双层优化微电网系统规划设计MATLAB实现

1 概述

摘要：规划设计是微电网系统核心技术体系之一。从分布式电源的综合优化（组合优化、容量优化）和分布式电源间的调度优化两个方面对其展开研究。根据分布式电源特性,提出了适用于并网型微电网系统和独立型微电网系统的双层优化规划设计模型。上层优化采用综合目标计算系统最优配置;下层优化采用混合整数线性规划算法（MILP）计算系统最优运行方案。运用所建立模型,分别针对并网型和独立型微电网系统作了案例计算,验证了所提方法的正确性。

关键词：微电网;双层优化;规划设计;最优配置;MILP;

微电网系统可将多种类型的分布式发电单元组合在一起，有效发挥单一能源系统的优点，实现多种能源互补，提高整个微电网系统的效率、能源利用率和供电可靠性。根据其是否与常规电网相连接，微电网可以分为并网型微电网和独立型微电网

[1]。微电网接入配电网并网运行，不仅可以充分利用微电网内部的绿色可再生能源，还可以提高整个电网的安全性，是中国建成智能电网的重要环节。同时，独立型微电网系统是解决偏远地区和海岛供电的有效手段之一

[2-3]。规划设计是微电网系统核心技术体系之一，它直接关系到系统经济性、环保性和可靠性

[4]。在规划设计的过程中，需要考虑可再生能源的间歇性、灵活多变的系统组合方案和不同系统运行控制策略，这些因素的存在使微电网系统优化规划变得较为复杂

[5-7]。本文将从分布式电源的综合优化(优化组合、优化容量)和分布式电源间的优化调度两个方面出发，对微电网系统优化规划展开研究。围绕微电网系统的优化规划，很多学者已对其开展了一定研究，提出一系列运行控制策略和优化规划方法。微电网系统运行控制策略可分为固定策略和优化策略，固定策略以事先拟定的优先级制定系统运行规则，优化策略则根据相应目标函数求解系统最优运行规则

[8]。在美国国家新能源实验室(NERL)开发的 Hybrid2[9]仿真软件中，提出十几种独立微电网系统固定运行策略，包括平滑功率策略(Traditional Power Smoothing, TPS)、硬充电策略(Hard Cycle Charge, HCC)等，较为全面地概括了独立微电网系统固定策略控制模式。

1.1 微电网系统结构

本文研究的微电网系统结构如图1所示。风力发电机、光伏发电和储能系统等通过各自的变流器接

入交流微电网系统，并通过公共连接点(PCC)与配电网连接，组成并网型微电网。通过对该微电网的控制，可实现微电网的孤岛和并网运行。柴油发电机采用同步发电机发电，直接并入交流微电网。在优化规划设计中，忽略线路阻抗引起的损耗。

1.2 微电网系统双层规划设计结构

本文采用双层优化规划方法对微电网系统进行优化，上层为容量优化模块，用于寻找系统最优

配置，包括系统各设备类型、台数和容量，下层为调度优化模块，用于计算系统最优运行方案。双层优化含有两个层次，上层决策结果一般会影响下层目标和约束条件，而下层则将决策结果反馈给上层，从而实现上下层决策的相互作用，如图2 所示为本文双层优化逻辑图。

1.3 双层优化模型

Bracken J 和 McGill J T 于 1973 年最早提出了多层规划的概念，已解决多层规划/优化问题，双层

规划是多层规划的特例。双层规划在输电系统、无功优化、配电系统优化规划等领域已有研究报道。数学上双层优化可描述为

GIF $\begin{array}{l} \left\{\begin{array}{l} J_{1}=\min _{x} F\left(x, y_{1}, y_{2}, \cdots, y_{m}\right) \\ \text { s.t. } \quad G(x) \leq 0 \end{array}\right. \\ \end{array}$

GIF $\left\{\begin{array}{ll} J_{2}=\min _{y} f\left(x, y_{1}, y_{2}, \cdots, y_{m}\right) \\ \text { s.t. } g\left(x, y_{1}, y_{2}, \cdots, y_{m}\right) \leq 0 \end{array}\right.$