[0001] 本发明涉及微电网调度技术领域，尤其是涉及一种农业微电网与抽水蓄能电站联合调度方法、装置和介质。

[0002] 农业微电网是农村地区消耗可再生能源、促进本地消费和提高能源管理效率的有效手段，因此最大限度地提高农业微电网的运行性能已成为该领域当前的焦点。与传统电网相比，可再生能源的不确定性使得农业微电网的优化和调度过程更加复杂。

[0003] 可再生能源的波动是导致微电网净负荷波动加剧的主要原因，当微电网供需出现失衡现象，便会对系统整体的稳定运行造成极大风险。将储能系统加入到微电网中是降低系统净负荷波动，提高系统运行灵活性的一种有效方法。考虑到农村地区水资源的丰富性以及农业灌溉的必要需求，将小型抽水蓄能电站与农业微电网进行联合调度便成为应对农业微电网波动的有效方案。

[0004] 现有的微电网日前调度模型大多聚焦于源荷不确定性建模，以及满足水、电负荷需求，研究极少考虑农业微电网和灌溉系统的耦合特性。因此，研究如何综合考虑小型抽水蓄能电站的灌溉特性及可再生能源发电不确定性，制定更合理、经济的农业微电网调度策略，对提高系统运行的经济性和灵活性，促进新能源消纳，保障电力系统安全、经济、稳定的运行具有重要意义。

[0063] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0064] 实施例1

[0065] 本发明为一种农业微电网与抽水蓄能电站联合调度方法、装置和介质，下面从模型建立、设计原理、设计方法、有效性验证等几个方面对本发明做进一步说明。

[0066] (1)农业微电网模型

[0067] 如图1所示，本发明所建立的农业微电网由光伏发电机组、风力发电机组、微型燃气轮机、小型抽水蓄能电站、灌溉系统和两个位于不同水位的水池组成，由于无法与主电网进行功率交互，因此在必要时可启动微型燃气轮机进行发电以补足缺额功率。其中，上水池与河流相连，下水池与灌溉系统相连，存储在上水池的水来自于河流和从下水池抽取的水，灌溉系统的用水需求由下水池满足。在该农业微电网中，当风力发电和光伏发电不足时由微型燃气轮机弥补电力缺额，反之则将过剩电能存储在抽水蓄能电站中，此外，若过剩的电能较多且超出小型抽水蓄能电站的储电能力，此时将弃掉一部分风光以达到功率平衡。

[0068] (2)小型抽水蓄能电站模型

[0069] 小型抽水蓄能电站内有一个上水池与下水池之间用于发电的水力涡轮机和一个用于从河流或者下水池抽水的水泵。水力涡轮机和水泵的水电转换方程如下所示：

[0070]

[0071] 式中，PtPS,HT、PtPS,WP分别为水轮机输出电能功率和水泵消耗电能功率；aPS，bPS，cPS为小型抽水蓄能电站水轮机和水泵的水电转换系数； 为t时刻流经水轮机的流量；为t时刻流经水泵的流量。

[0072] (3)灌溉系统模型

[0073] 灌溉系统的耗电公式为：

[0074]

[0075] 式中，PtIS为灌溉系统等效发出的电能；aIS，bIS，cIS为灌溉系统的等效发电系数；为灌溉系统的流量。

[0076] (4)农业微电网与小型抽水蓄能电站的联合调度确定性模型

[0077] 农业微电网优化调度问题是指在满足系统水、电负荷需求的前提下，合理调度各种灵活性资源，使系统运行成本最小，其目标函数为：

[0078] minC＝CRE+CMT+θPSCPS,HT+(1‑θPS)CPS,WP+CCUR

[0079]

[0080] 式中，C为农业微电网系统运行成本；CRE为可再生能源机组运行成本；CMT为微型燃气轮机运行成本；CPS,HT为水轮机启动成本；CPS,WP为水泵启动成本；CCUR为弃风弃光成本；θPS为表示小型抽水蓄能电站工作状态的布尔变量，取值为1时水轮机工作，取值为0时水泵工PV WT作；αPV、αWT为光伏、风电机组的成本系数；Pt 、Pt 为光伏、风电机组在t时刻的调度出力；
MT
aMT、bMT、cMT为微型燃气轮机的成本系数；Pt 为微型燃气轮机在t时刻的调度出力；αPV,CUR、PV,CUR WT,CUR
αWT,CUR为光伏、风电机组弃风、弃光惩罚成本系数；Pt 、Pt 为光伏、风电机组在t时刻的弃风弃光量。

[0081] 电功率平衡约束。

[0082] Ptload＝PtPV+PtWT+PtMT+PtPS,HT‑PtPS,WP+PIS

[0083] 式中，Ptload为t时刻系统用电负荷需求。

[0084] 可再生能源机组运行约束。

[0085]

[0086] 式中，PtPV,pre、PtWT,pre分别为光伏和风电机组在t时刻的预测输出功率。

[0087] 上下水池流速约束。

[0088]

[0089] 式中，VUP,min、VUP,max分别为上水池放水或抽水的最小和最大流速；VLOW,min、VLOW,max分UP LOW别为下水池放水或抽水的最小和最大流速；Vt 、Vt 分别为上水池和下水池在t时刻的流速。

[0090] 上下水池容量约束。

[0091]

[0092] 式中，QUP,max、QUP,min为上水池的容量上下限；QLOW,max、QLOW,min为下水池的容量上下限。

[0093] 上下水池实时容量约束。

[0094]

[0095] 下水池向灌溉系统水资源以满足灌溉系统的水负荷需求，由此在小型抽水蓄能电站内产生水资源缺额，为了小型抽水蓄能电站的正常运转，上水池从河流中取水以弥补缺额。式中， 为t时刻上水池从河流中取得的水量。

[0096] 上下水池始末容量约束。

[0097]

[0098] 为了保证抽水蓄能电站在第二天能够正常运行，在一天的运行结束时，上下水池中必须储存足够的水。式中， 分别为上水池的始末水量； 分别为下水池的始末水量；QUP,NO、QLOW,NO分别为上水池和下水池始末规定水量。

[0099] 灌溉流速约束。

[0100] VIS,min≤VtIS≤VIS,max

[0101] 式中，VtIS为灌溉系统在t时刻的流速；VIS,max、VIS,min为灌溉系统的流速上下限。

[0102] 灌溉系统水量约束。

[0103]

[0104] 式中，QIS,total为灌溉系统总用水量。

[0105] (5)计及风光不确定性的鲁棒优化模型

[0106] 采用信息间隙决策理论对参数的不确定性进行处理时，通常采用包络约束对不确定性参数X进行建模如:

[0107]

[0108] 式中: 为不确定参数的预测值；η为偏差系数，即不确定量波动系数；U(η,X)为不确定性参数的波动范围。

[0109] 传统的IGDT方法多适用于处理单个不确定性参数。然而，本文同时考虑了光伏、风电机组预测功率两个不确定性参数，是具有多个不确定参数的决策问题，针对这个问题，本文利用加权和将多个不确定参数归一成综合不确定参数进行求解，具体模型如下：

[0110]

[0111] 式中，ηPV、ηWT分别为不确定参数光伏、风电机组的预测功率波动幅度。λPV、λWT分别为不确定参数光伏、风电机组预测功率波动幅度的权重。

[0112] 风险规避模型要保证系统运行成本不超过预期调度目标，同时尽量避免不确定性对优化结果的影响，因此，风险规避模型以偏差系数η最大为优化目标。计算所得的偏差系数越大，代表系统的风险承受能力越强，但相应的运行成本也越大。其数学模型如下:

[0113]

[0114] 式中，PtPV,true、PtWT,true分别为不确定参数光伏、风电机组的实际输出功率；C0为基PV,true准值，即确定性模型的最优调度成本；ξ为规避系数；χ为本模型中各参数的集合；H(Pt ,WT,true PV,true WT,true
Pt ,χ)＝0为系统等式约束的集合；G(Pt ,Pt ,χ)≤0为系统不等式约束的集
合。

[0115] 对应不确定量的取值范围如下:

[0116]

[0117] 可以看出，通过信息间隙决策理论构建的数学模型为双层模型，当不确定量波动系数η确定以后，其最大成本发生在各不确定量为(1±η)倍时。因此，可将上述双层模型转化为单层模型如下:

[0118]

[0119] 本发明所建立模型为混合整数线性规划问题，利用MATLAB中的YALMIP工具箱调用GUROBI求解器即可对模型进行求解。

[0120] (6)算例分析

[0121] 本实施例中，如图2所示，某一典型日农业微电网发电机组出力和用电负荷，具体农业微电网运行参数如表1所示。

[0122] 表1农业微电网运行参数

[0123]

[0124] 为验证本发明所提计及风光不确定性的农业微电网与小型抽水蓄能电站的联合调度模型的经济性和有效性，设置了以下3种方案进行对比分析：

[0125] 方案1：不考虑风光不确定性，计算农业微电网在与小型抽水蓄能电站进行联合调度后系统各项成本，制定机组调度出力策略。

[0126] 方案2：不考虑农业微电网与小型抽水蓄能电站的联合调度，计算农业微电网在考虑风光不确定性的情况下系统各项成本，制定机组调度出力策略。

[0127] 方案3：综合考虑风光不确定性和农业微电网与小型抽水蓄能电站的联合调度，计算农业微电网系统各项成本，制定机组调度出力策略。

[0128] 对比结果如表2所示。

[0129] 表2各方案结果对比

[0130]

[0131] 本发明设计的基于信息间隙决策理论的农业微电网与小型抽水蓄能电站联合调度策略，依据农村地区拥有丰富水资源的丰富性和地理位置的特殊性，在可再生能源不确定性条件下，综合考虑光伏发电、风力发电、用电负荷需求和灌溉系统用水需求等因素，建立农业微电网鲁棒优化调度模型，以农业微电网系统综合运行成本最小为优化目标，利用MATLAB中的YALMIP工具箱调用GUROBI求解器对模型进行求解。仿真结果表明，农业微电网与小型抽水蓄能电站进行联合调度可以有效降低系统运行总成本，减少弃风弃光现象，提升农业微电网运行的经济性。同时考虑可再生能源不确定性，有助于制定更合理的灵活性资源调度出力策略，提高系统运行的抗风险能力和稳定性。

[0132] 用于实施本发明的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

[0133] 在本发明的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD‑ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

[0134] 以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。