多微电网系统体系架构建模及能量协同优化管理研究

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随着含高渗透率可再生能源的微电网大规模接入配电网,势必在一定区域内的多个邻近微电网集群形成多微电网。通过对多微电网内子微电网集群运行进行优化可以有效提高可再生能源的消纳和管控能力。然而,由于多微电网优化问题相比单微电网规模更大、复杂性更高,如何有效管理多微电网能量优化运行是多微电网研究中亟待解决的难题之一。本文引入体系方法(System of Systems,SoS)研究多微电网能量协同优化管理,为研究多微电网能量管理提供了一条新思路。首先,建立体系架构下的多微电网能量管理模型与贡献度评估模型,实现多微电网协同优化的有效管理,验证引入体系方法研究多微电网协同优化运行的可行性。然后,在此基础上,进一步建立体系动态架构下的多微电网能量管理模型,提出多微电网动态链接行为分析方法,定量分析多微电网日前不同动态链接行为对多微电网优化运行的影响。最后,更进一步考虑实时动态链接行为与故障事件对多微电网运行的影响,提出基于体系动态架构的多微电网多时间尺度自适应优化调度策略,实现多微电网自适应调整调度目标减少实时动态链接行为与故障事件对多微电网协同优化运行的影响。本文的主要研究内容如下:首先,引入体系方法研究多微电网能量管理,在分析体系特性与多微电网所呈现的特性十分契合的基础上,构建多微电网体系架构并建立考虑源-荷不确定性的多微电网双层能量管理模型,并结合列约束生成算法(Column and constraint generation algorithm,CC&G)求解模型,得到各子微电网调度计划及多微电网最小运行成本。在此基础上,贡献度评估模型根据多微电网最小运行成本求得多微电网涌现收益并结合shapely值法将涌现收益分配给各子微电网,得到各子微电网真实运行成本与各子微电网对涌现功能的贡献度。通过算例分析验证了所建模型不仅实现多微电网整体运行成本最小,而且确保各子微电网独立性和隐私保护,贡献度评估结果能为运行管理者构建多微电网体系架构实现多微电网优化运行提供决策参考。其次,为定量分析日前子微电网接入与退出多微电网的动态链接行为对多微电网运行优化的影响,有必要在验证体系方法应用到多微电网协同优化运行研究可行性的基础上,构建多微电网体系动态架构以及动态交易链接矩阵,并建立考虑动态链接行为的多微电网能量管理模型与贡献度评估模型,提出多微电网动态链接行为分析方法,定量分析不同动态链接行为对多微电网协同优化运行的影响。最后结合交替方向乘子法与非均衡纳什议价方法求解模型,通过算例分析得到不同日前动态链接行为需求下,对多微电网协同优化运行影响最大与最小的调度方案,多微电网运行管理者针对不同日前动态链接行为尽可能选取影响最小调度方案,避免选取影响最大调度方案,可提升动态链接行为下多微电网的整体经济效益。最后,在定量分析日前动态链接行为对多微电网优化运行影响的基础上,进一步分析多微电网实时运行过程中存在子微电网非计划接入或退出多微电网的实时动态链接行为和多微电网发电设备或线路发生故障的运行状况对多微电网优化运行的影响,结合模型预测控制方法,提出了基于体系架构的多微电网日前与日内多时间尺度自适应调度策略,日前调度模型以多微电网运行成本最小为目标,求解得到各子微电网储能及可平移负荷日前出力计划,日内滚动优化跟踪日前调度计划的同时实现多微电网实时能量优化,并且自适应调整调度目标减少实时动态链接行为及故障事件对多微电网协同优化影响,结合交替方向乘子法与CPLEX求解调度模型。算例分析结果表明所提调度方法能自适应应对实时动态链接行为和故障事件,提高多微电网的安全性和经济韧性。
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