基于C-ADMM的综合型虚拟电厂管理方法和系统与流程

本发明涉及电力系统优化调度领域，特别涉及一种基于c-admm的综合型虚拟电厂管理方法和系统。

背景技术：

1、能源结构逐步转型，ders(distributed energy resources分布式资源)在配用电侧大规模部署，致力于构建以新能源为主体的新型电力系统。小规模ders的高渗透率及其多元化特征增加了用户的灵活性，有助于减少以煤炭燃料为主的传统发电量，进而有效抑制温室气体的排放，但也引发了可控性降低、不确定性增大等问题。对此，为解决配电网难以调度小规模ders的难题，vpp(virtual power plant虚拟电厂)的概念被提出，其基于不同分布式资源的时空互补特性，整合源荷储资源进行优化调度。

2、此外，在协调分布式资源的运行方式中，得益于共享经济的蓬勃发展，点对点能源共享与交易模式在电力系统优化调度领域开始逐步应用。在智能楼宇的电能优化管理中，点对点电能共享方式有助于提升楼宇群的集体收益。虚拟电厂的优化管理可以通过集中式求解得到最优策略，然而集中式的管理策略存在很大弊端。集中式求解要求所有产消者将各自管辖的设备参数上报给vpp代理商，对于vpp代理上而言其整合的分布式资源种类多且数量大，采用集中式管理增加计算负担，影响决策效率；另一方面，对于产消者用户，提交设备信息将引发隐私安全的担忧。对此，基于admm(alternating direction method ofmultipliers交替方向乘子法)的分布式求解方法已有广泛应用。

3、管控资源类型单一化存在调度局限性问题，使区域内可再生能源缺乏多样化消纳途径，且无法以源荷双重身份协同配电网运行。随着分布式资源类型的增多，应积极提高虚拟电厂聚合资源的多样性，以此促进区域内电能的自给自足。因此有必要研究包含更多数量、多类型ders的基于综合能源体的虚拟电厂聚合模型及其分布式调度。

技术实现思路

1、本发明所要解决的问题是：提供一种基于c-admm的综合型虚拟电厂管理方法，用于对大规模、多种类ders的综合型虚拟电厂进行有效管理。

2、本发明采用如下技术方案：一种基于c-admm的综合型虚拟电厂管理方法，使用一致交替方向乘子法的分布式求解方法对综合型虚拟电厂进行分布式管理，包括如下步骤：

3、步骤1、在综合型虚拟电厂内，建立包括工业区、商业区和住宅区三种综合能源体类型的虚拟电厂设备模型，所述虚拟电厂设备模型的组件包括：燃气轮机、储能电池、电动汽车和不可控分布式资源；

4、步骤2、建立基于上述综合能源体的虚拟电厂管理模型：以虚拟电厂总运行成本最小为目标，采用点对点电能共享的运行模式，建立目标函数，同时考虑点对点电能共享约束条件、虚拟电厂内电能传输容量约束和虚拟电厂并网点约束；

5、步骤3、采用一致性交替方向乘子法对步骤2中形成的虚拟电厂管理模型求解，得到最优策略，用于对基于综合能源体形成的综合型虚拟电厂进行分布式调度。

6、进一步地，步骤1中，虚拟电厂设备模型，包括如下组件：

7、s1.1、燃气轮机模型，表示为公式如下：

8、

9、其中，a、b、c分别是燃气轮机成本函数的系数；pgt为t时段燃气机组的出力；

10、s1.2、储能电池ess模型，表示如下：

11、

12、其中，wb为储能电池的容量；下标b表示园区b；下标t表示时段t；t为调度周期内总时段；为园区b在t时段储能电池的能量水平，为园区b在t-1时段储能电池的能量水平；和为园区b在t时段ess的充放电功率；ηess,ch与ηess,dis为ess的充放电效率；和为充放电功率限值、和为0-1变量，表示储能电池的状态在同一时段内只能处于充电或者放电；和分别为ess的最小和最大荷电状态，和分别表示ess调度周期内t＝0和t＝t时段的荷电状态，其储能设备容量需保持一致，以此保证调度的连续性；

13、s1.3、电动汽车模型，表示如下：

14、

15、其中，ei为第i辆电动车的电池容量；是第i辆电动车在t时段和t-1时段电池的能量水平；是第i辆电动车的电力需求水平；socev,min和socev,max是电池容量的上限和下限；代表了第i辆电动车的充/放电状态，是0-1变量；和为t时段电动汽车i的蓄电池充电和放电功率；piev,ch,max和piev,dis,max为蓄电池充放电功率限制；ηev,ch与ηev,dis分别为蓄电池充放电效率；分别表示园区b中第i辆电动车的充/放电状态；

16、s1.4、不可控分布式资源模型，表示如下：

17、不可控分布式资源包括风电和光伏发电两类典型可再生能源，在t时刻，风电和光伏发电的弃风弃光成本表示如下：

18、

19、其中，πwf,cur为弃风弃光的惩罚费用，分别表示可再生能源的预测消纳量和实际消纳量。

20、进一步地，步骤2中所述目标函数，以总运行成本最小为目标，总运行成本包括虚拟电厂整体向配电网购售成本和各园区产销者的发电成本，目标函数表示如下：

21、

22、其中，对于单个综合型虚拟电厂，为燃气机组调度成本；为储能电池调度成本；为产消者之间内部购售电能的成本，nb为产消者即中小型制造业产业园的数量；t为调度周期内总时段；与配电网交互购售功率的成本为：

23、

24、其中，为分时购售电价，ptbuy,g、ptsell,g为t时段虚拟电厂和配电网购、售的功率。

25、目标函数考虑的约束条件包括：点对点电能共享约束条件、虚拟电厂内电能传输容量约束、虚拟电厂并网点的容量约束，和分布式能源的设备约束。

26、进一步地，步骤3中，采用一致性交替方向乘子法对步骤2中形成的虚拟电厂管理模型求解，包括如下子步骤：

27、s3.1、对点对点运行模式下虚拟电厂总运行成本最低的原问题进行分块，拆分为虚拟电厂代理商成本最低和各产消者成本最低两个子问题；

28、原问题进拆分后表示为如下公式：

29、

30、

31、其中，函数f代表产消者，g代表虚拟电厂代理商；迭代的变量为产消者之间的共享功率和与电网的交互功率；

32、为园区b与虚拟电厂代理商的共享信息，包括：向电网购得的功率、期望从产消者中得到的共享功率、向电网售出的功率和向产消者中贡献的共享功率；

33、zagg为虚拟电厂代理商下发给各产消者的决策变量集合，包括：经协调优化后的各产消者向电网购得的功率，期望从产消者中得到的共享功率，向电网售出的功率和向产消者中贡献的共享功率。

34、s3.2、构造该问题的拉格朗日函数并引入二次惩罚项，选取上一轮的均值作为下一轮迭代的参考值，用于虚拟电厂代理商和产消者同步优化更新；

35、拉格朗日函数，具体如下：

36、

37、其中，yb表示耦合等式约束的拉格朗日乘子，ρ表示惩罚系数。

38、虚拟电厂代理商和产消者采用同步优化更新，第k轮迭代的公式如下：

39、

40、

41、其中，上标k表示第k轮迭代，为第k+1轮园区b的决策变量；表示第k轮优化迭代结果的平均值；表示当目标式取得最小值时园区b的决策变量xb的取值；

42、得到k+1轮优化后的园区b共享变量、风光消纳量、燃气轮机出力、储能设备充放电功率和电动汽车充放功率，表示如下；

43、

44、其中，上标agg表示变量或参数的集合；为第k+1轮综合型虚拟电厂代理商共享决策变量集合；为与配电网交互的购售成本；表示各园区间共享功率及园区与电网的交互功率的集合；表示第k轮更新后的拉格朗日乘子集合。

45、s3.3、采用原始残差和对偶残差作为收敛判据，对虚拟电厂管理模型进行分布式求解。

46、采用下式的原始残差rk+1和对偶残差sk+1作为收敛判据，对综合性虚拟电厂进行分布式求解，公式如下：

47、

48、式中，εpri和εdual为原始残差和对偶残差的容忍度。

49、本发明技术方案还包括一种基于c-admm的综合型虚拟电厂管理系统，包括：综合型虚拟电厂、综合型虚拟电厂代理商，以及配电网；

50、配电网和综合型虚拟电厂之间通过综合型虚拟电厂代理商进行信息流的控制；

51、综合型虚拟电厂内包括若干个通过电力网络连接线连接在一起的产消者，产消者之间进行在虚拟电厂内进行能量流的传递；

52、在综合型虚拟电厂内，分别建立工业区、商业区和住宅区三种综合能源体类型的典型设备模型以及建立基于综合能源体的虚拟电厂管理模型：在综合型虚拟电厂代理商和各产消者相耦合的能量平衡及传输容量约束下，以虚拟电厂总运行成本最小为目标，采用点对点电能共享的运行模式，建立目标函数；采用一致性交替方向乘子法对耦合约束解耦，分解为综合型虚拟电厂代理商及各产消者的子问题，分别求解得到最优策略，对综合型虚拟电厂进行分布式调度。

53、本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

54、本发明所提的综合型虚拟电厂管理方法适用于包含更多设备的、出力范围更大的，基于综合能源体形成的虚拟电厂，能够促进区域可再生能源的消纳；基于点对点电能共享有助于提升虚拟电厂的整体利益；基于c-admm的分布式管理方法能够减轻vpp代理商的计算负担提升决策效率，同时保护用户的隐私安全。