本发明属于电力系统交直流混合微网优化调度技术领域，尤其涉及一种计及pet损耗的交直流混合系统优化调度方法。
背景技术：
经济社会发展离不开持续有效的能源供给。预计到2035年，中国能源需求将占世界能源需求总量的24％，并继续保持高速增长，能源紧缺和经济发展间的矛盾日益尖锐，能源问题成为中国可持续发展的首要问题。全力提升能源利用效率是实现可持续发展的必经之路，而分布式能源已成功实现商业化利用，并且是综合效率最高的一种利用方式，因此大力发展分布式能源对提高我国能源利用效率意义重大。
分布式能源接入电网分为交流接入和直流接入两种类型。直流接入相比交流接入方式，不需要直流和交流之间的变换，可以节省其之间的换流过程，一方面节约了换流设备的成本，而且由于没有换流环节，与原有结构相比减少了损耗；另一方面，直流接入电网不需要再考虑交流接入方式中相位与频率的同步，理论上可使系统的可控性和可靠性得以增强。由于上述原因，直流接入方式逐渐得到了越来越多的关注，被认为是分布式能源理想的接入形式。然而，考虑到电力系统的历史发展，在现阶段，电网的主要形式还是交流网，想在短期内把电网全部改为直流不太可能，分布式能源并网的主要形式还是交流形式，因此，交直流并存的混合结构将会是以后很长一段时期的主要系统形式。
对于大规模的分布式能源接入电力系统，并不是简单的将其和系统相连便可以实现，由于分布式能源受太阳能、风能各种条件的约束，其发电具有间歇性，大量接入会对电力系统造成扰动，而以目前电网的柔性调控和互联互济能力，还不足以很好地解决上述问题，因此阻碍了分布式能源的大规模接入，造成了弃风弃光现象。pet具有灵活的功率调控能力，可将pet应用于含分布式能源的交直流混合系统中来解决上述问题。pet是在高频变压器的基础上，增加了电力电子变换电路，通过电力电子器件与高频变压器相结合来实现其功能，由于pet同时具有交流接口和直流接口，使其具有变压、隔离和能量传输功能，可以作为“电能路由器”，实现对端口处的能量协调管理。基于pet等柔性设备构建的交直流混合系统，可改善电网结构，提高可再生能源接入灵活性；增强电网应对不确定性的快速调控能力，实现多类型可再生能源协调互补消纳；减少变换环节，提高能源利用效率。
当前国内外团队针对交直流混合系统的优化运行，已提出了一系列的优化方法，然而，交直流混合系统面临的运行方式、网络约束与控制对象更为复杂，优化调度受到大量不确定性、多维优化变量和运行约束的影响，且彼此具有明显的多时间尺度差异性，增加了系统整体的优化运行难度，相关问题还远没有得到完全解决。尽管新型电力电子设备的应用，为可再生能源的充分消纳和高效利用提供了新的调控手段，但当前还缺乏将此类设备用于系统级优化调度的模型，其柔性调节能力无法得到充分利用。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种计及pet损耗的交直流混合系统优化调度方法，以解决含pet交直流混合系统的日前优化调度方法中没有考虑pet和储能设备模型在运行过程中功率损耗的影响的问题，实现新型电力电子设备与交直流混合系统运行以实现多种可再生能源的灵活、高效消纳，讨论pet效率对于系统优化调度方案的影响。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种计及pet损耗的交直流混合系统优化调度方法，其特征在于，包括如下步骤：
s1建立计及pet损耗的交直流混合系统模型，包括计及损耗的pet优化模型、微型燃气轮机模型、储能电池模型、风机模型、光伏模型；
s2以系统运行成本最小为目标，设置系统平衡约束，对计及pet损耗的交直流混合系统进行优化调度。
进一步地，所述计及损耗的pet模型中，pet作为能量传输的中间枢纽，其内部存在一定的功率损耗，以三端口pet为例，引入物理量pet净输入功率ppett表示为式(1)-(2)：
式中，
pet的优化模型表示为式(3)：
进一步地，为保证pet运行在安全状态，其三个端口的交互功率存在功率上限约束表示为式(4)-(6)：
式中，pm为pet与主网最大交互功率，pac为pet与交流区域最大交互功率，pdc为pet与直流区域最大交互功率。
进一步地，所述的微型燃气轮机模型中，以微型燃气轮机的输出功率为模型的控制变量，其发电量约束为式(7)-(9)：
式中，
进一步地，所述的储能电池模型中，考虑储能电池运行损耗，储能系统每一刻充放电存在充电上限值以及放电上限值；此外，储能系统在最终时刻的储能量，要与初始时刻的储能量相同；运行约束表示为式(10)-(12)：
式中，
进一步地，所述的风机模型中，设定风速满足weibull分布，其概率密度函数与数学期望可表示为式(13)-(14)：
式中，f(·)为概率密度函数；vwind为风速抽样值(单位：m/s)；k为形状参数；c为尺度参数，e(·)为数学期望，γ(·)为gamma函数；
则风机的输出功率表示为式(15)：
式中，pwt为风机输出功率；vin,vr与vout为风机的切入风速，额定风速与切出风速(单位：m/s)；pwt为风机的额定功率。
进一步地，所述的光伏模型中，设定光伏输出功率满足beta分布，其概率密度函数与数学期望表示为式(16)-(17)：
式中，ppv与
进一步地，考虑运行费用设备维护成本，微型燃气轮机发电成本，储能损耗成本，表示为式(18)-(21)：
式中，n为一个运行周期的总时段数，mwt、mpv分别为风机、光伏的设备维护成本系数，
以系统的运行费用最小，建立交直流混合优化调度的目标函数表示为式(22)：
进一步地，系统的功率平衡约束表示为式(23)：
式中，
本发明具有的优点和积极效果：
1、本发明的方法可为计及pet损耗的交直流混合系统的优化调度提供参考，分析了pet和储能设备模型在运行过程中功率损耗的影响，对研究pet电能转换效率对于交直流混合系统优化调度的影响具有重要意义。
2、本发明的计算结果表明pet效率的改变有可能导致交直流系统在某一时刻运行状态的改变，但总体而言其对系统运行状态的影响有限。此外，系统的运行成本随着pet效率的增高而降低。
附图说明
图1是本发明应用例的系统拓扑结构；
图2是本发明应用例的24小时内pet直流端口和交流端口的输出功率对照图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
本实施例提供一种计及电力电子变压器(pet)损耗的交直流混合系统优化调度方法，其包括：
步骤一，建立计及pet损耗的交直流混合系统模型
对于含分布式能源的交直流混合系统，pet作为混合系统与主网的联络设备。在此首先给出计及损耗的pet优化模型、微型燃气轮机模型、储能电池模型、风机模型、光伏模型、负荷模型。
1)计及损耗的pet模型
pet作为能量传输的中间枢纽，其内部存在一定的功率损耗，以三端口pet为例，引入物理量pet净输入功率
式中，
pet的优化模型表示为式(3)：
为保证pet运行在安全状态，其三个端口的交互功率存在功率上限约束表示为式(4)-(6)：
式中，pm为pet与主网最大交互功率，pac为pet与交流区域最大交互功率，pdc为pet与直流区域最大交互功率。
2)微型燃气轮机模型
以微型燃气轮机的输出功率为模型的控制变量，其发电量约束为式(7)-(9)：
式中，pmtt为微型燃气轮机在t时刻的输出功率，
3)储能电池模型
考虑储能电池运行损耗，储能系统每一刻充放电存在充电上限值以及放电上限值；此外，储能系统在最终时刻的储能量，要与初始时刻的储能量相同。运行约束表示为式(10)-(12)：
式中，
4)风机模型
设定风速满足weibull分布，其概率密度函数与数学期望可表示为式(13)-(14)：
式中，f(·)为概率密度函数；vwind为风速抽样值(单位：m/s)；k为形状参数；c为尺度参数，e(·)为数学期望，γ(·)为gamma函数。
则风机的输出功率表示为式(15)：
式中，pwt为风机输出功率；vin,vr与vout为风机的切入风速，额定风速与切出风速(单位：m/s)；pwt为风机的额定功率。
5)光伏模型
设定光伏输出功率满足beta分布，其概率密度函数与数学期望表示为式(16)-(17)：
式中，ppv与
步骤二，列写优化模型的目标函数和约束条件
考虑运行费用设备维护成本，微型燃气轮机发电成本，储能损耗成本，表示为式(18)-(21)：
式中，n为一个运行周期的总时段数，mwt、mpv分别为风机、光伏的设备维护成本系数，
以系统的运行费用最小，建立交直流混合优化调度的目标函数表示为式(22)：
系统的功率平衡约束表示为式(23)：
式中，
应用例
以江苏省某实际含pet的交直流混合系统为例，系统拓扑结构如图1所示，系统由交流网络和直流网络组成，两者依靠pet进行能量的传输，pet的三个端口除与交流网络和直流网络连接外，还有一个端口与主网直接相连。当交直流系统中能量供应不足或者从主网购电经济性更好的时候，系统会从主网购电并通过pet注入交直流系统，以保证能量的供需平衡。
交流系统中包含微型燃气轮机(mt)、风机(wt)、交流可控负荷(controllableacloads,aclctrl)以及交流不可控负荷(non-controllableacloads,aclcri)，其中每个时刻微型燃气轮机的发电量以及交流可控负荷的削减量为控制变量，风机出力以及交流不可控负荷的负荷量为给定值。
直流系统包括光伏发电单元(pv)、电池储能装置(bs)、直流可控负荷(controllabledcloads,dclctrl)以及直流不可控负荷(non-controllabledcloads,dclcri)。其中，每个时刻电池储能装置储能量、光伏发电量以及直流可控负荷的削减量为控制变量，光伏出力以及直流不可控负荷的负荷量为给定值。对于电池的状态，由优化的解来决定其在每个时刻内是充电还是放电。电池在充电时可以视为负荷；当其放电时，可以视为发电装置。
本算例对系统进行日前优化调度，取优化调度步长为1h，忽略储能电池自放电系数，系统的设备配置参数及各部分成本系数如表1所示。
表1江苏省某实际含pet的交直流混合系统参数
图2中给出了24小时内pet直流端口和交流端口的输出功率，值为正表示功率从交流/直流系统流出，值为负则表示功率注入交流/直流系统。表2给出了24小时内pet所连接的交流系统、直流系统以及主网三部分的状态值及运行状态。
表2pet三端口的状态值(η＝0.95)
讨论pet效率对优化调度的影响，分别取η＝0.92、0.95、0.98对系统进行日前优化调度，上节的表2中给出了η＝0.95时24小时内pet所连接的交流系统、直流系统以及主网三部分的状态值，本节表3、表4分别给出η＝0.92、0.98时交流系统、直流系统以及主网三部分的状态值。
表3pet三端口的状态值(η＝0.92)
表4pet三端口的状态值(η＝0.98)
表5不同pet效率下系统运行成本
对比表3与表2，交流系统和直流系统的状态值只在15h时的ac状态、16h时的dc状态有所变化；对比表4与表2，交流系统和直流系统的状态值，只在15h时的ac状态有所变化。分析数据可知，由于pet效率发生变化，ac盈余与dc盈余的数据也相应有所浮动，导致原本处于临界状态的数值在波动后可能出现变化。
表5中给出了三种运行效率下系统的总运行成本，由表中数据可知，含pet系统总运行成本随pet效率的增高而降低。
本发明提出了一种计及电力电子变压器(pet)损耗的交直流混合系统优化调度方法，分析了pet运行效率对系统运行调度存在的影响。计算结果表明：
1)pet效率的改变有可能导致交直流系统在某一时刻运行状态的改变，但总体而言其对系统运行状态的影响有限。
2)系统的运行成本随着pet效率的增高而降低。
更深层次地研究含pet交直流混合微网优化调度方法，将是未来有待深入研究的方向。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
1.一种计及pet损耗的交直流混合系统优化调度方法，其特征在于，包括如下步骤：
s1建立计及pet损耗的交直流混合系统模型，包括计及损耗的pet优化模型、微型燃气轮机模型、储能电池模型、风机模型、光伏模型、负荷模；
s2以系统运行成本最小为目标，设置系统平衡约束，对计及pet损耗的交直流混合系统进行优化调度。
2.根据权利要求1所述的一种计及pet损耗的交直流混合系统优化调度方法，其特征在于：所述的计及损耗的pet模型中，pet作为能量传输的中间枢纽，其内部存在一定的功率损耗，以三端口pet为例，引入物理量pet净输入功率
式中，
pet的优化模型表示为式(3)：
3.根据权利要求2所述的一种计及pet损耗的交直流混合系统优化调度方法，其特征在于：为保证pet运行在安全状态，其三个端口的交互功率存在功率上限约束表示为式(4)-(6)：
式中，pm为pet与主网最大交互功率，pac为pet与交流区域最大交互功率，pdc为pet与直流区域最大交互功率。
4.根据权利要求1所述的一种计及pet损耗的交直流混合系统优化调度方法，其特征在于：所述的微型燃气轮机模型中，以微型燃气轮机的输出功率为模型的控制变量，其发电量约束为式(7)-(9)：
式中，
5.根据权利要求1所述的一种计及pet损耗的交直流混合系统优化调度方法，其特征在于：所述的储能电池模型中，考虑储能电池运行损耗，储能系统每一刻充放电存在充电上限值以及放电上限值；此外，储能系统在最终时刻的储能量，要与初始时刻的储能量相同；运行约束表示为式(10)-(12)：
式中，
6.根据权利要求1所述的一种计及pet损耗的交直流混合系统优化调度方法，其特征在于：所述的风机模型中，设定风速满足weibull分布，其概率密度函数与数学期望可表示为式(13)-(14)：
式中，f(·)为概率密度函数；vwind为风速抽样值(单位：m/s)；k为形状参数；c为尺度参数，e(·)为数学期望，γ(·)为gamma函数。
则风机的输出功率表示为式(15)：
式中，pwt为风机输出功率；vin,vr与vout为风机的切入风速，额定风速与切出风速(单位：m/s)；pwt为风机的额定功率。
7.根据权利要求1所述的一种计及pet损耗的交直流混合系统优化调度方法，其特征在于：所述的光伏模型中，设定光伏输出功率满足beta分布，其概率密度函数与数学期望表示为式(16)-(17)：
式中，ppv与
8.根据权利要求1所述的一种计及pet损耗的交直流混合系统优化调度方法，其特征在于：考虑运行费用设备维护成本，微型燃气轮机发电成本，储能损耗成本，表示为式(18)-(21)：
式中，n为一个运行周期的总时段数，mwt、mpv分别为风机、光伏的设备维护成本系数，
以系统的运行费用最小，建立交直流混合优化调度的目标函数表示为式(22)：
9.根据权利要求8所述的一种计及pet损耗的交直流混合系统优化调度方法，其特征在于，系统的功率平衡约束表示为式(23)：
式中，
