本发明涉及电力系统优化调度领域，具体是用一种包含微电网群的主动配电网优化调度模型求解电力系负荷调度问题。
背景技术：
电力系统经济调度是在保证电网安全可靠运行的基础上，充分利用电网中现有的输配电及变电设备，通过科学有效的方法，优选变压器、线路经济运行方式，负载经济调配等，减少电力系统的损耗，最大程度实现能量利用最大化；
如今，电力市场变得高度竞争，对能量需求的增加更加迫切。经济负载调度是现代能源管理体系运行规划中的有效方式之一。对减少生产成本和增加系统可靠性，经济负载调度在维持电力系统的经济性中起着至关重要的作用。
燃料成本和发电站的效率确定了产生电能的操作成本,从而，经济负载调度问题已成为电力系统运行和规划中的一项非常重要的任务。它的主要目标是优化可用单元之间的发电，从而使总发电成本在满足系统所考虑的约束(所有等式和不等式约束)的同时最小化。
技术实现要素：
针对求解电力系统经济调度问题中所存在的困难和问题，本发明公开了一种含微电网群的主动配电网优化调度模型
本发明主要是通过如下方案所实现：
一种含微电网群的主动配电网优化调度模型；
含多微网的主动配电网系统能量管理框架如图1所示。与传统配电网不同，主动配电网中含有分布式电源及柔性负荷，需要控制的元件与优化手段变多，同时对配电网调度中心(DNO)的要求也更高。在微电网群接入配电网后，由于微电网的相对独立的特点，主动配电网只能通过PCC对其进行能量管理。
接入主动配电网的典型微电网中包含微型燃气轮机(MT)、燃料电池(FC)、蓄电池(battery)、风机(WT)和光伏(PV)等分布式电源与节点负荷。微电网既向主动配电网卖电也可以向其买电。
本专利提出的两层优化调度模型中，上层模型需要控制直接接入配电网的负荷、分布式电源与PCC的交换功率，下层模型需要根据上层模型给出的PCC功率来控制微电网中的负荷与分布式电源，然后将调度结果反馈给上层模型，经过上层模型与下层模型的迭代，得到收敛后的调度结果。详细的模型构建在下节具体介绍。
图1是含微电网群的主动配电网框架示意图；
图2是模型求解流程图；
具体实施方式：
下面结合附图，对本发明做进一步的详细说明。
含多微网的主动配电网系统能量管理框架如图1所示。与传统配电网不同，主动配电网中含有分布式电源及柔性负荷，需要控制的元件与优化手段变多，同时对配电网调度中心(DNO)的要求也更高。在微电网群接入配电网后，由于微电网的相对独立的特点，主动配电网只能通过PCC对其进行能量管理。
接入主动配电网的典型微电网中包含微型燃气轮机(MT)、燃料电池(FC)、蓄电池(battery)、风机(WT)和光伏(PV)等分布式电源与节点负荷。微电网既向主动配电网卖电也可以向其买电。
该两层优化调度模型中，上层模型需要控制直接接入配电网的负荷、分布式电源与PCC的交换功率，下层模型需要根据上层模型给出的PCC功率来控制微电网中的负荷与分布式电源，然后将调度结果反馈给上层模型，经过上层模型与下层模型的迭代，得到收敛后的调度结果。详细的模型构建在下节具体介绍。
图2为模型求解流程图求解电力系统经济负载调度的流程图。首先对算法中所需要的模型和公式进行阐述，即含微网群的主动配电网调度模型的目标函数及约束条件。
1.上层优化模型
上层优化模型的研究对象为主动配电网，以提高供电质量与降低供电损耗为目标，PCC的交换功率为决策变量。
1.1目标函数
上层模型的目标函数中包括线路损耗与配电网节点电压偏移程度[17]，具体描述如下：
minCupper＝μlossCloss+μVoffCVoff (1)
其中，Closs为调度周期内配电网的总网损函数；CVoff为配电网各节点电压偏移函数，为衡量配电网电能质量的重要标准；μloss与μVoff分别为Closs与CVoff在目标函数中的权重系数。
目标函数中，网损函数与电压偏移函数的具体形式分别见式与。
其中，T为调度周期，本文设为24小时；L为配电网线路总条数；N为配电网节点总个数；Δt为优化调度的时间尺度，本文设为1小时；Ploss,l(t)为线路l在t时段的线路损耗，由潮流计算求得；Un(t)为节点n在t时段的节点电压的标幺值；ΔU为节点电压偏移惩罚的阈值，本文设为0.05；[x]+表示将x向下取整运算。
式表示节点电压偏移较小时，即Un(t)∈[1-ΔU,1+ΔU]，则惩罚项[|Un(t)-1|/ΔU]+为0，电压偏移函数较小；否则，惩罚项为大于1，电压偏移函数的值明显增大。
1.2约束条件
1)潮流约束：
式中，下标DNG、MG与L分别表示主动配电网、微电网与负荷；下标n与m表示配电网节点编号；P与Q分别表示有功功率与无功功率；V表示节点电压；Gnm与Bnm分别表示节点n和m之间的电导与电纳；θnm(t)为t时段节点n和m之间的相角差。
2)分布式电源约束：
假设接入主动配电网的电源为可控机组，则直接接入主动配电网的电源约束包括输出功率上下限约束、最小启停时间约束与爬坡约束，分别如式、与所示。
-Δdown,i≤Pi(t)-Pi(t-1)≤Δup,i (7)
其中，Pi(t)与Qi(t)分别表示t时段可控机组i的有功出力和无功出力；Pi、分别表示可控机组i的有功出力下限和出力上限；Qi、分别表示可控机组i的无功出力下限和出力上限；Ui(t)表示可控机组i的运行状态，0表示停运、1表示运行；Ustart,i(t)、Ushut,i(t)分别为可控机组i的开机决策变量和关机决策变量；MOTi为可控机组i的最小开机时间；MDTi为可控机组i的最小开机时间；Δdown,i、Δup,i分别表示可控机组i的最大向下和向上爬坡率。
3)PCC功率约束
式中，PPCC(t)表示t时段PCC的交换功率，即主动配电网与微电网之间的功率交换；表示PCC交换功率的上限。
2.下层优化模型
下层优化模型的研究对象为微电网，以最小化运行成本为目标，调度微电网内可控电源出力。
2.1目标函数
下层优化模型目标函数为最小化运行成本，具体描述如下：
其中，Cfuel,i(·)为可控电源燃料成本函数，包括微型燃气轮机和燃料电池；Ui(t)表示t时段可控电源运行的运行状态，0表示不运行，1表示运行；CS,i(·)为可控电源启动成本；COM,i(·)、CDP,i(·)、CE,i(·)分别表示可控机组的维护费用、折旧成本和环境成本；COM,k(·)、CDP,k(·)分别表示储能装置的维护费用、折旧成本；Cbuy(·)、Csell(·)分别表示微网从主动配电网购电的成本和售电的收益；PM,i(t)表示微电网内可控机组出力；PM,i(t)表示微电网内蓄电池充放电功率；Pbuy(t)、Psell(t)分别表示微电网从主动配电网购电和售电的功率。
式中的可控机组燃料费用、启动成本、维护费用、折旧成本和环境成本的函数见式～：
Cfuel,i(PM,i(t))＝ai·PM,i(t)2+bi·PM,i(t)+ci (10)
CS,i(PM,i(t))＝SiUM,start,i(t) (11)
COM,i(PM,i(t))＝KOM,iPM,i(t)Δt (12)
其中，ai、bi和ci为第i个可控机组燃料费用二次曲线的系数；Si为第i个可控机组的启动成本；UM,start,i(t)为微电网内第i个可控机组的开机决策变量；Caz,i为第i个可控电源的单位容量安装成本的现值；ki为第i个微源的容量因数；ni为第i个微源的使用年限；KOM,i为第i个微源的单位电量运行维护成本系数；Aj为第j项污染物的单位排放费用；Bij为第i个微源单位电量的第j项污染物排放量；J为污染物的种类；
式中的储能装置的维护费用、折旧成本函数见式、：
COM,k(Pk(t))＝KOM,k|Pk(t)|Δt (15)
CDP,k(Pk(t))＝(Erated,kCE,k+Prated,kCP,k)Lloss,k (16)
其中，KOM,k为第k个蓄电池组的单位电量运行维护成本系数；Erated,k、Prated,k分别为第k个蓄电池组的额定容量和额定功率，CE,k、CP,k分别为蓄电池组k的单位容量和单位功率安装成本的现值；Lloss,k为蓄电池组k的寿命损耗系数[18]。
式中微电网购电费用与售电收益函数如式与所示。
Cbuy(Pbuy(t))＝pbuy(t)Pbuy(t) (17)
Csell(Psell(t))＝psell(t)Psell(t) (18)
其中，pbuy(t)为t时段微电网向主动配电网购电电价；pbuy(t)为t时段微电网向主动配电网售电电价。
2.2约束条件
微电网因为系统规模较小，忽略其潮流约束。
1)功率平衡约束：
2)备用约束：
其中，PM,i(t)、Pk(t)、Pw(t)、Pp(t)、Pbuy(t)、Psell(t)分别表示微电网内可控机组出力、蓄电池出力、风电出力、太阳能发电出力和对主动配电网的购电和售电；Pd(t)为微电网的负荷需求；R(t)为微电网的旋转备用需求。
2)分布式电源约束：
微电网内的分布式电源包括风机、光伏及可控机组，其中可控机组的约束与直接接入主动配电网的可控机组约束相似，见式～，在此不再赘述。风电、光伏的出力不应大于其预测出力，其约束如式、所示。
0≤Pw(t)≤Pw,fore(t) (21)
0≤Pp(t)≤Pp,fore(t) (22)
其中，Pw,fore(t)为风机预测出力；Pp,fore(t)为光伏发电预测出力。
3)蓄电池约束
蓄电池的充电功率和放电功率限值如式、所示：
其中，Pch,k(t)、Pdh,k(t)分别为充电功率、放电功率，蓄电池的出力满足Pk(t)＝Pdh,k(t)-Pch,k(t)；Pch,k(t)、分别为充电功率的下限与上限；Pdh,k(t)、分别为放电功率的下限与上限。Uch,k(t)、Udh,k(t)为0、1变量，分别表示蓄电池的放电状态和充电状态，蓄电池的充放电状态是互斥的，即Udh,k(t)+Uch,k(t)≤1。
蓄电池的剩余容量超过限值会对蓄电池造成很大损害，其约束如式所示：
其中，Ek、分别表示蓄电池剩余容量的最小和最大值。
蓄电池在时刻t的剩余容量跟其前一个时刻t-Δt的剩余容量以及其从t-Δt到t的充放电量有关，在充放电的过程中，蓄电池的剩余能量计算公式为：
其中，Ek(t)、Ek(t-1)分别为时刻t，t-1的蓄电池剩余容量(kWh)；ηch,k、ηdh,k分别是蓄电池的充电效率和放电效率；σk是蓄电池的自放电率。
为保证微电网下一周期的正常调度，蓄电池在调度周期内一般会保持剩余容量的首末平衡，如式所示。
Ek(0)＝Ek(T) (27)
4)PCC功率约束
微电网的购电功率与售电功率约束在PCC允许交换功率上限以内，见式与。
由于主动配电网参与调度PCC功率，微电网的购电功率与售电功率应满足式。
Psell(t)-Pbuy(t)＝PPCC(t) (30)。