和介质，解决现有技术中针对微电网的解决方案无法兼容多种工况的运行规则，不能实现对微电网内各设备的精准控制、不能实现微电网系统内部能量高效利用的目标的技术问题。

2、为达到上述技术目的，第一方面，本发明的技术方案提供一种微电网场景下的多目标约束规划控制方法，包括以下步骤：

3、对实际物理场景中的各个系统组件进行抽象建模得到多目标约束规划控制模型，所述系统组件包括：变压器、储能、电源和负载，定义所述系统组件的模型决策变量；

4、获取控制决策目标，所述控制决策目标包括：消纳系统内部电源设备产生的能量、降低系统整体运行的经济成本、各储能设备执行人为下发的目标功率指令；

5、设置所述控制决策目标的优先级顺序；

6、基于系统运行的实际物理约束和业务约束，建立关于每个所述系统组件的约束不等式组；

7、基于所述控制决策目标关于所述模型决策变量的函数表达式和每个所述系统组件的约束不等式组，构建多目标混合整数约束优化模型；

8、求解所述多目标混合整数约束优化模型，得到所述多目标混合整数约束优化模型的最优解，基于所述最优解生成对各个所述系统组件的控制指令。

9、与现有技术相比，本发明提供的微电网场景下的多目标约束规划控制方法的有益效果包括：

10、本发明的微电网场景下的多目标约束规划控制方法，实现对实际物理场景中的各个系统组件进行抽象建模得到多目标约束规划控制模型，能够适用于不同工况下的微电网场景，由于微电网场景常见的系统组件为变压器、储能、电源和负载，所以基于不同系统组件的不同连接关系和数量即可生成对应的多目标约束规划控制模型，适用性极广。

11、然后，获取控制决策问题，控制决策问题为微电网内部能量的高效利用和精准调控，基于所述控制决策问题生成多个控制决策目标；设置所述控制决策目标的优先级顺序，并建立每个所述控制决策目标关于所述模型决策变量的函数表达式，由于控制决策问题也只会是常见的几个目标，所以只需要根据控制决策问题设定合理的控制决策目标，一般可以包括：消纳系统内部电源设备产生的能量、降低系统整体运行的经济成本、各储能设备执行目标功率指令，并设置所述控制决策目标的优先级顺序，即可基于每个所述控制决策目标设定函数表达式。

12、基于系统运行的实际物理约束和业务约束，建立关于每个所述系统组件的约束不等式组；最后就可以基于所述控制决策目标对应的函数表达式和每个所述系统组件的约束不等式组构建多目标混合整数约束优化模型，得到所述多目标混合整数约束优化模型的最优解，基于所述最优解生成对各个所述系统组件的控制指令，通过控制指令对系统组件的工作状态进行控制，即可实现控制决策目标，解决控制决策问题。

13、本发明建立了对多电源、多储能设备、多变压器结构的微电网的控制决策模型，通过运筹优化方法解决了微电网场景下的复杂决策问题；本发明可以在不违背微电网系统各物理及业务约束的条件下，最大化系统内部电源的能量利用，同时可通过对系统内各用电设备用电功率的实时监测，动态调整的其他可控各设备发电和充放电功率，尽可能降低从系统外部(电网)获取的电能量，从而最小化系统运行的经济成本；本发明可以通过调整约束参数等方式实现对系统内部可控电源、储能等的精确控制，对复杂结构下的微电网进行灵活的能量管理。本发明能够实现对微电网内各设备的精准控制和微电网系统内部能量高效利用的目标。

14、根据本发明的一些实施例，所述多目标约束规划控制模型包括：一级变压器，上端与电网电连接，下端电连接有多个二级变压器，二级变压器下端电连接有负载设备、储能设备和电源设备。

15、根据本发明的一些实施例，所述系统组件的模型决策变量包括：

16、n：二级变压器数量；

17、t0：唯一的一级变压器的高压侧功率；

18、ti(i＝1,2,…,n)：挂载在一级变压器下的二级变压器i的高压侧功率；

19、τi(i＝1,2,…,n)：二级变压器i上的电能量流向，包括正向和负向；

20、sij(i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,nis)：二级变压器i下挂载的储能j的交流侧功率，nis为二级变压器i下挂载的储能设备数量；

21、δij(i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,nis)：二级变压器i下储能j的电能流向，包括：正向充电和负向放电；

22、pik(i＝1,2,…,n；k＝1,2,…,nip)：二级变压器i下挂载的电源k的交流侧功率，nip为二级变压器i下挂载的电源设备数量；

23、二级变压器i下挂载的电源k的控制属性；

24、lim(i＝1,2,…,n；m＝1,2，…,nil)：二级变压器i下挂载的负载m的交流侧功率，nil为二级变压器m下挂载的负载设备数量。

25、根据本发明的一些实施例，设置所述控制决策目标的优先级顺序，包括步骤：

26、对不同的所述控制决策目标设置不同的权重系数，将多目标决策问题转换为由不同权重的单目标加权和组成的单目标问题，各所述控制决策目标权重由具体场景下每个目标的重要性确定，对期望优先达成的目标设置更高的权重值。

27、根据本发明的一些实施例，充分消纳系统内部电源设备产生的能量为进行系统决策的第一优先级目标，数学表达式为：

28、

29、其中，o1表示系统各电源设备的输出功率之和；

30、降低系统整体运行的经济成本为进行系统决策的第二优先级目标，数学表达式为：

31、min o2＝t0

32、其中，o2表示系统从电网购电功率；

33、各储能设备执行人为下发的目标功率指令为进行系统决策的第三优先级目标，数学表达式为：

34、

35、其中，o3表示系统各储能设备的功率之和与设定的储能目标功率的偏差，s为设定的储能设备目标功率。

36、根据本发明的一些实施例，在基于所述最优解生成对各个所述系统组件的控制指令之后，包括步骤：

37、在间隔采集决策周期后，重复“获取控制决策目标及各组件的运行状态—求解所述多目标混合整数约束优化模型得到最优解—生成控制指令”流程，从而实现对微电网的滚动控制。

38、根据本发明的一些实施例，求解所述多目标混合整数约束优化模型，包括步骤：

39、通过scip求解器、cplex求解器、gurobi求解器或copt求解器所述多目标混合整数约束优化模型求解得到最优解。

40、第二方面，本发明的技术方案提供一种微电网场景下的多目标约束规划控制系统，应用于如第一方面中任意一项所述的微电网场景下的多目标约束规划控制方法，包括：

41、抽象建模模块，用于对实际物理场景中的各个系统组件进行抽象建模得到多目标约束规划控制模型，所述系统组件包括：变压器、储能、电源和负载，定义所述系统组件的模型决策变量；

42、决策目标获取模块，用于获取控制决策目标，所述控制决策目标包括：消纳系统内部电源设备产生的能量、降低系统整体运行的经济成本、各储能设备执行人为下发的目标功率指令；

43、优先级设置模块，与所述决策目标获取模块通信连接，用于设置所述控制决策目标的优先级顺序；

44、约束不等式组构建模块，基于系统运行的实际物理约束和业务约束，建立关于每个所述系统组件的约束不等式组；

45、优化模型建立模块，与所述优先级设置模块和所述约束不等式组构建模块通信连接，基于所述控制决策目标关于所述模型决策变量的函数表达式和每个所述系统组件的约束不等式组，构建多目标混合整数约束优化模型；

46、指令生成模块，与所述优化模型建立模块通信连接，求解所述多目标混合整数约束优化模型，得到所述多目标混合整数约束优化模型的最优解，基于所述最优解生成对各个所述系统组件的控制指令。

47、根据本发明的一些实施例，所述指令生成模块包括：求解单元，用于求解所述多目标混合整数约束优化模型，所述求解单元为以下任意一种：scip求解器、cplex求解器、gurobi求解器或copt求解器。

48、第三方面，本发明的技术方案提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如第一方面中任意一项所述的微电网场景下的多目标约束规划控制方法。

49、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。