[發明專利]面向能源社區能量管理的配網產消者分布式優化調度方法

有效

• 申請號: 202110581703.8
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113224761B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 張虹;閆賀;徐志豪;孫方亮;姜德龍
• 申請（專利權）人: 東北電力大學
• 主分類號: H02J3/06
• 分類號: H02J3/06;H02J3/28;H02J3/48;H02J3/50;H02J3/24;H02J3/14;H02J3/00
• 代理公司: 吉林市達利專利事務所 22102
• 代理人: 陳傳林

1.一種面向能源社區能量管理的配網產消者分布式優化調度方法，其特征是，它包括以下內容：

1)能源社區調度策略建模

1.1)能源社區輻射狀配電網模型

能源社區由內部低壓網絡和眾多產消者組成，產消者包括儲能系統(energy storagesystem，ESS)、光伏發電(photovoltaic，PV)和可控負荷(controllable load，CL)靈活性資源，能源社區通過公共連接點(point of common coupling，PCC)與主網進行功率交互，

為表述配電網拓撲結構，首先將其轉換為由節點和支路構成的拓撲結構圖，具體原則為：

(a)能源社區中饋電母線視為分支節點，其中PCC視為根節點，饋線末端產消者視為葉節點；

(b)將能源社區配電網中電力線路、母線分段開關線路視為無向邊；

根據(a)和(b)原則，含有N個節點的能源社區配電網通過無向圖G(N,E)來表示，在無向圖G(N,E)中，與節點i相關的節點集合表示為：

(c)后代節點

(d)祖先節點

(e)葉節點

(f)分支節點

其中，N＝(i|i＝0,…,n)表示各個節點集合，其中節點i又可表示為(d₁,...,d_h)，h表示節點所屬層次，節點0表示根節點σ；代表各支路集合；表示能源社區中各產消者的集合；

對于能源社區輻射狀配電網，其LinDistFlow支路潮流模型為：

式中：T代表一個調度周期，T取24h，調度間隔為Δt，Δt取0.5h；r_ij和x_ij分別表示節點i和j之間線路的電阻和電抗；P_ij,t和Q_ij,t分別表示節點i和節點j之間線路t時刻的有功功率和無功功率；和分別表示j節點連接產消者t時刻注入的有功功率和無功功率；和分別表示節點j連接產消者t時刻儲能放電功率、儲能充電功率、主網購電功率、主網售電功率、負荷有功功率和光伏有功功率；和分別表示節點j所連接的產消者在t時刻的光伏無功功率、無功補償裝置功率和負荷無功功率；V_j,t為t時刻節點j的電壓幅值；

1.2)能源社區輻射狀配電網運行約束

由于配電網的高R/X比，考慮產消者有功功率交互對能源社區運行的影響，將所有節點的電壓都將低于標稱電壓V₀，每個分支節點電壓V_b,t需要保持在最小值V_min之上，應滿足以下約束：

對于各產消者交互功率和分支節點b電壓之間的關系通過矩陣來表示；

式中：ν_b,k為產消者k所在葉節點和分支節點b之間的有功-電壓靈敏度系數；表示分支節點b的后代節點中的葉節點，即I_T和0_T分別為T階的單位矩陣和零矩陣；

在整個調度時段運行過程中，輻射狀配電網分支節點需滿足系統安全約束為：

w_b＝V_0,b1_T-V_min,b1_T (5)

式中：V_0,b表示分支節點b的標稱電壓；表示分支節點b在各個調度時段的電壓；表示產消者k整個調度時段的有功功率；表示各產消者在整個調度時段的有功功率；

1.3)產消者經濟調度模型

在需求響應過程中，產消者在考慮用電經濟性的同時，還要考慮儲能設備運維成本，因此，產消者k的總運行成本函數表示為：

式中：f_k代表產消者k的總運行成本；分別為產消者k在t時刻的購售電成本、儲能系統的運維成本、需求響應成本；分別表示t時刻主網的購、售電價；分別表示t時刻產消者k在從主網購電功率和售電功率；分別表示產消者k儲能系統在t時刻充電功率和放電功率；c_ESS表示儲能系統運維成本系數；d_k為產消者k需求響應成本系數；表示t時刻產消者k實際用電功率和預測用電功率；

1.4)約束條件

(I)產消者功率平衡約束

式中：為產消者k在t時刻光伏發電功率；

(II)主網購售電約束

產消者允許在光伏發電盈余時出售多余電能或在電量短缺時從主網購買電能，為了防止產消者通過日前市場惡意套利，產消者在某時刻的購售電量在確定的范圍內變化：

式中：和分別為產消者k與主網購售電功率的最大值；

(III)儲能系統約束

SOC_k,T＝SOC_k,0 (11)

式中：和分別為產消者k儲能系統荷電狀態的最小值和最大值；和分別為產消者k儲能系統的充放電效率；和分別為產消者k儲能系統充放電功率的最大值；E_ESS為產消者k儲能系統總容量；

(IV)需求響應約束

式中：和分別為產消者k需求響應調整后負荷的最小值和最大值；L_k為產消者k調度周期內需求響應調整后總負荷需求的最小值；

2)基于ADMM的分布式調度模型和求解

能源社區在整個調度時段的目標函數為：

根據式(15)和ADMM基本原理，能源社區調度策略模型寫成緊湊式：

式中：為包含產消者特定約束信息的目標函數；第二個式子耦合各個產消者決策向量p_k，即能源社區中的網絡潮流約束；A為系數矩陣；C為參數矩陣；約束式(7)(8)(12)(13)構成以各產消者p_k的本地定義域為采用標準ADMM算法進行分布式求解計算，引入輔助變量y_b,k并重寫成為：

增廣拉格朗日函數為：

式中：矢量上標符號為矢量內元素的和，即為定義在約束集γ_B上的指示函數；λ為拉格朗日乘子；ρ為懲罰參數；

由此，按下式進行分布式求解；

式中：n為迭代次數，迭代過程為高斯-賽德爾求解機制(Gauss-Seidel，GS-ADMM)，即各個產消者按預先安排的順序交替進行，任意時刻僅有一個子問題處于計算狀態，當產消者數量較多時，大量產消者依次進行調度策略更新將導致總體優化時間過長；迭代也可采用雅可比求解機制(Proximal Jacobian ADMM，PJ-ADMM)，即實現各個產消者和分支節點子問題的并行處理，對于分支節點協調機制采用各個分支節點負責協調各產消者調度策略更新；各個產消者通過其EMS與分支節點通信并行更新其調度策略為：

式中：表示來自產消者k的祖先節點迭代信號；矩陣表示產消者k的祖先節點個數；表示分支節點b的后代節點個數；

采用殘差作為收斂標準，收斂精度為ε，當式(27)成立時，則算法收斂，輸出最優解：

基于分支節點協調機制的分布式并行優化策略更新機制的步驟為：

①日前階段，預測日前電價后，各產消者初始化參數，將自身次日功率方案、購售電信息上傳至分支節點；

②各分支節點整合產消者上報信息，由式(24)更新輔助變量，根據運行約束條件，協調產消者策略更新，更新迭代信號r_b；

③產消者k根據所獲得的迭代信號r_k，根據各自收益函數，在滿足可行域的條件下，根據式(22)并行更新計算各自優化迭代策略，直至所有產消者完成一次更新；

④更新拉格朗日乘子重復迭代步驟①-②直至滿足算法迭代收斂條件式(27)。