一种基于虚拟微网动态划分的多微网系统能量管理方法

本发明涉及多微网系统能量管理，特别是一种基于虚拟微网动态划分的多微网系统能量管理方法。

背景技术：

1、多微网作为一个小型发电、配电、用电系统，既可以与主电网连接并协同运行，也可以作为一个离网的电力系统独立运行。与主电网连接的多微网可以为主电网提供故障恢复和削峰填谷服务，但面对当前可再生能源发展及偏远地区供电需求，孤岛形态，或者不以主电网为主要供电来源的多微网系统能量管理研究近年来备受关注。独立运行的多微网系统需要储能、微型燃气发电机等可调节设备协助平抑可再生能源出力的波动，而含高比例可再生能源的多微网系统存在海量的可调节设备。如何在充分利用储能、微型燃气发电机等可调节设备并保证控制时效性的前提条件下，制定运行成本最低的能量管理策略是目前的亟需解决的难点。

2、目前针对独立运行的含高比例可再生能源的多微网系统，其能量管理策略的相关研究多聚焦于分区控制这类方法。通过图分区和元启发算法将电力系统分为多个微电网，通过调节电力系统内部的可控设备，以投资和运营成本最低为目标，制定相应的能量管理策略。但现有的技术的缺点是成本高，因为现有技术是将电力系统研究场景划分为多个固定边界的子区域，其划分边界无法随着时间的推移而改变；而实际场景的可再生能源会受到光照、风速等外部因素影响，用户负荷也会随着时间发生转移。可再生能源出力和负荷需求的波动会导致固定分区的电力系统需要向外界购电来实现供需平衡，增加了系统的运行成本。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种基于虚拟微网动态划分的多微网系统能量管理方法，从而有效降低平均运行成本。

2、技术方案：本发明所述的一种基于虚拟微网动态划分的多微网系统能量管理方法，包括以下步骤：

3、(1)对多微网系统中微型燃气发电机的动态功率进行建模；当可再生能源和储能出力不足、负荷需求过高时，调节系统内配备的微型燃气发电机出力保障供电需求，其出力的动态模型为：

4、pg，i(t+1)＝pg，i(t)+δpg，i(t)

5、式中，pg，i(t)表示t时刻第i个微电网微型燃气发电机的输出功率；δpg，i(t)表示t时刻第i个微电网发电机功率调整值，该值受发电机爬坡率限制，公式如下：

6、δpg，i(t)＝δpg，i，up(t)-δpg，i，down(t)

7、式中，δpg，i，up(t)和δpg，i，down(t)分别是t时刻第i个微电网发电机功率上下限调整值；

8、(2)当可再生能源电量富余，通过对储能充电来消纳可再生能源，并在下次可再生能源出力不足时，利用储能放电来平抑供需不平衡；储能的荷电状态动态模型为：

9、

10、式中，soci(t)表示t时刻第i个微电网电池储能的荷电量；ξ表示电池储能的自损系数，即每次电池储能的充放电产生的损耗，该系数由电池生产厂商给出，根据实际工作环境进行调整，取值范围为0.4～0.6；ηbes，i，ch和ηbes，i，dis分别表示第i个微电网电池储能的充、放电效率，该效率由电池生产厂商给出，取值范围为0.9～1；pbes，i，ch(t)和pbes，i，dis(t)分别表示t时刻第i个微电网电池储能的充、放电功率；

11、(3)基于步骤(1)中求取的微型燃气发电机出力的动态模型，计算微型燃气发电机发电成本，计算公式为：

12、δjg，i(t)＝ωg，1[pg，i(t)]2+ωg，2pg，i(t)+ωg,3

13、式中，jg，i(t)表示t时刻第i个微电网发电机发电成本；ωg，1、ωg，2和ωg，3分别表示发电机成本系数，该系数由发电机生产厂商给出，ωg,1取值范围为0.001～0.002，ωg，2取值范围为0.1～0.2，ωg，3取值为0；

14、(4)基于步骤(2)中求取的储能荷电状态动态模型，计算电池储能成本，计算公式为：

15、

16、

17、

18、式中，δjbes，i(t)表示储能成本；qloss，i，h(t)是t时刻第i个微电网放电的电池容量自损耗量；a是阿伦尼乌斯常数，是用来反映小范围温度变化条件下电池储能的化学反应速率；r是摩尔气体常数；ea是活化能；k是绝对温度；这三个参数反映电池储能的材料和工作环境；qi,bes是第i个微电网中电池储能的容量；z是反应速率常数，该系数由电池充放电特性决定，其取值范围为0.5～1；hi(t)是t时刻第i个微电网电池储能循环深度，它反映的是放电期间soc的变化量；c是电池储能更换成本；

19、(5)构建多微网系统运行成本的目标函数，公式如下：

20、

21、式中，j(s)表示多微网系统运行总成本，ωsell、ωbuy、ωbes和ωg为各子目标的权重因子，权重因子由多微网系统的用能偏好决定，取值范围为0～1；其中δjbuy(t)和δjsell(t)分别表示购电成本和售电收益，其具体公式如下：

22、

23、

24、式中，δjbuy(t)表示t时刻多微网系统从主电网购电的总成本，δjsell(t)表示t时刻多微网系统向主电网售电的总收益，m1为从主电网购电的微电网数量，m2为向主电网售电的微电网数量，δji，buy(t)表示t时刻第i个微电网从主电网购电的成本，δji，sell(t)表示t时刻第i个微电网向主电网售电的收益，ebuy和esell分别为购电和售电的价格；

25、(6)提出多微网系统运行成本次优区间，构造的多微网系统虚拟微网划分的约束条件如下：

26、j(s+1)≤μ·j(s)

27、式中，μ表示总运行成本的允许波动范围，该修正系数由实际运行中虚拟微网群的抗扰动能力决定，其取值范围为1～5。

28、(7)虚拟微网划分所用的计算方法是增强精英保留遗传算法，其编码方式是实数整数混合编码；种群个体设为n，最大进化代数设置为m，这两个系数都受到算法收敛性影响，过大过小都会导致算法不收敛，因此其取值范围分别设置为20～100和100～500；每隔一代进行记录一次日志信息，单目标优化陷入停滞的判断阈值设为x，进化停滞计数器最大上限值设为y，阈值和上限值根据实际精度要求设置，取值范围分别设置为10-7～10-6和5～10；

29、(8)利用真实场景的光伏出力和负荷需求数据，以t时刻为虚拟微网动态分区的开始时间，时间精度设置为1分钟，收集当前时刻的光伏出力和负荷需求的数据，确定整个多微网系统的供需不平衡程度；

30、(9)以步骤(5)的目标函数最小为目标，构建不同虚拟微网划分策略的舒适度γ(θi)：

31、γ(θi)＝-j(s)

32、然后基于舒适度值选择可以进行交叉操作和重组操作的母体，最后将新创建的个体带回种群重复上述操作，直至过去几代中个体没有明显的改进，输出t时刻的虚拟微网划分策略以及各虚拟微网内可调节设备的运行状态；

33、(10)当t+1时刻各微电网内可再生能源出力和负荷需求发生变化时，优先通过电池储能来解决虚拟微网内部供需不平衡，当电池储能已将完全充放电依然存在供电缺口，再启用微型燃气发电机，最后进行购售电，如果满足步骤(6)的约束条件，则保持t时刻的虚拟微网分区边界不变；

34、(11)如果步骤(10)的操作无法满足步骤(6)的约束条件，则从步骤(8)开始重新执行；以此类推，重复步骤(1)到步骤(11)的操作。

35、一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的一种基于虚拟微网动态划分的多微网系统能量管理方法。

36、一种计算机设备，包括储存器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的一种基于虚拟微网动态划分的多微网系统能量管理方法。

37、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

38、1、本发明所采用的动态边界虚拟微网在经济效益上优于固定边界虚拟微网，在可再生能源利用率上高于固定边界虚拟微网；

39、2、本发明所采用的增强精英保留遗传算法的求解时间短于传统遗传算法。