微电网日内调度计划混合整数规划模型的建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微电网日内调度计划模型的建模方法，特别涉及一种微电网日内调度 计划混合整数规划模型的建模方法。
【背景技术】
[0002] 作为发挥分布式发电效能的有效手段，微电网技术成为当前智能电网理论与技术 研宄的热点。微电网运行方式灵活，具有并网和孤岛两种运行方式，且能根据需要实现两种 运行方式的无缝切换。然而，微电网能量管理具有其复杂性，不仅需要在满足负荷需求及电 能质量的前提下保证微电网经济、安全、稳定的运行，还要协调不同响应速度电源的出力、 平滑网内风电和光电的不确定性，特别是分布式发电高渗透率大大加剧了这种复杂性。
[0003] 目前，国内外研宄者对微电网能量管理策略作了相关探索。日前-滚动-实时3 层框架和日前-日内2层框架先后被提出。3层框架和2层框架均基于预测控制理论，根据 当前运行工况和最新预测结果，调整上一层控制量，消除不确定性因素的干扰。其中，日内 调度计划是提前若干时间根据最新运行信息对某一周期的日前计划作修正，其实质为考虑 运行安全的最优潮流模型。
[0004] 分布式电源作为微电网中主要的发电来源，主要有柴油发电机（diesel engine, DE)、微型燃气轮机（micro-turbine, MT)、燃料电池 （fuel cell, FC)、风力发电机 (wind turbine, WT)、光伏电池（photo-voltaic, PV)、蓄电池 （storage battery, ST)等，这 些分布式电源在为微电网提供有功功率的同时，也能输送一定容量的无功功率。由于微电 网带有一定的无功负荷，若在微电网日内调度计划中忽略无功功率将可能造成线路实际传 输功率越限和电气设备实际容量越限的问题。而在微电网中单一考虑电容器投切的无功补 偿则容易造成电压偏移。当电容器投切响应时间较慢时，分布式电源的无功输出或吸收还 能有效平滑微电网的无功余缺，改善微电网的电压水平和降低网损，所以不能忽视分布式 电源的无功出力在微电网优化调度中发挥的作用。而对分布式电源无功出力约束若只简单 建立极限值限制方程，则忽略了分布式电源复杂的无功输出特性，脱离工程实际。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种微电网日内调 度计划混合整数规划模型的建模方法。
[0006] 本发明的目的通过以下技术方案实现：
[0007] 微电网日内调度计划混合整数规划模型的建模方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤1、构建微电网日内调度计划混合整数规划模型的目标函数，即在满足正常运 行约束的条件下，通过合理安排各可控单元的出力，使系统运行总成本最低；
[0009] 步骤2、构建柴油同步发电机的有功、无功出力的线性化约束方程；
[0010] 步骤3、构建经逆变器并网分布式电源的有功、无功出力的线性化约束方程；所述 经逆变器并网分布式电源包括单轴型微型燃气轮机、燃料电池、蓄电池、光伏电池；
[0011] 步骤4、构建双馈感应风机的有功、无功出力的线性化约束方程；
[0012] 步骤5、构建考虑电压幅值的线性化潮流方程；
[0013] 步骤6、构建支路容量线性化约束方程；
[0014] 步骤7、结合微电网现有的线性化约束，组成微电网日内调度计划混合整数规划模 型，运用混合整数规划求解软件进行求解。
[0015] 步骤1中所述微电网日内调度计划混合整数规划模型的目标函数，具体如下：
【主权项】
1. 微电网日内调度计划混合整数规划模型的建模方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1、构建微电网日内调度计划混合整数规划模型的目标函数，即在满足正常运行约 束的条件下，通过合理安排各可控单元的出力，使系统运行总成本最低； 步骤2、构建柴油同步发电机的有功、无功出力的线性化约束方程； 步骤3、构建经逆变器并网分布式电源的有功、无功出力的线性化约束方程；所述经逆 变器并网分布式电源包括单轴型微型燃气轮机、燃料电池、蓄电池、光伏电池； 步骤4、构建双馈感应风机的有功、无功出力的线性化约束方程； 步骤5、构建考虑电压幅值的线性化潮流方程； 步骤6、构建支路容量线性化约束方程； 步骤7、结合微电网现有的线性化约束，组成微电网日内调度计划混合整数规划模型， 运用混合整数规划求解软件进行求解。
2. 根据权利要求1所述的微电网日内调度计划混合整数规划模型的建模方法，其特征 在于，步骤1中所述微电网日内调度计划混合整数规划模型的目标函数，具体如下：
式中，Cdeii，t、CmtjjjP C 分别为柴油发电机ii、微型燃气轮机j j和燃料电池 k在时 段t的运行总成本，包括燃料成本、启动与停机成本、维护成本；t e T表示时段t在调度周 期T内，ii e I表示柴油发电机ii属于柴油发电机集合I，jj e J表示微型燃气轮机jj 属于微型燃气轮机集合J，k e K表示燃料电池 k属于燃料电池集合K，s e S表示蓄电池 s 属于蓄电池集合S ;Css，t为蓄电池 s在时段t充放电老化成本；C u为负荷1在时段t的削 减费用，= ^; zlt为时段t可中断负荷1的运行状态，p ult和P lt分别表示时 段t可中断负荷1切除的单位功率经济损失和有功功率；并网运行时微电网与主网间 的购售电费用，Cm，t= p gPrcat，pg为时段t电力交易价格，P reQt为时段t与主网交换的有功 功率，其为正数表示购电，为负数表示售电。
3. 根据权利要求1所述的基于解析几何的微电网日内调度计划混合整数规划模型的 建模方法，其特征在于，步骤2中所述柴油同步发电机的有功、无功出力的线性化约束方程 由柴油同步发电机最大定子电流限制约束、柴油同步发电机最大转子电压限制约束、柴油 同步发电机最大负荷角限制约束、柴油同步发电机最小最大原动机有功功率限制约束组 成； 柴油同步发电机最大定子电流限制约束如下：
式中，Vsg为同步发电机定子所接节点的电压，I=为最大定子电流，Psg和Q sg分别为有 功、无功输出功率，Pl为同步发电机最大有功输出功率，E==为最大转子电压，Xfg为纵轴 电抗，Pb和Q b是最大定子电流约束和最大转子电压约束的交点功率，P。和Q。是最大定子电 流约束和原动机最大有功功率限制约束的交点功率，式中不等式约束的不等式符号需根据 具体数值变化而变化； 柴油同步发电机最大转子电压限制约束如下：
式中，P1I为同步发电机最小有功输出功率，PJP Qa是最大转子电压约束和原动机最 小有功功率限制约束的交点功率，式中不等式约束的不等式符号需根据具体数值变化而变 化； 柴油同步发电机最大负荷角限制约束如下：
式中，S=为同步发电机的最大功率角，X〖g为横轴电抗； 柴油同步发电机最小最大原动机有功功率限制约束如下： psg < P < psg 。 min _ Sg - max
4.根据权利要求1所述的微电网日内调度计划混合整数规划模型的建模方法，其特征 在于，步骤3中所述经逆变器并网分布式电源的有功、无功出力的线性化约束方程由逆变 器流经电流限制约束、分布式电源最大有功输出限制约束组成； 逆变器流经电流限制约束如下：
式中，Vdg为逆变器所接节点的电压，Iil^为流经逆变器的电流，可通过逆变器的调整保 持恒定，Pdg、Qdg分别为分布式电源发出的有功功率和逆变器发出的无功功率，α为逆变器 流经电流限制约束和分布式电源最大有功输出限制约束的交点的向量角，θ、β分别为无 功约束曲线上两点的向量角，m为无功圆弧线性化分段数，k为整数； 分布式电源最大有功输出限制约束如下： pdg C p < Dti^ 1 min - 1 dg - J max 式中，pfi为分布式电源的最大输出有功功率，P1^n为分布式电源的最小输出有功功 率。
5.根据权利要求1所述的微电网日内调度计划混合整数规划模型的建模方法，其特征 在于，步骤4中所述双馈感应风机的有功、无功出力的线性化约束方程由风机最大定子电 流限制约束、风机最大转子电流限制约束、风机最小最大有功输出限制约束组成； 风机最大定子电流限制约束如下：
式中，Vwt为风机所接节点的电压，I=：为风机的最大定子电流，Pwt和Qwt分别为有功、 无功输出功率，P=X为风机最大有功输出功率，swt为风机的转子速率，s wte (-1，1)，随风速 的波动而变动，但可以通过调节使其为定值，Ph、Qh为最大定子电流限制约束和风机最大有 功输出限制约束的交点功率，PpQ i为最大定子电流限制约束和风机最小有功输出限制约束 的交点功率，式中不等式约束的不等式符号需根据具体数值来决定； 风机最大转子电流限制约束如下：
式中，不等式约束的不等式符号需根据具体数值来决定，Pf、QfS最大转子电流限制约 束和风机最小有功输出限制约束的交点功率，Pg、98为最大转子电流限制约束和风机最大 有功输出限制约束的交点功率，Z=为励磁阻抗，Z二为定子阻抗， a、b、c、d为引入的乘数因 子，其值如下：
式中，IC为励磁电阻，XS为励磁电抗，Rswt为定子电阻，XL为定子电抗。 风机最小最大有功输出限制约束如下：
6. 根据权利要求1所述的微电网日内调度计划混合整数规划模型的建模方法，其特征 在于，步骤5中所述考虑电压幅值的线性化潮流方程如下：
式中，PeJP Qei分别为节点i的发电机有功和无功功率，Pm和QDi分别为节点i的负荷 有功和无功功率；\和^分别为节点i和j的电压幅值；j e i表示节点j与节点i直接 相连，Θ u、Gij和B u分别为节点i与节点j的相角差、电导和电纳，G π和B "分别为节点i 自导纳的实部和虚部，Pu和Q u分别为支路ij的有功和无功功率；G i(l和B i(l分别为支路ij 中节点i的对地电导和电纳； 采用特殊排序集合对％作线性化处理。
7. 根据权利要求1所述的微电网日内调度计划混合整数规划模型的建模方法，其特征 在于，步骤6中所述支路容量线性化约束方程如下：
式中，Su表示支路ij的传输容量极限值，α'、β'为支路容量约束圆#+? SSfy上 两点的向量角，m'为圆内接等边形的边数，k'为整数。
【专利摘要】本发明公开了微电网日内调度计划混合整数规划模型的建模方法，包括以下步骤：1、构建微电网日内调度计划混合整数规划模型的目标函数2、构建柴油同步发电机的有功、无功出力的线性化约束方程；3、构建经逆变器并网分布式电源的有功、无功出力的线性化约束方程；4、构建双馈感应风机的有功、无功出力的线性化约束方程；5、构建考虑电压幅值的线性化潮流方程；6、构建支路容量线性化约束方程；7、结合微电网现有的线性化约束，组成微电网日内调度计划混合整数规划模型，运用混合整数规划求解软件进行求解。本发明的建模方法可有效降低微电网日内调度计划问题的求解复杂度，具有计算速度快、求解精度高和工程实操性强等特点。
【IPC分类】G06Q50-06
【公开号】CN104835080
【申请号】CN201510220659
【发明人】汪隆君, 许海林, 王钢, 丁茂生
【申请人】华南理工大学, 国网宁夏电力公司
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月30日