基于改进鲁棒优化的家庭IES多时间尺度经济优化运行方法技术

本发明专利技术公开了一种基于改进鲁棒优化的家庭IES多时间尺度经济优化运行方法，将家庭综合能源系统运行划分为功率互济、峰谷电价和紧急供电模式；针对前两种运行模式，在不影响其后备电源功能的前提下，考虑了家庭IES中新能源出力和负荷的不确定性，构建鲁棒优化问题，并保留了鲁棒优化目标函数的非线性形式，采用了改进的列和约束算法进行求解，实现了具有复杂约束的鲁棒优化问题的求解与应用，解决了源荷不确定带来的综合能源系统最优调度问题，提高了家庭储能系统、燃气发电机利用率，减少了家庭综合能源系统所在区域配网功率波动，提升了电能质量，保障了区域电力供需平衡，有效降低了用户用电成本，并提供了停电等紧急情况下的电力备用。的电力备用。的电力备用。

【技术实现步骤摘要】
基于改进鲁棒优化的家庭IES多时间尺度经济优化运行方法


[0001]本专利技术涉及综合能源优化调度
，具体涉及一种基于改进鲁棒优化的家庭IES多时间尺度经济优化运行方法。

技术介绍

[0002]传统家庭用电依赖大规模建设的配网系统，但随着屋顶光伏、家用燃气发电机等设备的推广，原有家庭供能系统逐渐向综合能源系统转变。光伏、储能、燃气发电机等新型发电单元接入家庭用电系统后，改变了传统家庭用电模式，原有与配网电能单向传输的模式转变为双向交互，原有的能量管理系统采用的顺控方式控制效果一般，已不再适应多种发电单元接入、配网
‑
家庭双向交互的综合能源系统。通过充分挖掘家庭综合能源系统各发电资源，开展多时间尺度经济优化运行方法研究，实现各发电单元间良性互动，提高家庭综合能源系统运行经济性，有效降低用户用电成本，推动储能精细化使用，提升社会综合能效水平。
[0003]现有综合能源系统优化运行方法多通过构造鲁棒优化问题并使用列和约束算法求解，在构造鲁棒优化问题中多采用对非线性目标进行分段线性化近似，但分段数目增多会导致问题求解复杂度急剧增加，有待于鲁棒二次优化问题入手，研究对非线性优化目标进行直接求解的优化算法。

技术实现思路

[0004]本专利技术主要是为了解决现有综合能源系统在构造鲁棒优化问题中多采用对非线性目标进行分段线性化近似，但分段数目增多会导致问题求解复杂度急剧增加的问题，提供了一种基于改进鲁棒优化的家庭IES多时间尺度经济优化运行方法，可以解决源荷不确定带来的综合能源系统最优调度问题，提高了家庭储能系统、燃气发电机利用率，减少了家庭综合能源系统所在区域配网功率波动，提升了电能质量，保障了区域电力供需平衡，有效降低了用户用电成本，并提供了停电等紧急情况下的电力备用。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。
[0006]基于改进鲁棒优化的家庭IES多时间尺度经济优化运行方法，该方法基于家庭综合能源系统所在区域的配网负荷功率及新能源出力进行优化，其中，配网负荷功率是指家庭区域内的配网分配电能对应的各类用户的总负荷功率；新能源是指家庭区域内的新能源发电设备，如光伏设备、风力发电设备等，具体包括以下步骤：步骤S1：依据系统内负荷功率及新能源出力，通过家庭综合能源管理系统下达控制指令，使系统进入预定模式运行；步骤S2：通过系统历史运行数据，结合现有新能源功率预测技术与负荷预测技术，获得家庭综合能源系统的新能源出力与负荷功率预测数值上下限，并以盒式不等式形式进行表示；步骤S3：构建用于家庭综合能源系统多时间尺度经济优化运行策略求解的鲁棒优
化模型；步骤S4：应用改进的列和约束生成算法求解上述鲁棒优化问题；步骤S5：将步骤S4中求解的鲁棒优化问题最优解作为一个调度周期内家用燃气发电机、储能系统出力应用于家庭综合能源系统；本专利技术将家庭综合能源系统运行划分为功率互济、峰谷电价和紧急供电模式；针对前两种运行模式，在不影响其后备电源功能的前提下，考虑了家庭综合能源系统中新能源出力和负荷的不确定性，针对系统运行的新增的两种运行模式构建鲁棒优化问题，并保留了鲁棒优化目标函数的非线性形式，采用了改进的列和约束算法进行求解，实现了具有复杂约束的鲁棒优化问题的求解与应用，可以解决源荷不确定带来的综合能源系统最优调度问题，提高了家庭储能系统、燃气发电机利用率，减少了家庭综合能源系统所在区域配网功率波动，提升了电能质量，保障了区域电力供需平衡，有效降低了用户用电成本，并提供了停电等紧急情况下的电力备用。
[0007]作为优选，步骤S1中，所述预定模式分为三种：1)功率互济模式：该模式将负荷用电需求较低时系统新能源冗余出力通过储能进行存储，并在负荷用电高峰时释放，通过储能提供短时间功率支撑，使得经多时间尺度优化调度后的系统负荷曲线相对平缓；2)峰谷电价模式：参与电网分时电价运行，在电价较低对储能进行充电，在电价较高时对储能进行放电，通过电价差获利；3)紧急供电模式：在上级电网因故障停电的情况下，储能系统出力最大化，在短时间尺度尽可能保障家庭重要负荷供电，随后启动家用燃气发电机，在长时间尺度内为家庭负荷进行供电。
[0008]作为优选，步骤S2中，盒式不等式形式表示如下：P
pv,t,min
≤P
pv,t
≤P
pv,t,max
P
load,t,min
≤P
load,t
≤P
load,t,max
其中，P
pv,t
为t时刻新能源出力，P
pv,t,max
、P
pv,t,min
分别为P
pv,t
的上界与下界，P
load,t
为t时刻不确定的配网负荷功率，P
load,t,max
、P
load,t,min
分别为P
load,t
的上界与下界。
[0009]作为优选，步骤S3中，所述鲁棒优化模型为：其中，u是家庭综合能源管理系统在一个调度周期中下发的新能源出力与负荷功率预测值构成的向量，其取值范围U是多个独立于y的多面体；y是由家庭储能系统充电功率上限和放电功率上限构成的向量，其取值范围Y是独立于u的多面体；x是一个调度周期内家庭储能系统与配网交易电能构成的向量，其取值范围由u和y组成的线性约束条件决定。
[0010]作为优选，步骤S4的具体过程，包括以下步骤：步骤S41：设置LB＝
‑
∞，UB＝+∞，迭代计数k＝1，定义离散集V，任取U的一个顶点作为离散集V最初的元素；步骤S42：求解MPs.t.η≥f(y,u
i
,x
i
),(u
i
∈V),y∈Yx
i
∈F(y,u
i
),(u
i
∈V),解得更新如果UB与
LB的差值小于预设的允许误差，则进入步骤S45；步骤S43：求解SPs.t.u∈U解得将加入离散集V，若则更新并记录作为当前最优的y；如果UB与LB的差值小于预设的允许误差，则进入步骤S45；步骤S44：为MP添加变量x
k+1
，为MP添加约束，为MP添加约束更新k＝k+1，进入步骤S42；步骤S45：返回y
*
作为原鲁棒问题的最优解，结束算法。
[0011]作为优选，在功率互济模式下，优化目标函数f(y,u,x)为系统功率波动平抑评价指标：式中：w1,w2分别为成本与功率的权值，取值为[0,1]；C
var
为区域配网总功率方差，表示为：其中，P
buy,t
‑
P
sell,t
＝P
load,t
‑
P
pv,t
+P
b+,t
‑
P
b
‑
,t
所在区域配网总功率表示为P
buy,t
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于改进鲁棒优化的家庭IES多时间尺度经济优化运行方法，其特征在于，所述方法基于家庭综合能源系统运行状态进行优化，包括以下步骤：步骤S1：依据系统内负荷功率及新能源出力，通过家庭综合能源管理系统下达控制指令，使系统进入预定模式运行；步骤S2：通过系统历史运行数据，结合现有新能源功率预测技术与负荷预测技术，获得家庭综合能源系统的新能源出力与负荷功率预测数值上下限，并以盒式不等式形式进行表示；步骤S3：构建用于家庭综合能源系统多时间尺度经济优化运行策略求解的鲁棒优化模型；步骤S4：应用改进的列和约束生成算法求解上述鲁棒优化问题；步骤S5：将步骤S4中求解的鲁棒优化问题最优解作为一个调度周期内家用燃气发电机、储能系统出力应用于家庭综合能源系统。2.根据权利要求1所述的基于改进鲁棒优化的家庭IES多时间尺度经济优化运行方法，其特征在于，步骤S1中，所述预定模式分为三种：1)功率互济模式：该模式将负荷用电需求较低时系统新能源冗余出力通过储能进行存储，并在负荷用电高峰时释放，通过储能提供短时间功率支撑，使得经多时间尺度优化调度后的系统负荷曲线相对平缓；2)峰谷电价模式：参与电网分时电价运行，在电价较低对储能进行充电，在电价较高时对储能进行放电，通过电价差获利；3)紧急供电模式：在上级电网因故障停电的情况下，储能系统出力最大化，在短时间尺度尽可能保障家庭重要负荷供电，随后启动家用燃气发电机，在长时间尺度内为家庭负荷进行供电。3.根据权利要求1所述的基于改进鲁棒优化的家庭IES多时间尺度经济优化运行方法，其特征在于，步骤S2中，盒式不等式形式表示如下：P
pv,t,min
≤P
pv,t
≤P
pv,t,max
P
load,t,min
≤P
load,t
≤P
load,t,max
其中，P
pv,t
为t时刻新能源出力，P
pv,t,max
、P
pv,t,min
分别为P
pv,t
的上界与下界，P
load,t
为t时刻不确定的配网负荷功率，P
load,t,max
、P
load,t,min
分别为P
load,t
的上界与下界。4.根据权利要求2所述的基于改进鲁棒优化的家庭IES多时间尺度经济优化运行方法，其特征在于，步骤S3中，所述鲁棒优化模型为：其中，u是家庭综合能源管理系统在一个调度周期中下发的新能源出力与负荷功率预测值构成的向量，其取值范围U是多个独立于y的多面体；y是由家庭储能系统充电功率上限和放电功率上限构成的向量，其取值范围Y是独立于u的多面体；x是一个调度周期内家庭储能系统与配网交易电能构成的向量，其取值范围由u和y组成的线性约束条件决定。5.根据权利要求1所述的基于改进鲁棒优化的家庭IES多时间尺度经济优化运行方法，其特征在于，步骤S4的具体过程，包括以下步骤：步骤S41：设置LB＝
‑
∞，UB＝+∞，迭代计数k＝1，定义离散集V，任取U的一个顶点作为离散集V最初的元素；步骤S42：求解MP
y∈Y解得更新如果UB与LB的差值小于预设的允许误差，则进入步骤S45；步骤S43：求解SPs.t.u∈U解得将加入离散集V，若则更新并记录作为当前最优的y；如果UB与LB的差值小于预设的允许误差，则进入步骤S45；步骤S44：为MP添加变量x
k+1
，为MP添加约束，为MP添加约束更新k＝k+1，进入步骤S42；步骤S45：返回y
*
作为原鲁棒问题的最优解，结束算法。6.根据权利要求4所述的基于改进鲁棒优化的家庭IES多时间尺度经济优化运行方法，其特征在于，在功率互济模式下，优化目标函数f(y,u,x)为系统功率波动平抑评价指标：式中：w1,w2分别为...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱重希，胡遨洋，花志伟，李鑫，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司桐乡市供电公司，
类型：发明
国别省市：