[发明专利]一种多微电网系统能量管理与贡献度评估方法和系统

权利要求书

1.一种多微电网系统能量管理与贡献度评估方法，其特征在于，包括步骤：

步骤1)，建立多微电网系统的SoS架构；

步骤2)，基于多微电网系统的SoS架构，建立多微电网系统双层能量管理优化模型；

步骤3)，结合Benders法求解多微电网系统双层能量管理优化模型；

步骤4)，采用shapley法分配多微电网系统的正涌现收益并评价构成多微电网系统的各个子微电网的贡献度；

步骤2)包括：首先，建立多微电网系统组成单元模型，包括风机、光伏与负荷的不确定模型，柴油发电机模型与储能运行约束模型；其次，建立多微电网系统双层能量管理优化模型的目标函数与约束条件；

步骤2)中，在微电网系统中，储能运行约束模型考虑储能的充放电功率约束与SOC约束，储能充放电功率不大于储能允许的最大充放电功率，如下所示：

式中，分别表示储能充、放电功率，P_ch,max、P_dis,max分别表示储能允许的最大充、放电功率；

储能SOC不得小于最小SOC值也不能超过最大SOC值且调度周期始末的储能SOC值保持不变，如下所示：

式(4)表示t时刻第i个子微电网的储能SOC值，其中与表示t与t-1时刻第i个微电网的储能SOC，Q_i表示第i个微电网的储能容量，与表示第i个微电网t-1时刻储能的充、放电功率，η_ch,i与η_dis,i表示第i个微电网储能的充、放电效率；式(5)表示调度周期始末的第i个子微电网的SOC不变，其中与表示调度周期始末的SOC值；式(6)表示t时刻第i个微电网储能的SOC最大最小约束，SOC_i,min，SOC_i,max表示第i个子微电网储能允许的最小与最大SOC值；

步骤2)中，柴油发电机模型考虑柴油发电机的启停约束、柴油发电机出力约束以及爬坡率约束，运行约束如下所示：

式(7)表示柴油发电机的出力约束，其中表示多微电网系统中的第i个微电网的柴油发电机t时刻的运行状态，0/1分别表示柴油发电机开启与关闭状态，表示第i个微电网柴油发电机的出力，P_DEi,max、P_DEi,min表示第i个微电网的柴油发电机的最大出力与最小出力；式(8)-(9)表示第i个微电网的启停状态，为柴油发电机的启动操作的状态变量，为柴油发电机关停操作的状态变量；式(10)-(11)表示柴油发电机的爬坡率约束，其中表示第i个微电网柴油机的爬坡率约束；式(12)-(14)表示柴油发电机的启停约束，其中T_on与T_off表示柴油发电机的最小开机时间与最小停机时间，T_on,max表示柴油发电机的最大开机时间；

步骤2)中，多微电网系统层目标函数如下：

多微电网系统层约束条件如下：

功率平衡约束：

微电网功率缺额与盈余约束：

切负荷约束：

其中，θ_i为微电网i的最大切负荷率；

储能约束：式(2)-式(6)；

柴油发电机约束：式(7)-式(14)；

风机、光伏与负荷的不确定性约束：式(1)；

式(15)为系统层目标函数，其中第一、二项表示柴油机启停成本，第三、四项表示储能运行成本，第五项表示柴油发电机运行成本，第六项表示切负荷的惩罚费用，其中c_on,i，c_off,i表示第i个子微电网的柴油发电机的启停成本系数，c_B,i、c_DE,i与c_load第i个子微电网的储能、柴油机成本系数与切负荷的惩罚系数；表示式(17)-(18)中的与为子微电网i在购售电价格下使得运行成本最小时的功率缺额与盈余，与第i个微电网的预测负荷出力和切负荷量，P_bi,max与P_si,max表示第i个子微电网的最大购售电功率；

步骤2)中，多微电网体系层目标函数如下：

多微电网体系层的约束条件为：

购售电平衡与交互功率约束：

式(19)为体系层目标函数，其中第一、二项为各个子微电网的购售电成本，其中表示购售电价格，表示第i个子微电网的购售电功率，第三项为各个子微电网之间的交互成本，其中c_ij为微电网i与j之间的交互成本系数，表示微电网i与微电网j之间的交互功率；第四项C_i为各个子微电网运行成本；式(20)-(24)中P_bi,max与P_si,max表示第i个子微电网的最大购售电功率，P_ij,max表示微电网i与j之间的最大功率交互；

步骤3)中，为简化表达形式，系统层目标函数与约束条件重写为：

s.t:A_iy_i≤d_i (26)

B_iy_i＝g_i y_i∈{0,1} (27)

Ω(y_i,U_i(w_i,p_i,l_i))＝{F_iz_i≤k_i-m_iy_i (28)

D_iz_i≤h_i (29)

E_iz_i＝j_i (30)

H_iz_i＝w_i (31)

I_iz_i＝p_i (32)

L_iz_i＝l_i} (33)

式中，y_i为系统层主问题决策变量，为柴油发电机的启停与运行状态变量，z_i为系统层子问题的决策变量主要为风机，光伏，柴油发电机，储能输出功率与微电网的功率缺额变量，变量y_i与z_i组成多微电网系统能量管理优化模型的独立变量，仅受各子微电网控制，反映各个微电网的独立性；约束式(26)为柴油发电机启停约束对应式(12)-式(14)；式(27)对应式(8)与式(9)；约束式(28)含两层决策变量对应式(10)-式(11)；式(29)为不等式约束对应式(2)-式(3)，式(6)与式(17)-式(18)；式(30)为等式约束对应式(4)-式(5)与式(16)，式(31)-式(33)为风光不确定性约束对应式(1)；其中是(26)-(33)中的A_i、B_i、F_i、D_i、E_i、H_i、I_i、L_i与d_i、g_i、k_i、m_i、h_i、j_i、w_i、p_i、l_i表示其相对应约束的矩阵表达形式；U_i(w_i,p_i,l_i)表示第i个微电网的源荷不确定性约束，表示第i个微电网的柴油发电机启停费用系数，其中表示第i个微电网的运行费用系数，其中，Ω(y_i,U_i(w_i,p_i,l_i))表示所有约束的集合；

1)系统层子问题在第ω次迭代时的模型如下：

式(29)-(33)

采用拉格朗日对偶对最大-最小模型进行解耦，其对偶问题的目标函数为：

χ≥0，π≥0，p,w,l∈U (38)

式中的π,χ,μ,ν,λ,η为对应于式(28)-式(33)的拉格朗日乘子，其中p,w,l分别与整形变量ν,λ,η相乘，采用M法将其线性化进行求解；

系统层优化子问题的上界为：

式中，β_i为优化子问题的目标函数值；

2)系统层主问题在第ω次迭代时的模型如下：

min Z_i (40)

式(26)-式(27)

式中，π^ω为子问题第ω次迭代求得的对偶变量值，式(42)约束为可行割，强制主问题产生的启停调度解满足负荷需求，从而保证子问题的可行性，与为风机与光伏预测值，为负荷取波动上限值，求解主问题得原问题下界U_Li＝Z_i；

系统层主问题与子问题交替迭代，当上界与下界的差值小于给定误差时，求得系统层优化问题的最优解。