[發(fā)明專利]一種基于重加權(quán)加速Lagrangian的交直流微電網(wǎng)分布式調(diào)度方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510595842.0
• 申請(qǐng)日: 2015-09-17
• 公開（公告）號(hào): CN105140971B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工商大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/46
• 分類號(hào): H02J3/46;H02J3/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司33200
• 代理人: 邱啟旺

1.一種基于重加權(quán)加速Lagrangian的交直流微電網(wǎng)分布式調(diào)度方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

1)交直流混合微電網(wǎng)中交流支路與直流支路的潮流解耦；

2)建立交直流混合錐最優(yōu)潮流模型；所述的交直流混合錐最優(yōu)潮流模型以電網(wǎng)有功損耗和運(yùn)行成本最小為目標(biāo)函數(shù)，即：

式中T表示運(yùn)行優(yōu)化周期；Ψ_a和Ψ_d分別表示交直流混合微電網(wǎng)中AC微網(wǎng)和DC微網(wǎng)的支路集；(i,j)表示配電網(wǎng)中從節(jié)點(diǎn)i指向節(jié)點(diǎn)j的支路，節(jié)點(diǎn)i相比于節(jié)點(diǎn)j距離根節(jié)點(diǎn)較近；C_j()表示節(jié)點(diǎn)j的電源運(yùn)行成本函數(shù)；p_j(t)表示節(jié)點(diǎn)j在t時(shí)刻注入的有功功率；γ表示權(quán)重因子；R_ij表示支路(i,j)的電阻；w_ij(t)和l_ij(t)分別為定義的兩個(gè)支路附加變量，滿足以下等式：

w_ij(t):＝0.5*(|V_i(t)|²+|I_ij(t)|²)，l_ij(t):＝0.5*(|V_i(t)|²-|I_ij(t)|²)(4)

式中，I_ij(t)表示在t時(shí)刻支路(i,j)上流過的電流；V_i(t)表示在t時(shí)刻支路(i,j)母節(jié)點(diǎn)i的電壓；符號(hào)|·|表示求解變量幅值的算子；因此(w_ij(t)-l_ij(t))R_ij＝|I_ij(t)|²R_ij，即為支路(i,j)的有功損耗；

步驟2)中所述的交直流混合錐最優(yōu)潮流模型包含AC微網(wǎng)線性錐潮流約束、DC微網(wǎng)線性錐潮流約束、電網(wǎng)安全運(yùn)行電壓水平約束、饋線電流容量約束、機(jī)組出力約束、儲(chǔ)能設(shè)備能量約束及ACDC換流器支路潮流約束，具體如下：

2.1)所述的AC微網(wǎng)線性錐潮流約束包含兩部分：交流支路潮流線性等式約束和支路潮流二階錐不等式約束；所述的交流支路潮流線性等式約束表示為：

式中，Ψ_a表示交直流混合微電網(wǎng)中AC微網(wǎng)的支路集；X_ij表示支路(i,j)的電抗；v_i(t)和v_j(t)分別表示支路(i,j)節(jié)點(diǎn)i和j的電壓幅值的平方，即v_i(t)＝|V_i(t)|²和v_j(t)＝|V_j(t)|²，V_j(t)表示在t時(shí)刻支路(i,j)節(jié)點(diǎn)j的電壓；P_ij(t)和Q_ij(t)分別表示在t時(shí)刻在支路(i,j)母節(jié)點(diǎn)i端流過該支路的有功 功率和無功功率；p_j(t)和q_j(t)表示在t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)j注入的凈負(fù)荷有功功率和無功功率，其中分布式電源發(fā)電功率可看做是負(fù)的負(fù)載功率，即

式中，p_jD(t)和q_jD(t)分別表示在t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)j處交流負(fù)載消耗的有功和無功功率；p_jG(t)表示在t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)j處分布式電源輸出的有功功率；p_jE(t)和q_jE(t)表示在t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)j處柴油機(jī)輸出的有功和無功功率；q_jC(t)表示在t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)j處無功補(bǔ)償裝置輸出的無功功率；

所述的支路潮流二階錐不等式約束，如下所示：

2.2)所述的DC微網(wǎng)線性錐潮流約束包含兩部分：直流支路潮流線性等式約束和支路潮流二階錐不等式約束；所述的直流支路潮流線性等式約束表示為：

式中，Ψ_d表示交直流混合微電網(wǎng)中DC微網(wǎng)的支路集；v_i(t)和v_j(t)分別表示支路(i,j)節(jié)點(diǎn)i和j的直流電壓的平方，即v_i(t)＝|V_i(t)|²和v_j(t)＝|V_j(t)|²；P_ij(t)分別表示在t時(shí)刻在支路(i,j)母節(jié)點(diǎn)i端流過該支路的有功功率；p_j(t)表示在t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)j注入的凈負(fù)荷有功功率，其中分布式電源發(fā)電功率可看做是負(fù)的負(fù)載功率，即

式中，p_jD(t)表示在t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)j處直流負(fù)載消耗的有功功率；p_jG(t)在t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)j處分布式電源注入的有功功率；p_jB(t)表示在t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)j處分布式儲(chǔ)能作為可控負(fù)荷所提供的有功功率；

所述的支路潮流二階錐不等式約束，如下所示：

2.3)所述的電網(wǎng)安全運(yùn)行電壓水平約束，表示為：

式中，V_amin和V_amax分別為AC微網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)j電壓的上下限；V_dmin和V_dmax分別為DC微網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)j電壓的上下限；

2.4)所述的饋線電流容量約束，表示為：

式中，I_amax和I_dmax分別表示AC微網(wǎng)和DC微網(wǎng)中支路允許流過的電流上限；

2.5)所述的儲(chǔ)能設(shè)備能量約束，表示為：

式中，E_j(0)表示儲(chǔ)能設(shè)備優(yōu)化周期開始時(shí)的荷電狀態(tài)，E_jmin和E_jmax分別表示第j個(gè)分布式儲(chǔ)能在運(yùn)行時(shí)其荷電狀態(tài)的上下限；p_jBm表示儲(chǔ)能設(shè)備允許的最大充放電功率；Δt表示t到t+1時(shí)刻的時(shí)間間隔；

2.6)所述的機(jī)組出力約束，表示為：

式中，p_jmin和p_jmax分別表示節(jié)點(diǎn)j處傳統(tǒng)柴油機(jī)輸出的最小和最大有功功率，若節(jié)點(diǎn)j處沒有柴油機(jī)則令p_jmin＝p_jmax＝0；Δp_ju和Δp_jd分別表示節(jié)點(diǎn)j處柴油機(jī)的上下爬坡速率；q_jmin和q_jmax分別表示節(jié)點(diǎn)j處無功補(bǔ)償裝置最小和最大輸出無功，同理若節(jié)點(diǎn)j處沒有柴油機(jī)則令q_jmin＝q_jmax＝0；

2.7)所述的ACDC換流器支路潮流約束，根據(jù)步驟1)中所述的潮流解耦，表示為：

式中，Ψ_p表示交直流混合微電網(wǎng)中連接換流器的支路集；p_i(t)和q_i(t)分別表示t時(shí)刻連接換流器支路(i,j)的AC微網(wǎng)i節(jié)點(diǎn)的虛擬注入有功和無功功率，P_jk(t)表示t時(shí)刻DC微網(wǎng)支路(j,k)上的有功功率且j節(jié)點(diǎn)連接換流器；q_di(t)表示t時(shí)刻換流器支路(i,j)等效的無功發(fā)電機(jī)輸出功率，根據(jù)步驟1)所述的換流器控制方式可知其值恒定；

步驟2)所建立的交直流混合錐最優(yōu)潮流模型的優(yōu)化變量為y:＝(y_ij(t),(i,j)∈Ψ,t∈T)，其中Ψ＝Ψ_a×Ψ_d表示交直流混合微電網(wǎng)中交流支路和直流支路集；支路變量y_ij(t):＝(P_ij(t),Q_ij(t),l_ij(t),w_ij(t),v_j(t),p_j(t),q_j(t))，交直流混合錐最優(yōu)潮流模型的可行域?yàn)镈:＝{y|y滿足約束(5)～(25)} 且可行域D是凸集；如公式(10)和(15)所示，優(yōu)化變量(P_ij(t),Q_ij(t),l_ij(t),w_ij(t))分別構(gòu)成了四維和三維的二階錐空間；對(duì)于交直流混合微電網(wǎng)，該問題的最優(yōu)解能夠滿足等式(P_ij(t))²+(Q_ij(t))²+(l_ij(t))²＝(w_ij(t))²和(P_ij(t))²+(l_ij(t))²＝(w_ij(t))²，交直流混合錐最優(yōu)潮流模型是原非線性潮流的準(zhǔn)確凸松弛；

3)采用基于局域重加權(quán)增廣Lagrangian的分布式優(yōu)化方法，將交直流混合微電網(wǎng)分解成AC微網(wǎng)和DC微網(wǎng)子系統(tǒng)，求解交直流混合錐最優(yōu)潮流模型，實(shí)施全網(wǎng)能量調(diào)度的分布式協(xié)調(diào)優(yōu)化；

若交直流混合微電網(wǎng)中含有n個(gè)DC微網(wǎng)，n>2，定義E_d表示換流器支路的直流母線節(jié)點(diǎn)集，E_a表示換流器支路的交流母線節(jié)點(diǎn)集；應(yīng)用步驟1)所述的交流和直流潮流解耦方法，該混合微電網(wǎng)解耦成n+1個(gè)子系統(tǒng)，給解耦后的AC和DC微網(wǎng)子系統(tǒng)之間建立一條通信線路；

定義如下所示變量：

y_a:＝(P_ij(t),Q_ij(t),l_ij(t),w_ij(t),v_j(t),p_j(t),q_j(t),j≠E_a,(i,j)∈Ψ_a,t∈T)

y_d:＝(P_ij(t),l_ij(t),w_ij(t),v_j(t),p_j(t),i≠E_d,(i,j)∈Ψ_d,t∈T)

z_a:＝(p_i(t),i＝E_a,t∈T)

z_d:＝(P_ij(t),i＝E_d,(i,j)∈Ψ_d,t∈T)

則步驟2)所述的交直流混合錐最優(yōu)潮流模型描述為交直流可分解的形式，如下所示：

minimize f_0a(y_a)+f_0b(y_d)(26a)

s.t.(y_a,z_a)∈D_a；(y_d,z_d)∈D_d (26b)

z_a＝z_d (26c)

式中D_a:＝{(y_a,z_a)|(y_a,z_a)滿足約束(5)～(10),(16),(18),(21)～(23)}和D_d:＝{(y_d,z_d)|滿足約束(11)～(15),(17),(19),(20)}分別表示原問題可行域D的子集且滿足D＝D_a×D_d；f_0a(y_a)和f_0b(y_d)分別表示交流子系統(tǒng)a和直流子系統(tǒng)d的目標(biāo)函數(shù)，即：

可見，f₀＝f_0a+f_0b；

步驟3)所述的局域重加權(quán)增廣Lagrangian函數(shù)，如下所示：

式中λ表示問題(26)中等式約束(26c)對(duì)偶變量，ρ>0表示懲罰參數(shù)，1>σ>0表示加權(quán)因子；

步驟3)所述的基于局域重加權(quán)增廣Lagrangian的分布式優(yōu)化方法，包含如下幾個(gè)步驟：

3.1)初始化：k←1和虛擬輔助變量初始值z(mì)¹、對(duì)偶變量初始值λ¹；

3.2)分別更新AC微網(wǎng)子系統(tǒng)和DC微網(wǎng)子系統(tǒng)的變量如下所示：

3.3)更新對(duì)偶變量λ^k+1，如下所示：

3.4)計(jì)算殘差迭代，如下所示：

3.5)判斷Δτ₁和Δτ₂是否小于ε，ε的值取0.00001，若Δτ₁和Δτ₂不小于ε則令t←t+1并跳轉(zhuǎn)到步驟3.2)繼續(xù)重復(fù)執(zhí)行步驟3.2)～步驟3.5)，直到Δτ₁和Δτ₂均小于ε，得到問題的最優(yōu)解，從而實(shí)現(xiàn)交直流混合微電網(wǎng)調(diào)度的分布式協(xié)調(diào)優(yōu)化 。