微電網(wǎng)群優(yōu)化調(diào)度研究

微電網(wǎng)群優(yōu)化調(diào)度研究

1小型發(fā)配電系統(tǒng)微電網(wǎng)是指由各種分布電源、能源電子變體、能源消耗、能源負(fù)荷、儲能設(shè)備和保護(hù)裝置組成的小型發(fā)供電系統(tǒng)，可以進(jìn)行自我控制和管理。按照是否與常規(guī)的電網(wǎng)聯(lián)結(jié),微電網(wǎng)可以分為并網(wǎng)型和獨(dú)立型2基于柴油行業(yè)的成本模型2.1微電網(wǎng)群系統(tǒng)隨著分布式發(fā)電滲透率的提高,微電網(wǎng)憑借其可靠、高效、環(huán)保、可持續(xù)性的能源清潔及靈活的發(fā)電模式、線路損耗小等優(yōu)點(diǎn)得到了空前的發(fā)展。隨著微電網(wǎng)量的增多,將鄰近的n個微電網(wǎng)組成一個互聯(lián)的微電網(wǎng)群系統(tǒng)。多微電網(wǎng)的互聯(lián)運(yùn)行在現(xiàn)實(shí)生活中具有非常大的應(yīng)用前景,不僅能夠大大降低自下而上的故障恢復(fù)時間,還可以提高故障情況下各微電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。2.2微電網(wǎng)群集ac總線網(wǎng)絡(luò)實(shí)名由n個微電網(wǎng)構(gòu)成的系統(tǒng)稱為微電網(wǎng)群,也稱之為微網(wǎng)群。各個微電網(wǎng)之間通過AC總線物理連接,因此稱為群集AC總線。每個微電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)(EMS)都會收集關(guān)于各自產(chǎn)生能量存儲和負(fù)載的本地信息,然后經(jīng)由城域網(wǎng)向其他微電網(wǎng)的EMS傳送和廣播信息,形成一個完整的、信息交互的微電網(wǎng)群EMS。具體示意圖如圖1所示。2.3dg柴油發(fā)電機(jī)可擴(kuò)充型生物主導(dǎo)設(shè)備在一個完整的微電網(wǎng)中,通常不考慮光伏和電池的發(fā)電成本,只考慮柴油發(fā)電機(jī)(DG)的發(fā)電成本。DG在微電網(wǎng)中作為一種小型分布式發(fā)電設(shè)備,以柴油為燃料,是原動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電的一種動力機(jī)械。柴油發(fā)電機(jī)組屬于非連續(xù)性運(yùn)行發(fā)電設(shè)備,若連續(xù)運(yùn)行超過了12h,則其輸出功率將會降低到額定功率的90%左右。盡管柴油發(fā)電機(jī)組的功率較低,但由于其體積小、靈活、輕便、配套齊全、便于操作和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn),DG經(jīng)常作為一種重要分布式電源。柴油發(fā)電機(jī)組作為削峰填谷的分布式后備電源,一般情況下,DG的成本與輸出功率之間的關(guān)系表達(dá)式如下:式中:C3為區(qū)塊微供電設(shè)計(jì)集中管理3.1不同光伏誤差的滾動式聯(lián)合優(yōu)化在實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)群優(yōu)化調(diào)度之前,先從滾動優(yōu)化以及模型預(yù)測控制的角度來對單個微電網(wǎng)EMS進(jìn)行優(yōu)化。建立系統(tǒng)模型前,根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)對未來進(jìn)行預(yù)測。首先用擬合辦法對現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到相應(yīng)長時域預(yù)測模型;然后進(jìn)一步依據(jù)當(dāng)前實(shí)測值對預(yù)測模型進(jìn)行修正。設(shè)當(dāng)前實(shí)測偏差值為Δx(k/k),將該偏差疊加到滾動優(yōu)化中,既考慮對當(dāng)前數(shù)據(jù)的修正,又避免模型的大幅變動。預(yù)測示意圖如圖2所示。微網(wǎng)系統(tǒng)主要由光伏、電池、DG以及負(fù)載組成,以上的滾動優(yōu)化主要針對光伏進(jìn)行優(yōu)化。假設(shè)第k天的光伏曲線如圖3a所示,根據(jù)第k天的光伏曲線對第k+1天的光伏曲線進(jìn)行滾動優(yōu)化。該優(yōu)化以2h為一個優(yōu)化周期。將優(yōu)化周期分為4個均等的時段進(jìn)行滾動優(yōu)化,例如第k天8:00的光伏能量為首先對單個微電網(wǎng)約束條件進(jìn)行討論,從單個離網(wǎng)運(yùn)行的微電網(wǎng)功率平衡條件進(jìn)行分析,功率平衡方程可以表示如下:式中:P其中預(yù)測總負(fù)載還包含了預(yù)測關(guān)鍵負(fù)載L對于單個微電網(wǎng),在光伏預(yù)測發(fā)電功率已知的情況下,可以制定每個調(diào)度周期內(nèi)可控電源以及電池提供功率的出力計(jì)劃,使得運(yùn)行成本的最小化,優(yōu)化目標(biāo)如下式:式中:P式(4)表示以DG的輸出功率來保證關(guān)鍵負(fù)載的供電,因此必須大于L3.2基于多個微電網(wǎng)群的滾動式聯(lián)合分布優(yōu)化在上一節(jié)中對單個微電網(wǎng)的約束條件進(jìn)行了分析,而在微電網(wǎng)中往往是由多個微電網(wǎng)組成的微電網(wǎng)群使得能量得到更好的利用,對微電網(wǎng)群進(jìn)行滾動優(yōu)化。首先同單個微電網(wǎng)一樣對整個微電網(wǎng)群進(jìn)行能量預(yù)測,建立約束條件,然后進(jìn)行價(jià)格目標(biāo)的優(yōu)化。3.2.1光伏電源個數(shù)從整個微電網(wǎng)群功率平衡條件進(jìn)行分析,在每個預(yù)測時刻i的功率平衡方程可以表示如下:式中:X為整個微網(wǎng)群的光伏電源個數(shù);Y為DG的個數(shù);Z為電池電源的個數(shù);M為總負(fù)載個數(shù),其中負(fù)載關(guān)系與單個微電網(wǎng)的負(fù)載關(guān)系相同。微電網(wǎng)群中每個微電網(wǎng)輸出能量不同,會導(dǎo)致每個微電網(wǎng)有不同的交換功率P根據(jù)上式可以推導(dǎo)出單個微電網(wǎng)DG的成本函數(shù)如下:式中:c取交換功率為自變量,又可得:3.2.2admm算法在所涉及到的成本函數(shù)中,主要對DG的發(fā)電成本進(jìn)行優(yōu)化,得到以下優(yōu)化問題:式中,考慮到價(jià)格函數(shù)為凸函數(shù),可以看出上述問題是一個最佳交換問題的類別,同樣可以通過ADMM來解決這個問題。由ADMM原理可推導(dǎo)出分布式優(yōu)化迭代的最終形式為:式中:ρ為懲罰系數(shù);λ具體算法步驟如下,其中ε為收斂誤差:①初始化λ=0,q=1,計(jì)算P4模擬和實(shí)驗(yàn)4.1有能量流動系統(tǒng)為了驗(yàn)證針對微電網(wǎng)群提出的分布式EMS優(yōu)化控制器算法的實(shí)用性,通過搭建微電網(wǎng)IMS架構(gòu)進(jìn)行仿真。如圖6所示,虛線表示通信線路,實(shí)線表示電力線路。如圖6所示,微電網(wǎng)群由m(m≥2)個微電網(wǎng)組成,單個微電網(wǎng)又由光伏PV、儲能電池BESS、分布式DG組成能量流動系統(tǒng)。每個微電網(wǎng)的配置和參數(shù)為:PV由圖7可見,每個微電網(wǎng)期望交換功率不同,正值表示能量過剩,可以往外輸送能量;負(fù)值表示能量不足,需要從其他微電網(wǎng)輸入能量。初始迭代階段,各微網(wǎng)期望交換功率都為負(fù),所有微電網(wǎng)均希望從其他微網(wǎng)輸入功率。該優(yōu)化周期內(nèi),隨著迭代次數(shù)增加,式(11)第1式中拉格朗日乘子不斷累加,各微電網(wǎng)交換功率也隨著各微電網(wǎng)發(fā)出電力的調(diào)整而改變,直到迭代55次之后,微電網(wǎng)群所有發(fā)出電力與總負(fù)荷持平,平均交換功率接近于零時收斂,收斂之后各微電網(wǎng)交換功率保持不變,收斂時交換功率之和接近于零,此時調(diào)度為該時段內(nèi)最優(yōu)化。4.2微網(wǎng)群分配調(diào)度優(yōu)化通過實(shí)驗(yàn)室搭建的3個微電網(wǎng)組成微網(wǎng)群平臺進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。單個微電網(wǎng)平臺主要組成部分為:蓄電池組、用戶負(fù)載、分布式逆變器、光伏列陣、DG。所搭建的微網(wǎng)群中各微電網(wǎng)配置參數(shù)如下:PV為了模擬實(shí)際情況,設(shè)計(jì)各微電網(wǎng)負(fù)荷功率分別為1kW,3kW,4kW,每10min進(jìn)行調(diào)度優(yōu)化,周期內(nèi)進(jìn)行迭代優(yōu)化計(jì)算,得到迭代過程中各微電網(wǎng)交換功率曲線如圖8所示。如圖8中曲線所示,隨著迭代次數(shù)的增加,各微電網(wǎng)的輸出功率不斷進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,約16個迭代步驟之后,系統(tǒng)交換功率之和趨于零,達(dá)到收斂條件,得到此周期調(diào)度最優(yōu)解。5優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)首先對微電網(wǎng)中柴油發(fā)電機(jī)的成本計(jì)算進(jìn)行了介紹,對微電網(wǎng)中光伏能量、關(guān)鍵負(fù)載以及非關(guān)鍵負(fù)載進(jìn)行了預(yù)測,然后結(jié)合預(yù)測值對單個微