[发明专利]基于场景分析的交直流混合微网分区二层优化运行方法

权利要求书

1.一种基于场景分析的交直流混合微网分区二层优化运行方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)以交直流混合微网日前优化调度为对象，在小时级时间尺度计及风电、光伏和负荷功率的不确定性，基于交直流混合微网风电、光伏和负荷功率预测出力数据，采用不确定性场景分析中的随机模拟及反向场景缩减技术得到风电、光伏和负荷功率最终典型场景集；

2)考虑风电、光伏和负荷功率随机波动会引起的有功功率调整，根据最终典型场景集中的每个典型场景，引入期望再调度成本建立交直流混合微网分区二层优化运行模型，其中，下层从属者包括交、直流区域优化运行子中心，分别以各区域内的DG出力为决策变量，以各区域运行成本最小为目标函数，以各区域功率平衡约束和DG运行约束为约束条件；上层领导者是交直流混合微网优化运行中心，是以交、直流区DG等值总发电量及从大电网购/售电量为决策变量，以微网综合运行成本最小为目标函数，以微网整体功率平衡约束、并网点传输功率限制约束和潮流断面传输功率约束为约束条件；

所述的交直流混合微网分区二层优化运行模型中，下层从属者的目标函数和约束条件如下：

分区二层优化模型的下层从属者包括交流区优化运行子中心和直流区优化运行子中心，其中，

(1)交流区优化运行子中心的目标函数和约束条件

交流区优化运行子中心以交流区综合运行成本C_AC最小为目标函数，C_AC包括交流区基本运行成本C_yx.AC和期望再调度成本C_zdd.AC，交流区基本运行成本C_yx.AC由微燃机成本C_MT、柴油发电机成本C_DEG、风电机组成本C_WT以及交流区功率损耗成本C_AC.loss组成，不考虑风机发电成本，风电机组成本C_WT只计及风电机组运维成本C_om.WT及弃风成本C_cut.MT，交流区优化运行子中心的目标函数minf_AC表示如下：

minf_AC＝minC_AC＝C_yx.AC+C_zdd.AC

其中，T为一个调度周期的时段数；I₁为交流区DG集合，包括微燃机MT、柴油发电机DEG、风电机组WT，即I₁＝{MT,DEG,WT}；P_i^t为日前优化运行方案中交流区可调度资源i在时段t的期望出力；为典型场景s下交流区可调度资源i在时段t的出力；β_i^t为交流区可调度资源i在时段t的再调度运行费用系数；K_MT、K_DEG、K_WT分别为微燃机、柴油发电机、风电机组的运维系数；c_ng为天然气价格；LHV_ng为天然气低热值；为微燃机的发电效率；P_MT,N表示微燃机的额定容量；N_p表示污染物种类总数；c_p表示第p种污染物单位排放量的环境折算成本，单位为元/kg；λ_MT,p、λ_DEG,p分别为MT、DEG第p种污染物的单位排放量；λ_WT表示单位弃风成本；表示时段t的弃风量；为从大电网购电价；表示交流区可调度资源i所接换流器在时段t的传输效率；

交流区优化运行子中心满足的等式约束为：交流区功率平衡约束，不等式约束包括交流区微源出力上下限约束、爬坡率限制约束，其中：

交流区功率平衡约束：

交流区微源出力上下限约束：

P_i^min≤P_i^s,t≤P_i^max

爬坡率限制约束：

其中，s＝0,1,…,N^*，当s＝1,…,N^*时表示第s个典型场景，把s＝0理解为一个虚拟场景，该虚拟场景下各时段可调度资源有功功率解向量为最终的日前优化运行方案；为场景s下时段t从大电网购/售电量，购电为正，售电为负；为场景s下时段t交流区等值负荷；为潮流断面中功率传输方向标识，潮流断面中的功率从交流区流向直流区时从直流区流向交流区时为在时段t交直潮流断面区域中流入直流母线的传输功率，从交流区向直流区传输为正，从直流区向交流区传输为负；为交直潮流断面区域AC/DC双向换流器的传输效率；P_i^s,t-1为交流区可调度资源i在场景s下时段t-1的输出功率，P_i^max和P_i^min分别为交流区可调度资源i的出力上限和下限，P_i^up和P_i^down分别为交流区可调度资源i的向上和向下爬坡率阈值，风电机组不考虑爬坡限制；

(2)直流区优化运行子中心的目标函数和约束条件

直流区优化运行子中心以直流区综合运行成本C_DC最小为目标函数，C_DC包括直流区基本运行成本C_yx.DC和期望再调度成本C_zdd.DC，直流区基本运行成本C_yx.DC由燃料电池成本C_FC、蓄电池综合运行成本C_SB、光伏电池成本C_PV以及直流区功率损耗成本C_DC.loss组成，不考虑光伏电池的发电成本，光伏电池成本C_PV只计及光伏电池运维成本C_om.PV及弃光成本C_cut.PV，直流区优化运行子中心的目标函数minf_DC表示如下：

minf_DC＝minC_DC＝C_yx.DC+C_zdd.DC

其中，I₂为直流区DG集合，包括光伏发电PV、燃料电池FC、蓄电池SB，即I₂＝{PV,FC,SB}；P_i^t为日前优化运行方案中直流区可调度资源i在时段t的期望出力；为典型场景s下直流区可调度资源i在时段t的出力；为直流区可调度资源i在时段t的再调度运行费用系数；K_FC、K_PV分别为燃料电池、光伏电池的运维系数；为燃料电池的发电效率；λ_FC,p为燃料电池FC第p种污染物的单位排放量；λ_PV表示单位弃光成本；表示时段t的弃光量；表示直流区可调度资源i所接换流器在时段t的传输效率；表示蓄电池所接DC/DC换流器在时段t的传输效率；表示蓄电池充放电标志，充电时放电时C_SB包含蓄电池的充放电功率损耗成本C_SB.loss和寿命损耗成本C_SB.life，计及储能运行的动态过程，C_SB.life采用积分计算模型，表示蓄电池在时段t的充放电功率，放电为正，充电为负；分别表示蓄电池的充、放电效率；S_SOC(t)表示蓄电池在时段t的荷电状态；f(S_SOC)为寿命损耗成本与S_SOC之间的关系函数；

直流区优化运行子中心满足的等式约束包括：直流区功率平衡约束、蓄电池前后时间段充放电功率平衡约束、蓄电池始末荷电状态不变约束，不等式约束包括光伏发电出力上下限约束、燃料电池出力上下限约束、燃料电池爬坡率限制约束、蓄电池单位时间充放电功率上下限约束、蓄电池荷电状态上下限约束，其中：

直流区功率平衡约束：

蓄电池前后时间段充放电功率平衡约束：

蓄电池始末荷电状态不变约束：

光伏发电出力上下限约束：

燃料电池出力上下限约束：

燃料电池爬坡率限制约束：

蓄电池单位时间充放电功率上下限约束：

蓄电池荷电状态上下限约束：

其中，约束条件中s＝0,1,…,N^*，当s＝1,…,N^*时表示第s个典型场景，把s＝0理解为一个虚拟场景，该虚拟场景下各时段可调度资源有功功率解向量为最终的日前优化运行方案；为场景s下时段t直流区等值负荷；和为蓄电池在场景s中时段t和时段t+1的荷电状态；Q_SB为蓄电池的额定容量；和为蓄电池在场景s下调度周期始、末的荷电状态；为燃料电池在场景s中时段t-1的输出功率；和为光伏发电的出力上限和下限；和为燃料电池的出力上限和下限；和为燃料电池的向上和向下爬坡率阈值；为蓄电池充、放电功率的上限，均为正值；S_SOC.min和S_SOC.max为蓄电池荷电状态的下限和上限；

所述的交直流混合微网分区二层优化运行模型中，上层领导者的目标函数和约束条件如下：

分区二层优化模型的上层领导者是交直流混合微网优化运行中心，以交流区DG等值总发电量、直流区DG等值总发电量、向大电网购/售电量为决策变量，以整个微网的综合运行成本C_zh最小为目标函数，整个微网的综合运行成本C_zh由交流区运行成本C_AC、直流区运行成本C_DC、微网向大电网购/售电费用/收益C_grid和潮流断面功率变换损耗成本C_ILC.loss构成，目标函数minF表示如下：

minF＝minC_zh＝C_AC+C_DC+C_grid+C_ILC.loss

其中，T为一个调度周期的时段数；为从大电网购电价；为时段t向大电网售电价；为最终日前优化运行方案中在时段t向大电网购/售电量，购电为正，售电为负；为交直潮流断面区域AC/DC双向换流器在时段t的功率变换损耗；为潮流断面中功率传输方向标识，潮流断面中的功率从交流区流向直流区时从直流区流向交流区时为在时段t交直潮流断面区域流入直流母线的传输功率，从交流区流向直流区传输为正，从直流区向交流区传输为负；为交直潮流断面区域AC/DC双向换流器的传输效率；

上层约束条件包括交直流混合微网功率平衡约束、并网点传输功率限制约束、潮流断面传输功率约束，其中：

交直流混合微网功率平衡约束：

并网点传输功率限制约束：

潮流断面传输功率约束：

其中，为交流区DG等值总发电量，为直流区DG等值总发电量，表示并网点的最大传输功率；表示交直潮流断面双向换流器的最大传输功率；

3)采用混沌黑洞粒子群算法结合Yalmip优化软件求解交直流混合微网分区二层优化运行模型。