一种基于Benders分解的独立型交流微电网优化配置方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Benders分解的独立型微电网鲁棒优化容量配置方法。本发明专利技术采用的技术方案包括：1)获取独立型交流微电网的拓扑结构及基本参数；2)用不确定集对可再生能源出力和负荷的不确定性进行表示；3)建立独立型交流微电网的二层鲁棒优化容量配置模型，该模型包括目标函数和系统、设备的运行约束条件；4)构造可行性检验子问题和经济最优子问题，采用拉格朗日对偶方法分别将子问题进行解耦，得到对偶后的目标函数、约束条件以及可行割和不可行割的形式；5)求解容量优化配置问题。本发明专利技术考虑到可再生能源出力的不确定性，能够实现独立型交流微电网的容量优化配置，为合理配置交流微电网各机组容量提供了指导和帮助。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Benders分解的独立型交流微电网优化配置方法
本专利技术属于微电网优化配置
，具体地说是一种基于Benders分解的独立型交流微电网优化配置方法。
技术介绍
随着经济的快速发展和工业化水平的逐渐提高，化石能源逐渐枯竭，环境污染日益严重，充分利用可再生清洁能源发电已成为电力行业的发展趋势。微电网由于能够灵活接入包含风机和光伏等分布式电源，其应用得到了广泛的关注。分布式电源的优化配置是微电网规划的前期主要工作，是微电网经济可靠运行的基础。一方面，微电网电源的优化配置涉及到电源容量配置和运行优化的耦合性。另一方面，在微电网电源优化配置的过程中要对风机、光伏和负荷的功率进行预测，但由于风、光资源和负荷具有较强的间歇性和波动性，会影响系统的经济性和可靠性，因此应充分考虑不确定性因素对系统的影响。现有的研究方法大多数未合理考虑风、光、负荷的不确定性因素对系统经济性的影响，尤其在最恶劣自然条件下保证系统可靠性的最经济运行方式，且未考虑机组台数配置主问题和经济运行子问题的交互影响，因此需要在采用合理方式计及不确定自然条件对优化配置的影响，并且充分考虑主子问题的耦合性对机组台数进行优化配置。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于Benders分解的独立型交流微电网优化配置方法，其考虑风光发电和负荷功率的不确定性，能够实现在最恶劣自然条件下满足可靠性要求的独立型交流微电网优化配置，为合理配置独立型交流微电网各机组的容量提供指导和帮助。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：一种基于Benders分解的独立型交流微电网优化配置方法，其包括：步骤1)，获取交流微电网拓扑结构和基本参数；步骤2)，用不确定集对可再生能源出力和负荷的不确定性进行表示；步骤3)，建立独立型交流微电网的二层鲁棒优化容量配置模型，该模型包括目标函数、系统和设备的运行约束条件；步骤4)，构造独立型交流微电网的二层鲁棒优化容量配置可行性检验子问题和经济最优子问题，采用拉格朗日对偶方法分别将子问题进行解耦，得到对偶后的目标函数、约束条件以及不可行割和最优运行割的形式；步骤5)，采用Benders分解方法求解容量优化配置问题：首先初始化机组台数；对机组台数进行可行性判断，若不可行则添加不可行割，直到机组台数处于可行域内；判断机组台数是否达到最优，通过添加最优运行割使机组台数配置达到运行最优。作为优选，所述的步骤1)具体包括：获取独立型交流微电网的拓扑结构，确定微电网中包含的运行设备及各设备之间的连接关系，获取独立型交流微电网的基本参数。作为优选，所述的独立型交流微电网拓扑结构具体包括：交流母线接有风机、交流负荷及柴油发电机，光伏发电板和蓄电池通过双向换流器连接在交流母线上。作为优选，所述独立型交流微电网的基本参数具体包括：风机、光伏、储能、双向换流器和柴油发电机的设备运行参数，交流负荷参数。作为优选，所述的步骤2)具体包括：用不确定集对可再生能源出力和负荷的不确定性进行表示，具体形式为：式中，i代表不确定集类型，Pi(t)表示风机功率、光伏功率或者负荷功率；Pimean(t)代表风机、光伏发电功率或负荷大小的当前预测值；代表风机、光伏发电功率或者负荷的上限；ΔPi(t)代表风机、光伏发电功率功率或者负荷的下限；ui(t)为引入的二值变量，当取1时，代表Pi(t)处于相应的上限，当ui(t)取1时，代表Pi(t)处于相应的下限，若二者都取0，则风机、光伏发电功率或者负荷处于当前的预测值；b、a分别为变量的上、下限，d、c分别为变量ui(t)的上、下限，通过改变a、b、c、d的值限制不确定集的不确定程度。作为优选，所述的步骤3)具体包括：步骤31)，基于步骤1)和步骤2)，确定独立型交流微电网的二层鲁棒优化容量配置模型的目标函数，以分布式电源净现值投资成本和不确定集作用下的最小运行费用作为二层鲁棒优化容量配置模型的目标函数，分布式电源净现值投资成本包括风机、光伏和柴油发电机的净现值投资成本；最小运行费用包括柴油发电机的运行费用、停电惩罚费用和弃电费用，具体形式为：式中，Ctotal为目标函数的总成本；Cint为净现值投资成本；Copt代表不确定集作用下的运行成本；代表最大不确定条件下的最小运行成本；Cde代表柴油发电机的运行费用；Clsh代表停电惩罚费用，Cdump代表弃电费用；i代表微源的种类；G代表柴油发电机；RES代表风机和光伏发电；S代表储能系统；κit代表机组i的净现值系数；xi代表第i种机组种台数；CPi代表微源i单位功率的初始投资成本，CEi代表储能单位容量的初始投资成本；代表i种微源的额定功率，代表储能的额定容量；η代表单位油耗的价格，F0、F1为比例系数，PGmax代表柴油发电机最大功率，PG(t)为t时刻的柴油发电机功率；υ为单位功率停电惩罚费用；Plsh(t)为t时刻的切负荷量；μ为单位功率弃电费用；Pdump(t)为t时刻的弃电量；步骤32)，基于步骤1)和步骤2)，确定独立型交流微电网二层鲁棒优化容量配置的约束条件，独立型交流微电网在运行中需要满足系统及各设备的运行约束，其中系统约束包括：功率平衡约束：式中，Pi(t)表示t时刻风机功率、光伏功率或者负荷功率；Pdch(t)、Pch(t)分别代表t时刻储能充、放电功率，Plsh(t)代表t时刻的切负荷量，Pload(t)代表t时刻负荷不确定集，Pdump(t)代表由于风光发电过多引起的t时刻系统弃电量；切负荷约束：Plsh(t)≥0，式中，切负荷量大于等于零，全年切负荷量小于等于总负荷，τ表示比例系数；系统弃电量约束：Pdump(t)≥0，式中，系统弃电量大于等于零，全年弃电量小于等于可再生能源发电量，λ表示比例系数；可再生能源功率渗透率约束：式中，全年可再生能源发电功率大于等于总负荷，表示比例系数；各设备的运行约束包括风机、光伏、储能和柴油发电机组的运行约束，其中：风机、光伏的运行约束为：式中，RES代表可再生能源机组，即光伏或风机，xi代表机组台数，Pi(t)代表第i台可再生能源机组的额定功率、w表示迭代次数；柴油发电机组出力约束：式中，柴油发电机发电功率PG(t)小于所有机组额定功率的最大值，表示柴油发电机额定功率最大值，xG表示柴油发电机配置台数，w表示迭代次数；储能运行约束：式中，Pdch(t)为t时刻储能的放电功率；Pdchmax为储能最大放电功率；Pch(t)为t时刻储能的充电功率；Pchmax为储能最大放电功率；E(t)、E(t-1)分别为t时刻和t-1时刻储能的容量；ηc为储能的充电效率；ηd为储能的放电效率；Emin、Emax分别为储能容量的下限和上限，xbat表示储能配置台数，w表示迭代次数。作为优选，所述的步骤4)具体包括：步骤41)，基于步骤1)、步骤2)和步骤3)，构造独立型交流微电网的二层鲁棒优化容量配置可行性检验子问题的目标函数及约束条件，具体形式为：目标函数：minS＝s1+s2+s3，约束条件：0≤Pdch(t)≤Pdchmaxxbatw-1(4)0≤Pch(t)≤Pchmaxxbatw-1(5)E(t)＝E(t-1)+ηcPch(t)-Pdch(t)/ηd(6)Eminxbatw本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Benders分解的独立型交流微电网优化配置方法，其特征在于，该方法包括：步骤1)，获取交流微电网拓扑结构和基本参数；步骤2)，用不确定集对可再生能源出力和负荷的不确定性进行表示；步骤3)，建立独立型交流微电网的二层鲁棒优化容量配置模型，该模型包括目标函数、系统和设备的运行约束条件；步骤4)，构造独立型交流微电网的二层鲁棒优化容量配置可行性检验子问题和经济最优子问题，采用拉格朗日对偶方法分别将子问题进行解耦，得到对偶后的目标函数、约束条件以及不可行割和最优运行割的形式；步骤5)，采用Benders求解容量优化配置问题：首先初始化机组台数；对机组台数进行可行性判断，若不可行则添加不可行割，直到机组台数处于可行域内；判断机组台数是否达到最优，通过添加最优运行割使机组台数配置达到运行最优。

【技术特征摘要】
1.一种基于Benders分解的独立型交流微电网优化配置方法，其特征在于，该方法包括：步骤1)，获取交流微电网拓扑结构和基本参数；步骤2)，用不确定集对可再生能源出力和负荷的不确定性进行表示；步骤3)，建立独立型交流微电网的二层鲁棒优化容量配置模型，该模型包括目标函数、系统和设备的运行约束条件；步骤4)，构造独立型交流微电网的二层鲁棒优化容量配置可行性检验子问题和经济最优子问题，采用拉格朗日对偶方法分别将子问题进行解耦，得到对偶后的目标函数、约束条件以及不可行割和最优运行割的形式；步骤5)，采用Benders求解容量优化配置问题：首先初始化机组台数；对机组台数进行可行性判断，若不可行则添加不可行割，直到机组台数处于可行域内；判断机组台数是否达到最优，通过添加最优运行割使机组台数配置达到运行最优。2.根据权利要求1所述的基于Benders分解的独立型交流微电网优化配置方法，其特征在于，所述的步骤1)具体包括：获取独立型交流微电网的拓扑结构，确定微电网中包含的运行设备及各设备之间的连接关系，获取独立型交流微电网的基本参数。3.根据权利要求2所述的基于Benders分解的独立型交流微电网优化配置方法，其特征在于，所述的独立型交流微电网拓扑结构具体包括：交流母线接有风机、交流负荷及柴油发电机，光伏发电板和蓄电池通过双向换流器连接在交流母线上。4.根据权利要求2所述的基于Benders分解的独立型交流微电网优化配置方法，其特征在于，所述的独立型交流微电网的基本参数具体包括：风机、光伏、储能、双向换流器和柴油发电机的设备运行参数，交流负荷参数。5.根据权利要求1所述的基于Benders分解的独立型交流微电网优化配置方法，其特征在于，所述的步骤2)具体包括：用不确定集对可再生能源出力和负荷的不确定性进行表示，具体形式为：式中，i代表不确定集类型，Pi(t)表示风机功率、光伏功率或者负荷功率；Pimean(t)代表风机、光伏发电功率或负荷大小的当前预测值；代表风机、光伏发电功率或者负荷的上限；ΔPi(t)代表风机、光伏发电功率功率或者负荷的下限；ui(t)为引入的二值变量，当取1时，代表Pi(t)处于相应的上限，当ui(t)取1时，代表Pi(t)处于相应的下限，若二者都取0，则风机、光伏发电功率或者负荷处于当前的预测值；b、a分别为变量的上、下限，d、c分别为变量ui(t)的上、下限，通过改变a、b、c、d的值限制不确定集的不确定程度。6.根据权利要求1所述的基于Benders分解的独立型交流微电网优化配置方法，其特征在于，所述的步骤3)具体包括：步骤31)，基于步骤1)和步骤2)，确定独立型交流微电网的二层鲁棒优化容量配置模型的目标函数，以分布式电源净现值投资成本和不确定集作用下的最小运行费用作为经济优化模型的目标函数，分布式电源净现值投资成本包括风机、光伏和柴油发电机的净现值投资成本；最小运行费用包括柴油发电机的运行费用、停电惩罚费用和弃电费用，具体形式为：式中，Ctotal为目标函数的总成本；Cint为净现值投资成本；Copt代表不确定集作用下的运行成本；代表最大不确定条件下的最小运行成本；Cde代表柴油发电机的运行费用；Clsh代表停电惩罚费用，Cdump代表弃电费用；i代表微源的种类；G代表柴油发电机；RES代表风机和光伏发电；S代表储能系统；κit代表机组i的净现值系数；xi代表第i种机组种台数；CPi代表微源i单位功率的初始投资成本，CEi代表储能单位容量的初始投资成本；代表i种微源的额定功率，代表储能的额定容量；η代表单位油耗的价格，F0、F1为比例系数，PGmax代表柴油发电机最大功率，PG(t)为t时刻的柴油发电机功率；υ为单位功率停电惩罚费用；Plsh(t)为t时刻的切负荷量；μ为单位功率弃电费用；Pdump(t)为t时刻的弃电量；步骤32)，基于步骤1)和步骤2)，确定独立型交流微电网二层鲁棒优化容量配置的约束条件，独立型交流微电网在运行中需要满足系统及各设备的运行约束，其中系统约束包括：功率平衡约束：式中，Pi(t)表示t时刻风机功率、光伏功率或者负荷功率；Pdch(t)、Pch(t)分别代表t时刻储能充、放电功率，Plsh(t)代表t时刻的切负荷量，Pload(t)代表t时刻负荷不确定集，Pdump(t)代表由于风光发电过多引起的t时刻系统弃电量；切负荷约束：Plsh(t)≥0，式中，切负荷量大于等于零，全年切负荷量小于等于总负荷，τ表示比例系数；系统弃电量约束：Pdump(t)≥0，式中，系统弃电量大于等于零，全年弃电量小于等于可再生能源发电量，λ表示比例系数；可再生能源功率渗透率约束：式中，全年可再生能源发电功率大于等于总负荷，表示比例系数；各设备的运行约束包括风机、光伏、储能和柴油发电机组的运行约束，其中：风机、光伏的运行约束为：式中，RES代表可再生能源机组，即光伏或风机，xi代表机组台数，Pi(t)代表第i台可再生能源机组的额定功率、w表示迭代次数；柴油发电机组出力约束：式中，柴油发电机发电功率PG(t)小于所有机组额定功率的最大值，表示柴油发电机额定功率最大值，xG表示柴油发电机配置台数，w表示迭代次数；储能运行约束：式中，Pdch(t)为t时刻储能的放电功率；Pdchmax为储能最大放电功率；Pch(t)为t时刻储能的充电功率；Pchmax为储能最大放电功率；E(t)、E(t-1)分别为t时刻和t-1时刻储能的容量；ηc为储能的充电效率；ηd为储能的放电效率；Emin、Emax分别为储能容量的下限和上限，xbat表示储能配置台数，w表示迭代次数。7.根据权利要求6所述的基于Benders分解的独立型交流微电网优化配置方法，其特征在于，所述的步骤4)具体包括：步骤41)，基于步骤1)、步骤2)和步骤3)，构造独立型交流微电网的二层鲁棒优化容量配置可行性检验子问题的目标函数及约束条件，具体形式为：目标函数：minS＝s1+s2+s3，约束条件：

【专利技术属性】
技术研发人员：赵波，李继红，张雪松，王敏，李鹏，汪湘晋，朱承治，
申请(专利权)人：国网浙江省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，国网浙江省电力公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33