采用同步型交替方向乘子法的微电网分散式动态经济调度算法_欧阳聪

South China University of Technology
The various characteristics between distributed energy resources， the insufficient network
communications and the privacypreserving demands in microgrids for distributed economic dispatch（ DERs） of are challenges. In this paper，we build up the microgrid＇s distributed dynamic economic dispatch model considering the generation cost of power production by conventional units， the abandoned cost of renewable energies， the storage devices depreciation expense， active power loss expense of the network. And the microgrid model is divided into regions based on the access locations of power supply units and energy storage devices. By using the synchronous alternating direction method of multipliers algorithm， each region only solves its individual optimization and exchanges the phase angle information with its neighbors at each iteration，to realize the optimal solution. We also test a real microgrid to show the accuracy and effectiveness of this algorithm. Keywords： Microgrid， dynamic economic dispatch， decentralized optimization， synchronous alternating direction method of multipliers
Decentralized Dynamic Economic Dispatch Algorithm of Microgrids Using Synchronous Alternating Direction Method of Multipliers
Ouyang Cong （ School of Electric Power Engineering Abstract Liu Mingbo Lin Shunjiang Feng Hanzhong Guangzhou 510640 China）
网进行区域划分 。图 1 给出了某实际 13 节点微电网的 接线和分区图 。其中，可再生能源设备包括 2 个光伏 电站（ PV1 和 PV2 ） 和 1 个风力电站（ WT） ，配备了2 台 铅酸蓄电池（ S1 和 S2 ） 作为储能装置，另外还备有一台 柴油发电机（ DEG） 。当蓄电池储能水平过低，可再生能 源无法满足负荷的情况下，可起动柴油机提供支持。各 电源在发电端交流电压均为 0. 38 kV，通过升压变压器 升压到 1网中，按照各个微电源接入微网的连接情 况，将电网分成多个区域 。 图 2 将微电网中 2 个光伏 电站 、1 个风力电站 、2 个蓄电池 、1 个柴油机和配电 网络分成一共 7 个区域，微电源并入电网的支路（ 升
T
界定各个分区的边界，需要引入边界支路，从而引入 边界变量并列写边界一致约束，边界节点电压相角作 为边界 变 量 是 一 个 合 适 的 选 择 。 此 外，在 优 化 目 标 中，要考虑分区 R1 的网损费用，即各个支路的有功损 耗之和，计算各支路的有功损耗功率需要用到其两端 的电压相角值 。因此，在实施微电网动态经济调度的 分散优化中需要考虑各节点相角信息，因而需要加入 节点有功潮流平衡方程 。 微电网规模较小，支路的电 压损耗低，各节点电压幅值在额定值附近，可假定为 1. 0 （ pu） ，节点有功平衡方程可近似表示为
（1）
式中，F1 为柴油机运行费用； F2 为弃光费用； F3 为弃
NG
g 2 g， t
F1 = F2 = F3 =
a P ∑∑ g =1
t =1 T
+ b g P g， t
（2） （3） （4） （5） （6）
NS
s， t
珔 （P ∑∑ s =1
t =1 T
－ P s， t ） Cs － P w， t ） Cw C loss + P″ b， t）
Fig. 2 图2 微电网分区示意图 Schematic diagram of partition of a microgrid
图 3 以区域 R1 和 R2 的公共变压器支路为例，介绍 以支路为区域之间公共边界的分区方法 。
1
分区模型
微电网经济调度的分布式优化计算需要先对微电
图3 Fig. 3 以公共支路作为边界进行分区
Partition by taking a common branch as boundary
图 2 中，微电网一共被分成了 7 个区域，其中， R1 =｛ 2 ，3 ，4 ，5 ，6 ，7 ，8 ｝ ， R2 = ｛ 1 ｝ ， R1 与 R2 之间 的支路作为两区域的公共支路 。 将 R1 内与公共支路相 连的节点 2 复制到 R2 内部，构成 H2 = ｛ 1 ，2 ｝ 。 同理， 将 R2 内与公共支路相连的节点 1 复制到 R1 内部，构成 H1 =｛ 1 ，2 ，3 ，4 ，5 ，6 ，7 ，8 ｝ 。 可以看出，此时 H1 和 H2 中均包含了节点 1 和节点 2 ，即公共支路共同属 于两个区域中 。在分布式计算中，要令边界线路的传 输功率在两个区域中相等，只需保证 H1 和 H2 中节点 1 和节点 2 的电压和相角均相等 。
［18 ］
图1 Fig. 1
某实际微电网接线
Connection diagram of a real microgrid
。文献［ 14］将 ADMM 应用于大电网分散式动态
经济调度，将电网分成设备 、 端子和连通点 3 种子系 19］ 统模型，进行分散式优化计算 。 文献［ 提出了基于 交替方向乘子法的微电网经济调度分散式优化方法， 20］提出 同 步 型 但并没有考虑网络安全约束 。 文献［ ADMM （ Synchronous ADMM ，SADMM ） ，并应用于分散 21］提出了一种完全分 散 的 式最优潮流计算 。 文献［ ADMM 求解主动配电网的无功优化问题 。 本文针对考虑网络安全约束微电网经济调度分散 式优化问题，采用同步型 ADMM 算法，使得各区域之 间得到完全解耦，在每次迭代中各区域只需更新本区 域内部的变量，各自更新完成后再统一更新相邻区域 之间的耦 合 变 量，从 而 可 以 实 现 区 域 之 间 的 并 行 计 算 。最后通过实际的微电网算例进行验证，并对比集 中式优化的结果，证明此算法可行 。
（ 华南理工大学电力学院 摘要
微电网中各类电源特性各异 ， 网络通信能力不足以及对发电单元隐私保护的需求 ， 对集中
式经济调度提出了挑战 。综合考虑常规发电机组的发电成本 、 新能源发电的弃置费用 、 储能装置的折 旧费用及网络有功损耗 ，按照各发电单元和储能装置在网络中的接入位置进行分区 ， 从而建立微网分 散式动态经济调度模型 。采用同步型交替方向乘子算法 ， 每次迭代过程中相邻区域之间仅需交换电压 相角信息 ，即可实现各区域经济调度之间并行求解 ， 从而得到最优解 。 并以某实际微网为测试系统 ， 验证了所提算法的正确性和有效性 。 关键词 ： 微电网 动态经济调度 分散式优化 同步型交替方向乘子法 中图分类号 ： TM744
［7 ， 8 ］
。 目前，对该问题的研究主要集中
于集中式 优 化 方 法 上，常 见 的 优 化 方 法 有 线 性 规 划
第 32 卷第 5 期
欧阳聪等
采用同步型交替方向乘子法的微电网分散式动态经济调度算法
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法
［9 ］
、混合整 数 规 划 法［10］、 混 沌 蚁 群 算 法［11］、 粒 子
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电 工 技 术 学 报
TRANSACTIONS OF CH INA ELECTROTECH NICAL SOCIETY
Vol. 32 Mar．
No. 5 2017
采用同步型交替方向乘子法的微电网 分散式动态经济调度算法
欧阳聪 刘明波 林舜江
广州
冯汉中
510640 ）
［22 ］
有功率交换的情况下既要满足微电网自身的功率平衡 和安全性要求，又要使得微电网的经济性达到最优 。
。
2. 2
2. 2. 1
各区域内部约束
有功潮流平衡约束 实施分散式优化的前提是实施系统分区，为清晰
2. 1
优化目标
针对包含柴油发电机 、 风电场、 光伏电站 、 储能
装置和 10kV 配电网络的微电网，其优化目标定义为 min F = F1 + F2 + F3 + F4 + F5 风费用； F4 为网损费用； F5 为蓄电池折旧费用 。
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电 工 技 术 学 报
2017 年 3 月
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分散动态经济调度模型
对于处于孤岛模式下的微电网，在与外部电网没