基于二阶锥规划的光储系统功率平滑控制方法

摘要

本发明公开了电力系统稳定控制技术领域中的一种基于二阶锥规划的光储系统功率平滑控制方法。包括：读入数据，即各个储能单元的综合经济指标、发电成本系数、环境污染指标和一次能源浪费指标；建立优化模型，即建立综合经济指标模型、目标函数模型、功率平衡约束模型和功率极限约束模型；分别对目标函数模型、功率平衡约束模型和功率极限约束模型进行二阶锥规划处理；利用二阶锥规划求解方法求解优化模型，计算出各发电单元的发电功率，使各发电单元按照计算的发电功率输出功率。本发明能够很好地抑制光伏输出功率的波动，并给出经济性最好的功率分配策略。

主权项

一种基于二阶锥规划的光储系统功率平滑控制方法，其特征是所述方法包括：步骤1：读入数据，包括各个储能单元的综合经济指标、发电成本系数、环境污染指标和一次能源浪费指标；步骤2：建立优化模型，包括建立综合经济指标模型、目标函数模型、功率平衡约束模型和功率极限约束模型；所述综合经济指标模型为：$\left\{\begin{array}{c}{I}_i{P}_i=C_i{P}_i+N_i{P}_i+E_i{P}_i\\ I_i{P}_i=I_{\mathrm{xia}}{P}_{\mathrm{xia}}+I_{\mathrm{xib}}{P}_{\mathrm{xib}}\\ P_i=P_{\mathrm{xia}}-P_{\mathrm{xib}}\end{array}\right.;$其中，I_i为第i个储能单元的综合经济指标，C_i为第i个储能单元的发电成本系数，N_i为第i个储能单元的环境污染指标，E_i为第i个储能单元的一次能源浪费指标，P_i为第i个储能单元的工作功率,I_xia为第i个储能单元放电时的综合经济指标，P_xia为第i个储能单元的放电功率，I_xib为第i个储能单元充电时的综合经济指标，P_xib为第i个储能单元的充电功率，并且P_xia和P_xib满足P_xiaP_xib＝0，P_xia≥0和P_xib≥0，I_xia和I_xib满足|I_xia|>|I_xib|；所述目标函数模型为：$\min F=[\underset{j=1}{\overset{n_1}{\Sigma }}{I}_{\mathrm{vj}}{P}_{\mathrm{vj}}+\underset{i=1}{\overset{n_2}{\Sigma }}(I_{\mathrm{xia}}{P}_{\mathrm{xia}}+I_{\mathrm{xib}}{P}_{\mathrm{xib}})];$其中，I_vj为第j个光伏单元的综合经济指标，P_vj为第j个光伏单元的输出功率，n₁为光伏单元总数，I_xia为第i个储能单元放电时的综合经济指标，P_xia为第i个储能单元的放电功率，I_xib为第i个储能单元充电时的综合经济指标，P_xib为第i个储能单元的充电功率，n₂为储能单元总数；所述功率平衡约束模型为：其中，P_i为第i个储能单元的工作功率且P_i＝P_xia‑P_xib，P_xia为第i个储能单元的放电功率，P_xib为第i个储能单元的充电功率，P_D为设定时间区段的期望功率；所述功率极限约束模型分为三类，分别为仅考虑光伏单元的输出功率的功率极限约束模型，记作第一类功率极限约束模型；仅考虑储能单元的放电功率P_xia和充电功率P_xib且P_xia＝P_xib时的功率极限约束模型，记作第二类功率极限约束模型；仅考虑储能单元的放电功率P_xia和充电功率P_xib且P_xia≠P_xib时的功率极限约束模型，记作第三类功率极限约束模型；所述第一类功率极限约束模型为：P₁≤x≤P₂,(P₁≥0)；所述第二类功率极限约束模型为：‑P₃≤x≤P₃；所述第三类功率极限约束模型为：‑P₄≤x≤P₅,(P₄≠P₅,P₄≥0,P₅≥0)；上述模型中，P₁和P₂分别为第一类功率极限的下限和上限，P₃为第二类功率极限的上限，‑P₄和P₅分别为第三类功率极限的下限和上限，x为相应发电单元的发电功率；步骤3：分别对目标函数模型、功率平衡约束模型和功率极限约束模型进行二阶锥规划处理，包括：对第一类功率极限约束模型进行二阶锥规划处理，其公式为：$\left\{\begin{array}{c}{A}_{1m}{X}_{1m}=b_{1m}\\ x=x_{11}\end{array}\right.;$其中，X_1m为待求取的系数矩阵，X_1m＝(x₁₁,x₁₂,x₂₁,x₂₂)^T，x₁₁、x₁₂、x₂₁和x₂₂分别为待求取的系数，m为发电单元的编号，$A_{1m}=\left(\begin{array}{cccc}0& 1& 0& 0\\ 1& 0& 0& -1\\ 0& 0& 1& 0\end{array}\right),$b_1m＝(P₁,0,P₂)^T；对第二类功率极限约束模型进行二阶锥规划处理，其公式为：$\left\{\begin{array}{c}{A}_{2n}{X}_{2n}=b_{2n}\\ x=x_{32}\end{array}\right.;$其中，X_2n为待求取的系数矩阵，X_2n＝(x₃₁,x₃₂,x₄₁,x₄₂,x₅₁,x₅₂)^T，x₃₁、x₃₂、x₄₁、x₄₂、x₅₁和x₅₂分别为待求取的系数，n为发电单元的编号，$A_{2n}=\left(\begin{array}{cccccc}1& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 1& -1& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 1\end{array}\right),$b_2n＝(P₃,0,0,0)^T；对第三类功率极限约束模型进行二阶锥规划处理，其公式为：$\left\{\begin{array}{c}{A}_{3l}{X}_{3l}=b_{3l}\\ x=x_{62}\end{array}\right.;$其中，X_3l为待求取的系数矩阵，X_3l＝(x₆₁,x₆₂,x₇₁,x₇₂,x₈₁,x₈₂,x₉₁,x₉₂)^T，x₆₁、x₆₂、x₇₁、x₇₂、x₈₁、x₈₂、x₉₁和x₉₂分别为待求取的系数，l为发电单元的编号，b_3l＝(P₆,P₇,0,0,0,P₈)^T，P₆＝max(P₄,P₅)，$A_{3l}=\left(\begin{array}{cccccccc}1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0& -1& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1\\ 0& 1& 0& -1& 0& 0& 0& 0\end{array}\right);$对功率平衡约束模型进行二阶锥规划处理，其公式为：$\underset{m=1}{\overset{K_1}{\Sigma }}{A}_{01m}{X}_{1m}+\underset{n=1}{\overset{K_2}{\Sigma }}{A}_{02n}{X}_{2n}+\underset{l=1}{\overset{K_3}{\Sigma }}{A}_{03l}{X}_{3l}=P_D;$其中，A_01m＝(1 0 0 0)，A_02n＝(0 1 0 0 0 0)，A_03l＝(0 1 0 0 0 0 0 0)，K₁是符合第一类功率极限约束模型的发电单元的总数，K₂是符合第二类功率极限约束模型的发电单元的总数，K₃是符合第三类功率极限约束模型的发电单元的总数；对目标函数模型进行二阶锥规划处理，其公式为：$\left\{\begin{array}{c}\min F_1=C_{1m}^T{X}_{1m}\\ \min F_2=C_{2n}^T{X}_{2n}\\ \min F_3=C_{3l}^T{X}_{3l}\end{array}\right.$其中，F₁为第一类功率极限约束模型的发电单元的目标函数，C_1m＝(I_1m,0,0,0)^T，I_1m为符合第一类功率极限约束模型的发电单元中的第m个发电单元的综合经济指标；F₂为第二类功率极限约束模型的发电单元的目标函数，C_2n＝(0,0,I_2na,0,I_2nb,0)^T，I_2na与I_2nb分别为第二类功率极限约束模型的发电单元的第n个发电单元的发出与吸收电能的综合经济指标；F₃为第三类功率极限约束模型的发电单元的目标函数，C_3l＝(0,0,0,0,I_3la,0,I_3lb,0)^T，I_3la与I_3lb分别为符合第三类极限约束模型的第l个发电单元的发出与吸收电能的综合经济指标；步骤4：求解优化模型，计算出各发电单元的发电功率，使各发电单元按照计算的发电功率输出功率，从而实现功率平滑控制。