[發(fā)明專利]考慮系統(tǒng)時變性的微網(wǎng)運行策略優(yōu)化方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810704037.0
• 申請日: 2018-06-30
• 公開（公告）號: CN108988322A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發(fā)明（設計）人: 蔡勝;謝云云;宋雯雯
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/38;H02J3/32
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 封睿

1.一種考慮系統(tǒng)時變性的微網(wǎng)運行策略優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、以故障持續(xù)時間內(nèi)的重要負荷供電量最大及開關動作次數(shù)最小為供電恢復目標,建立多時步下主動配電網(wǎng)動態(tài)分區(qū)恢復模型；

步驟2、對主動配電網(wǎng)動態(tài)分區(qū)恢復模型中的非線性約束進行線性化處理，將其轉化為混合整數(shù)規(guī)劃模型；

步驟3、對混合整數(shù)規(guī)劃模型進行優(yōu)化求解，確定各時步下孤島劃分范圍和待恢復供電的負荷節(jié)點；

步驟4、根據(jù)孤島劃分范圍和待恢復供電的負荷節(jié)點，確定各時步下儲能設備的充放電量，實現(xiàn)對負荷分配和儲能設備充放電量的同步優(yōu)化；

步驟1建立的多時步下主動配電網(wǎng)動態(tài)分區(qū)恢復模型具體為：

根據(jù)分布式電源在故障修復期間的實際發(fā)電量，以重要負荷供電量最大和開關動作最小為供電恢復目標，建立優(yōu)化目標為：

式中，f₁——配電網(wǎng)分區(qū)運行過程中的負荷恢復量；

f₂——配電網(wǎng)分區(qū)過程中的開關操作次數(shù)；

N——該孤島內(nèi)待恢復節(jié)點的集合；

L——配電網(wǎng)中聯(lián)絡線的集合；

t——為一個小時間尺度；

T——故障持續(xù)時間；

K——配電網(wǎng)中孤島的集合；

p_i^t——t時刻節(jié)點i的負荷功率大小；

w_i——節(jié)點i的權重系數(shù)；

x^t_ik——第i個負荷在t時刻由孤島k供電的供電狀態(tài)，x^t_ik＝1表示節(jié)點i在時段t由第k個孤島進行供電，x^t_ik＝0表示節(jié)點i在時段t不由第k個孤島進行供電；

s^t_i——第t時刻的負荷供電狀態(tài)量；

s^t_l——第t時刻的聯(lián)絡線連接狀態(tài)量；

為方便求解，將多目標優(yōu)化問題轉化為單目標優(yōu)化問題：

式中，F(xiàn)——定義負荷恢復收益量F作為新的目標函數(shù)，故障持續(xù)時間內(nèi)負荷恢復量越大，開關操作次數(shù)越小時，該配電網(wǎng)恢復策略收益越大；

α、β——分別表示負荷恢復量大小和開關動作次數(shù)的重要程度；

考慮到配電網(wǎng)孤島微網(wǎng)運行過程中需要保持輻射狀運行，且需要滿足安全性約束以及儲能設備的容量約束，確定微網(wǎng)運行過程中需要考慮的約束條件：

負荷集中約束：

若節(jié)點i∈N處的負荷在第t時刻可由分布式電源以孤島的形式供電，則該節(jié)點僅屬于一個微網(wǎng)k∈K，定義決策變量v^t_ik∈{0,1}，來表示節(jié)點i∈N是否屬于微網(wǎng)k∈K，負荷集中約束表示為：

其中，與分布式電源k直接相連的節(jié)點一定屬于微網(wǎng)k，由以下等式約束表示：

孤島不變約束：

在一個大時間尺度內(nèi)，為保證孤島劃分方案保持不變，決策變量v^t_ik應滿足以下等式約束：

式中，r——配電網(wǎng)故障后劃分的大時間尺度數(shù)；

連通性約束：

配電網(wǎng)具有輻射狀供電的特點，每個微網(wǎng)都視作以分布式電源為根節(jié)點的子樹，當某個子節(jié)點在微網(wǎng)k中時，其父節(jié)點一定也屬于微網(wǎng)k，因此連通性約束表示為：

式中，θ_k(i)——節(jié)點i關于分布式電源k的父節(jié)點；

線路集中約束：

考慮線路狀態(tài)與節(jié)點狀態(tài)的關系，若節(jié)點i和節(jié)點j都屬于微網(wǎng)k，即則節(jié)點i和節(jié)點j之間的聯(lián)絡線路屬于微網(wǎng)k，由此可知，當線路(i,j)中關于k的子節(jié)點屬于微網(wǎng)k，則線路(i,j)屬于微網(wǎng)k，因此線路集中約束表示為：

式中，h＝δ_k^t(i,j)——節(jié)點線路與(i,j)在t時刻關于微網(wǎng)k的子節(jié)點；

負荷恢復約束：

若節(jié)點i處的負荷在t時刻由微網(wǎng)k恢復供電，需同時滿足以下兩個條件：1)節(jié)點i屬于微網(wǎng)k，即v^t_ik＝1；2)與負荷相連的開關處于閉合狀態(tài)，即s^t_i＝1，因此定義一個輔助變量x^t_ik＝v^t_ik·s^t_i，x^t_ik∈{0,1}，來表示t時刻內(nèi)節(jié)點i處的負荷是否由微網(wǎng)k進行供電；

孤島內(nèi)功率約束：

為保證孤島內(nèi)的功率平衡，在第t時刻孤島k內(nèi)恢復供電的總負荷量應不大與此時該孤島內(nèi)的光伏電源出力P^t_pv.k和儲能設備出力P^t_soc.k的總和，因此孤島內(nèi)功率約束表示為：

式中，P^t_pv.k——光伏電源k在t時刻的預測出力大小；

P^t_soc.k——儲能設備k在t時刻的剩余容量大小；

儲能裝置容量約束：

第t時刻儲能設備的剩余容量與之前0～t-1時刻的光伏電源出力大小以及由該光伏電源進行恢復供電的負荷的大小有關，在第t時刻的儲能容量由以下約束表示：

式中，P⁰_soc.k——第k個儲能設備的初始容量；

α_k——第k個儲能設備的充電效率；

P^min_soc.k——第k個儲能設備的容量下限；

P^axn_soc.k——第k個儲能設備的容量上限；

潮流約束：

在進行供電恢復時，應滿足潮流約束和節(jié)點電壓約束，設P^t_ik和Q^t_ik分別表示在第t時刻，微網(wǎng)k內(nèi)流入節(jié)點i的有功功率和無功功率，由于配電網(wǎng)具有樹狀網(wǎng)絡拓撲結構，且每個節(jié)點有且僅有一個注入功率，因此，節(jié)點i的注入功率表示為：

式中，C_i^k——表示節(jié)點i關于微網(wǎng)k的子節(jié)點的集合；

采用線性潮流模型對節(jié)點電壓進行估計，將光儲系統(tǒng)處在節(jié)點的電壓定為參考值V_k⁰，則節(jié)點i處的電壓表示為：

其中rⁱ和bⁱ分別表示線路(i,j)的電路和電抗；

定義Φ^t_ik——一個松弛變量

松弛變量的用處在于：當節(jié)點i不屬于微網(wǎng)k，但節(jié)點i的父節(jié)點j屬于微網(wǎng)k時，使上式成立，因此Φ^t_ik寫為：

當節(jié)點i屬于微網(wǎng)k時，V^t_ik應小于V_k⁰，且在安全電壓約束范圍內(nèi)；當節(jié)點i不屬于微網(wǎng)k時，V^t_ik＝0，各節(jié)點電壓約束條件由以下不等式表示：

式中，V^t_ik——t時刻負荷節(jié)點i在微網(wǎng)k中的電壓；

V_k⁰——分布式電源所在節(jié)點的電壓；

V_i^max——節(jié)點i允許的電壓上限；

V_i^min——節(jié)點i允許的電壓下限；

步驟4計算各時步下儲能設備的充放電量的具體方法為：

式中，P^t_E.k——t時刻儲能設備的充放電量，當P^t_E.k大于0時表示儲能電池處于充電狀態(tài)，當P^t_E.k小于0時表示儲能電池處于放電狀態(tài)；P^t_pv.k表示光伏電源k在t時刻的預測出力大小；x^t_ik表示第i個負荷在t時刻由孤島k供電的供電狀態(tài)；p_i^t表示t時刻節(jié)點i的負荷功率大小。