基于开放市场环境下的多微电网系统优化方法

摘要

本发明提供基于开放市场环境下的多微电网系统优化方法，该方法包括以下步骤：收集数据；数据公布；下层优化；下层优化；上层协调；执行方案，各成员微电网的MGEMS接受并执行DMS下达的最终优化方案。本发明的效果是采用本方法在进行多微电网系统的优化时，以各微网自身利益为优化目标，微网可以自主制定自身的优化计划，增加自身所得，与不允许微电网间进行传输的多微电网系统相比，允许微电网间电能自由传输后，各微电网可以提升2％左右的所得。

主权项

一种基于开放市场环境下的多微电网系统优化方法，该方法建立在多个邻近的微电网接入同一个中压配电系统的多微电网系统结构上，多微电网系统中的微电网被称为成员微电网，每个微电网包含风电(WT)、光伏(PV)、微型燃气轮机(MT)、柴油发电机(DEG)和储能电池(Bat)中的一种或几种分布式电源，成员微电网通过微电网能量管理系统(MicroGrid Energy Manage System，MGEMS)对自身内部可控发电单元的出力计划进行优化，并与所连接配电网的配电管理机构之间进行信息交互，多微电网系统中配电网的配电管理机构由配电管理系统(Distribution Management System，DMS)担当，负责完成与各成员微电网之间的信息交换与共享、并协调微电网所制定的输电计划间的冲突，每个多微电网系统包含一个DMS和多个MGEMS；该方法包括以下步骤：步骤1收集数据：多微电网系统中各成员微电网的MGEMS收集自身微电网内部未来24小时的负荷Load、光伏出力P^PV和风电出力P^WT信息，并制定自身在多微电网系统内进行电能传输费用p_sell，并将p_sell、Load、P^PV、P^WT传递给所连接配电网的DMS；步骤2数据公布：配电网的DMS收集步骤1中各微网的负荷Load、光伏出力P^PV和风电出力P^WT信息，同时制定各微电网间进行电能传输的服务费用p_ser，并将服务费用p_ser连同步骤1中全部数据一起公布给所有成员微电网的MGEMS；步骤3下层优化：各成员微电网的MGEMS以运行成本最低为目标函数，目标函数的数学表达式为：${\mathrm{maxF}}_i^{MG}=\underset{t=1}{\overset{T}{\Sigma }}({\mathrm{TR}}_{i,t}-F_{i,t}^{DEG}-F_{i,t}^{MT}-C_{i,t}^{OP}-{\mathrm{SC}}_{i,t})---\left(1\right)$其中，TR_i,t表示微电网i在t时刻的电能传输成本，表示微电网i中柴油发电机在t时刻的发电燃料费用，表示微电网i中微型燃气轮机在t时刻的发电燃料费用，代表微电网i中各种分布式电源在t时刻的运行维护费用，SC_i,t表示微电网i中柴油发电机和微型燃气轮机的启动费用；其中TR_i,t的计算公式可表示为：${\mathrm{TR}}_{i,t}=\underset{j,j\ne i}{\Sigma }{T}_t^{MG,ij}-T_{i,t}^D+p_{i,t}·{\mathrm{Load}}_{i,t}---\left(2\right)$$T_t^{MG,ij}=\left\{\begin{array}{c}{p_{sell}}^j·P_t^{MG,ij}+p_{ser,ij}·P_t^{MG,ij}(P_t^{MG,ij}<0)\\ {p_{sell}}^j·P_t^{MG,ij}+p_{ser,ij}·P_t^{MG,ij}(P_t^{MG,ij}\ge 0)\end{array}\right.---\left(3\right)$$T_{i,t}^D=\left\{\begin{array}{c}{p}_{SP}·P_t^{D,i}(P_t^{D,i}\ge 0)\\ p_{BP}·P_t^{D,i}(P_t^{D,i}<0)\end{array}\right.---\left(4\right)$其中，式(2)中的表示微电网i在t时刻与在同一多微电网系统下除微电网i以外的成员微电网之间传输电能所需的传输费用和服务费用之和，表示微电网i在t时刻与配电系统的电能传输费用，p_i,t·Load_i,t表示微电网向自身负荷的供电所得，p_i,t为微网i在t时刻向用户供电的价格，Load_i,t为微网i在t时刻的负荷大小，式(3)中的p_sellⁱ表示微网i的送电价格，p_ser,ij表示微网i与微网j间进行传输电能的服务费用价格，表示微电网i与微电网j之间的传输的电量，大于零时表示微电网i向微电网j输送的电量，小于零时表示微电网j向微电网i输送的电量，式(4)中p_SP表示配电网向微电网的送电价格，p_BP表示微电网向配电网的送电价格，表示微网i与配电网之间的传输的电量，大于零时表示配电系统向微电网i输送的电量，小于零时表示微电网i向配电系统输送的电量；DEG的燃料费用表示为：$F^{DEG}=\underset{m=1}{\overset{ND}{\Sigma }}(d^{DEG}+e^{DEG}·P_m^{DEG}+f^{DEG}·{\left(P_m^{DEG}\right)}^2)---\left(5\right)$其中，F^DEG表示柴油发电机的发电成本，ND表示柴油发电机数目，d^DEG，e^DEG，f^DEG表示发电成本系数，由发电机性能和柴油价格决定，表示柴油发电机的有功出力；MT的燃料费用表示为：$F^{MT}=\underset{m=1}{\overset{NT}{\Sigma }}(\frac{C_{nl}}{L}\times \frac{{P_m}^{MT}}{\eta })---\left(6\right)$其中，F^MT表示微型燃气轮机的发电成本，NT表示微型燃气轮机数目，C_nl为天然气价格($/m3)，L为天然气热值(kWh/m³)，η表示燃气轮机的发电效率(％)，表示微型燃气轮机的有功出力；分布式电源的运行维护费用表示为：$C_{i,t}^{OP}=\underset{n}{\overset{ND+NT+NW+NP}{\Sigma }}(P_{i,t}^n\times {K_{OP}}^n)---\left(7\right)$其中，NW表示风机个数，NP表示光伏个数，表示第n台机组的出力，K_OPⁿ表示第n台机组的运行维护费用系数，光伏风电机组燃料成本为零；DEG和MT的启动费用SC_i,t科表示为：${\mathrm{SC}}_{i,t}=\underset{n}{\overset{ND+NT}{\Sigma }}[{\mathrm{hst}}_n+{\mathrm{cst}}_n·[1-\exp \left(\frac{-{\mathrm{TF}}_t^n}{{\mathrm{CLT}}^n}\right)\left]\right]---\left(8\right)$其中，hst_n表示机组热启动费用，cst_n表示机组冷启动费用，CLTⁿ表示机组冷却时间，表示第n台机组到t时刻时处于关停状态下的持续时间；下层优化过程中的约束条件包括负荷平衡约束、电量传输约束、爬坡约束和储能运行约束，具体表达式为：1)微电网负荷平衡约束$P_{i,t}^{Load}=\underset{m=1}{\overset{ND}{\Sigma }}{P}_{m,t}^{DEG}+\underset{n=1}{\overset{NT}{\Sigma }}{P}_{n,t}^{MT}+P_t^{WT}+P_t^{PV}+P_t^{Bat}+P_t^{D,i}+\underset{j,j\ne i}{\Sigma }{P}_t^{MG,ji}---\left(9\right)$其中，表示微电网i在t时刻的负荷；2)电量传输约束$P_t^{MG,ji}=-P_t^{MG,ij}---\left(10\right)$$\begin{array}{c}{P}_{t,\min }^{MG,ij}\le P_t^{MG,ij}\le P_{t,\max }^{MG,ij}\\ P_{t,\min }^{MG,ij}=\max \left\{P_{\min ,i,t}^{DEG}+P_{\min ,i,t}^{MT}+P_{i,t}^{WT}+P_{i,t}^{PV}-P_{i,t}^{Load},P_{j,t}^{Load}-P_{\max ,j,t}^{DEG}-P_{\max ,j,t}^{MT}-P_{j,t}^{WT}-P_{j,t}^{PV}\right\}\\ P_{t,\max }^{MG,ij}=\min \left\{P_{\max ,i,t}^{DEG}+P_{\max ,i,t}^{MT}+P_{i,t}^{WT}+P_{i,t}^{PV}-P_{i,t}^{Loda},P_{j,t}^{Load}-P_{\max ,j,t}^{DEG}-P_{\max ,j,t}^{MT}-P_{j,t}^{WT}-P_{j,t}^{PV}\right\}\end{array}---\left(11\right)$其中，式(10)表示微电网输电矩阵是一个反对称矩阵，式(11)表示微电网i和j之间传输电量的上下限，和分别表示柴油发电机出力的上下限，和分别表示微型燃气轮机出力的上下限；3)爬坡约束$U_{m,t}^{DEG}{\mathrm{PL}}_{m,t}^{DEG}\le P_{m,t}^{DEG}\le U_{m,t}^{DEG}{\mathrm{PU}}_{m,t}^{DEG}---\left(12\right)$${\mathrm{PL}}_{m,t}^{DEG}=max(P_{min,m}^{DEG},P_{m,t-1}^{DEG}-{\mathrm{RD}}_m^{DEG})---\left(13\right)$${\mathrm{PU}}_{m,t}^{DEG}=min(P_{max,m}^{DEG},P_{m,t-1}^{DEG}+{\mathrm{RU}}_m^{DEG})---\left(14\right)$其中，式(12)、(13)、(14)表示柴油发电机的爬坡约束，分别表示柴油发电机在t时刻的出力、出力下限和出力上限，分别表示柴油发电机额定出力的上下限，分别表示柴油发电机爬坡下限和上限，微型燃气轮机的约束以柴油发电机类推；4)储能系统运行约束$E_t^{Bat}=E_{t-1}^{Bat}-P_t^{Bat}---\left(15\right)$$\mathrm{DPc}\le P_t^{\mathrm{Bat}}\le \mathrm{DPd}---\left(16\right)$$E_{min}^{Bat}\le E_t^{Bat}\le E_{\max }^{Bat}---\left(17\right)$其中，式(16)表示储能系统的充放电约束，DPc、DPd分别表示最大充电深度和最大放电深度，表示t时刻电池的剩余电量，式(17)是蓄电池容量约束，分别表示电池容量的上下限；通过以上优化目标函数和约束条件得出自身内部柴油发电机出力计划P^DEG、微型燃气轮机出力计划P^MT、储能电池出力计划P^bat和与同一多微电网系统中除自身以外的成员微电网之间的电能传输计划P^MG,ij即表示微电网i向微电网j输送的电量，并传递给DMS；步骤4上层协调：配电网的DMS检验步骤3中所有成员微电网的出力计划和电能传输计划，按照多微电网系统电能传输规则，解决各成员微电网电能传输计划中的冲突，并将传输计划P^MG,ij通过DMS与MGEMS之间的信息通道返回给MGEMS；步骤5执行方案：各成员微电网的MGEMS接受并执行DMS下达的最终优化方案。