通过三阶段分布鲁棒优化的微电网储能容量配置方法

专利2025-04-11  32


本发明涉及微电网控制的技术,特别是涉及一种通过三阶段分布鲁棒优化的微电网储能容量配置方法的技术。


背景技术:

1、随着可再生能源(如光伏和风电)在能源结构中所占比例不断增加,系统的惯性不断减弱。此外,可再生能源的输出具有间歇性和波动性等特征,给系统发电与负荷维持功率平衡带来了巨大挑战。微电网作为可再生能源的主要承载体,储能系统可以增强微电网的调节能力,并通过采用下垂控制等策略来增强微电网的惯性和一次调频能力。然而,储能系统的投资在微电网规划建设中所占比重较大,确定适当的储能容量配置能降低微电网的能源消纳并提高微电网的运行经济性,但是目前还没有行之有效的微电网储能容量配置方法。


技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的缺陷,本发明所要解决的技术问题是提供一种能有效实现兼顾可再生能源消纳与运行经济性的通过三阶段分布鲁棒优化的微电网储能容量配置方法。

2、为了解决上述技术问题,本发明所提供的一种通过三阶段分布鲁棒优化的微电网储能容量配置方法,其特征在于,具体步骤如下:

3、步骤101:将每日划分为多个调度时段,并将微电网储能容量的配置分为三个阶段,其中的第一阶段为储能容量配置阶段,第二阶段为预调度阶段,第三阶段则为再调度阶段;

4、构建三阶段微电网分布鲁棒优化的微电网储能容量配置模型,具体模型公式为:

5、min ci+cd-δa

6、

7、

8、式中,min为取后序公式的最小值,ci为微电网的储能投资成本,cd为微电网的储能系统调度成本,a为微电网的可再生能源消纳概率,δ为微电网的可再生能源消纳权重系数;

9、式中,s为微电网中的储能装置的集合,s为s中的储能装置,csp为微电网中储能系统的功率成本,css为微电网中储能系统的电量成本,为储能装置s配置的最大功率,为储能装置s配置的最大电量,ts为微电网中储能系统的使用期限,m为微电网中储能系统的日均维护成本;

10、式中,t为每日的调度时段的集合,t为t中的调度时段,g为微电网中的火电机组的集合,g为g中的火电机组,pgt为火电机组g在t时段的预调度出力,fg(pgt)为火电机组g在t时段的燃料成本,为火电机组g的空载成本,xgt为火电机组g在t时段的开关状态值,为火电机组g的启动成本,ugt为火电机组g在t时段的启动状态值,为为火电机组g的关停成本,vgt为火电机组g在t时段的关停状态值,cb为微电网向上游电网购电的价格,cs为微电网向上游电网售电的价格,为微电网在t时段向上游电网购电的功率量,为微电网在t时段向上游电网售电的功率量;

11、步骤102:构建微电网储能容量配置模型中三个阶段优化目标的约束条件;

12、102.1)储能容量配置阶段的约束条件为:

13、

14、式中,为储能装置s所能允许的最大功率,为储能装置s所能允许的最大电量;

15、102.2)预调度阶段的约束条件包括:微电网平衡约束,火电机组约束,储能装置运行约束,pcc交互功率约束;

16、102.2.1)微电网平衡约束条件为:

17、

18、式中,k为微电网中的风电机组的集合,k为k中的风电机组,为风电机组k在t时段的风机出力,为储能装置s在t时段的充电功率,为储能装置s在t时段的放电功率,n为微电网中的节点的集合,微电网中的节点是指微电网中的火电机组、风电机组,n为n中的节点,dnt为节点n在t时刻的负荷需求;

19、102.2.2)火电机组约束条件包括火电机组启停约束、火电机组出力约束、火电机组爬坡率约束;

20、火电机组启停约束为:

21、

22、

23、式中,xgt-1为火电机组g在t-1时段的开关状态值,xgi为火电机组g在i时段的开关状态值,utg为火电机组g的最小开启时间,dtg为火电机组g的最小关停时间;

24、火电机组出力约束为:

25、

26、式中,为火电机组g的出力下限值,为火电机组g的出力上限值;

27、火电机组爬坡率约束为:

28、

29、式中,为火电机组g在关机状态下的单位时间向下爬坡能力,为火电机组g在开机状态下的单位时间向上爬坡能力,为火电机组g在运行状态下的单位时间向下爬坡能力,为火电机组g在运行状态下的单位时间向上爬坡能力,δd为调度间隔时长,pgt-1为火电机组g在t-1时段的预调度出力;

30、102.2.3)储能装置运行约束条件为:

31、

32、

33、

34、

35、s0=st

36、式中,sst为储能装置s在t时段的充电量,ss(t+1)为储能装置s在t+1时段的充电量,为储能装置s在t时段的最大允许电量,β为储能装置的自放电率,ηc为储能装置的充电效率,ηd为储能装置的放电效率,δds为储能装置s的充放电时长,s0为储能装置在调度周期初始时的电量,st为储能装置在调度周期结束时的电量;

37、102.2.4)pcc交互功率约束

38、

39、

40、式中,ppcc,max为微电网和上游电网之间的联络线的最大传输功率;

41、102.3)再调度阶段的约束条件为:

42、

43、a0≤a≤1

44、

45、式中,inf为取后序公式的下确界,p为ξt的概率分布函数,ξt为微电网中的风电机组在t时段的实际出力相对其预测出力的偏差量,为微电网中的风电机组在t时段的波动范围的下界,为微电网中的风电机组在t时段的波动范围的上界,a0为a的下限值,d为p的模糊集,ep为数学期望,var为方差,ξkt为微电网中的风电机组k在t时段的实际出力相对其预测出力的偏差量,μkt为ξkt的数学期望值,为ξkt的方差,ξkt是关于μkt单峰的是指概率分布函数p在μkt之前是非递减的,并且在μkt之后是非递增的;μkt为风电机组k在t时段的实际出力相对其预测出力的偏差量;

46、步骤103:构建微电网的频率变化约束条件为:

47、δfmin≤δf≤δfmax

48、

49、式中,δfmin为微电网的频率偏差下限,δfmax为微电网的频率偏差上限,rocof为微电网的频率变化率,为微电网的频率变化率下限,为微电网的频率变化率上限;

50、步骤104:构建微电网的旋转动能关系式为:

51、

52、式中,heq,t为微电网中的节点在t时段的等效惯量常数,esys为微电网的总装机容量,hg为微电网中的火电机组g的惯性常数,hs为微电网中的储能装置s的惯性常数;

53、步骤105:根据微电网频率变化约束条件及微电网的旋转动能关系式,通过gurobi求解器对微电网储能容量配置模型进行求解,根据求解得到的微电网储能容量配置模型公式,对微电网储能容量进行配置。

54、本发明提供的通过三阶段分布鲁棒优化的微电网储能容量配置方法,基于矩信息构建可再生能源处理随机变量的概率分布模糊集,联合优化储能容量配置、日前调度及微电网可再生能源消纳能力,模型求解考虑了微电网频率变化及微电网的旋转动能惯性,能够保证频率在正常范围内变化,解决功率波动及频率稳定性问题,能够求解出在可再生能源出力最差概率分布下的储能容量配置结果,有效实现兼顾可再生能源消纳与运行经济性的微电网储能容量配置。


技术特征:

1.一种通过三阶段分布鲁棒优化的微电网储能容量配置方法,其特征在于,具体步骤如下:


技术总结
一种通过三阶段分布鲁棒优化的微电网储能容量配置方法,涉及微电网控制技术领域。该方法将微电网储能容量的配置分为三个阶段,分别为储能容量配置阶段、预调度阶段、再调度阶段,并依此构建三阶段微电网分布鲁棒优化的微电网储能容量配置模型,模型中考虑了储能投资成本、储能系统调度成本、可再生能源消纳概率,及火电机组的预调度出力,及火电机组的各种成本;并构建了微电网储能容量配置模型中三个阶段优化目标的约束条件,及微电网的频率变化约束条件、微电网的旋转动能关系式;再根据微电网频率变化约束条件及微电网的旋转动能关系式,通过GUROBI求解器对微电网储能容量配置模型进行求解,根据求解结果对微电网储能容量进行配置。

技术研发人员:马玉婷,金姜亮,曹誉文,丁鑫,马洪艳
受保护的技术使用者:东华大学
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
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