一種微電網(wǎng)的能量優(yōu)化管理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種含分布式電源和儲(chǔ)能的微電網(wǎng)能量優(yōu)化 管理優(yōu)化控制方法
【背景技術(shù)】
[0002] 微網(wǎng)是指由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置匯 集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，既可并網(wǎng)運(yùn) 行，也可進(jìn)行孤島運(yùn)行。從微觀看，微網(wǎng)可W看做是小型的電力系統(tǒng)，它具有完備的發(fā)輸電 功能，可W實(shí)現(xiàn)局部的功率平衡和能量優(yōu)化，它與帶有負(fù)荷的分布式發(fā)電系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別 在于同時(shí)具有并網(wǎng)和獨(dú)立運(yùn)行能力。從宏觀看，微網(wǎng)又可W認(rèn)為是配電網(wǎng)中的一個(gè)"虛擬" 的電源或負(fù)荷。
[0003] 基于光伏、儲(chǔ)能裝置和不分級(jí)負(fù)荷的微電網(wǎng)，其光伏發(fā)電單元的輸出功率具有間 歇性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，而負(fù)荷的變化也具有隨機(jī)性，給微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成負(fù)面影響。同 時(shí)，儲(chǔ)能裝置尤其是大容量的電力系統(tǒng)儲(chǔ)能裝置往往需要頻繁的吸收或釋放較大功率，如 作為常用儲(chǔ)能裝置的蓄電池在頻繁的大功率充放電和深度放電過程中會(huì)出現(xiàn)溫度升高、正 負(fù)極板上的活性物質(zhì)脫落等現(xiàn)象，導(dǎo)致蓄電池容量積累性虧損，并在短時(shí)間內(nèi)快速下降，嚴(yán) 重影響蓄電池的使用壽命，W及微電網(wǎng)正常穩(wěn)定的運(yùn)行。因此需要對(duì)微電網(wǎng)中分布式電源、 儲(chǔ)能裝置和負(fù)荷進(jìn)行能量優(yōu)化管理，現(xiàn)有技術(shù)中主要采用給定發(fā)電設(shè)備W及給定發(fā)電設(shè)備 的電壓功率的方法制定微電網(wǎng)能量優(yōu)化管理方法，然而并未考慮分布式能源發(fā)電能力的動(dòng) 態(tài)變化，不便于發(fā)電設(shè)備的添加和移除，不能靈活改變系統(tǒng)的發(fā)電狀態(tài)，不能使分布式能源 系統(tǒng)靠近實(shí)際運(yùn)行。因此，提供一種既能考慮分布式能源發(fā)電能力和動(dòng)態(tài)變化又便于發(fā)電 設(shè)備添加和移除的管理方法顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的只在提供一種能夠靈活的根據(jù)分布式能源的動(dòng)態(tài)變化改變約束條 件配置微電網(wǎng)運(yùn)行成本最低的方案，充分發(fā)揮儲(chǔ)能效益的微電網(wǎng)的能量優(yōu)化管理方法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0006] 一種微電網(wǎng)能量優(yōu)化管理方法，本發(fā)明特征是，包括W下步驟：
[0007] 步驟一；
[000引基于微網(wǎng)內(nèi)分布式電源和儲(chǔ)能元件的類別、個(gè)數(shù)W及儲(chǔ)能元件的充電狀態(tài)及電壓 百分比建立微網(wǎng)內(nèi)約束矩陣如下：
[0009]
[0010] 步驟二：
[0011] 根據(jù)微網(wǎng)內(nèi)各發(fā)電單元和儲(chǔ)能單元的發(fā)電時(shí)刻、荷電狀態(tài)等計(jì)算各發(fā)電單元儲(chǔ)能 單元的發(fā)電功率上下限Imi。、Im。,；
[0012] 對(duì)于幾種微網(wǎng)常見的發(fā)電、儲(chǔ)能單元如光伏發(fā)電、風(fēng)電、燃?xì)廨啓C(jī)、蓄電池、超級(jí)電 容的考慮方法：
[0013] 1)對(duì)于光伏發(fā)電，
[0014] a.對(duì)于有光伏發(fā)電預(yù)測的微網(wǎng)能量優(yōu)化管理系統(tǒng)，
[0015] lmax= P。，Imin二0 ;
[0016] b.對(duì)于沒有光伏發(fā)電預(yù)測的微網(wǎng)能量優(yōu)化管理系統(tǒng)：
[0017] 由于光伏與一天內(nèi)的發(fā)電時(shí)刻有關(guān)，現(xiàn)J當(dāng)：
[0018]
[001引。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電
[0020] U=PnIm化=0;
[0021] 3)對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)
[0022] U=Pn U=〇;
[002引 4)對(duì)于蓄電池，基于其荷電狀態(tài)確定其發(fā)電功率上下限：
[0024]
[002引 5)對(duì)于超級(jí)電容，基于加在電容兩端電壓確定其發(fā)電功率上下限：
[0026]
[0027] 步驟S;
[0028] 根據(jù)不同分布式能源特性確定相應(yīng)懲罰因子，W便于優(yōu)化該些系統(tǒng)運(yùn)行；
[0029] 1)對(duì)于光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電，根據(jù)其運(yùn)行時(shí)間確定懲罰因子：
[0030]
[0031] 式中為光伏或風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)行時(shí)間；
[0032] 2)對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)，其懲罰因子與發(fā)出的功率成正比，取P=b;
[003引式中b為一常數(shù)，取值；0ZbZ1 ;
[0034] 3)對(duì)于蓄電池，根據(jù)其荷電狀態(tài)、發(fā)電功率上下限Imi。、及當(dāng)前功率X確定其懲罰 因子P:
[00 巧]
[003引其中；flag為懲罰方向參數(shù)，當(dāng)0%<S0c< 3時(shí)，flag= 1 ;
[0037] 當(dāng) 30%<S〇c< 10 時(shí)，flag=-1 ;
[0038] X為當(dāng)前所發(fā)出的功率；
[0039] Imin、與之前同；
[0040] 4)對(duì)于超級(jí)電容，根據(jù)其加在電容兩端電壓、發(fā)電功率上下限Imi。、及當(dāng)前功率X 確定其懲罰因子P:
[0041]
[004引其中；flag為懲罰方向參數(shù)，當(dāng)0%《Uc< 75%時(shí)，flag= 1 ;
[0043] 當(dāng) 75%Un《Uc《U時(shí)，flag= -1 ;
[0044] X為當(dāng)前所發(fā)出的功率；
[0045] 1?；?、與之前同；
[004引步驟四；
[0047] 將優(yōu)化條件作用于優(yōu)化算法確定微網(wǎng)能量優(yōu)化管理系統(tǒng)的目標(biāo)函數(shù)：
[0048] 1)目標(biāo)函數(shù)
[004引 a.孤網(wǎng)運(yùn)行模型下；保證本地負(fù)載供電，并使微網(wǎng)總發(fā)電成本最??；
[0050]
[005。 其中：馬二SiUCow化e)為發(fā)電單元燃料消耗成本，i為發(fā)電單元編號(hào)，t為運(yùn)行 時(shí)刻；
[0052]
發(fā)電單元運(yùn)行管理成本，IW為運(yùn)行管理系數(shù)；
[005引
訪發(fā)電單元折舊成本，Pfe,i為最大輸出功率，C"為容量因素；
[0054]
為負(fù)荷停運(yùn)補(bǔ)償成本；
[00巧]kl、k2、k3、k4為費(fèi)用考慮系數(shù)，取0或1，（0表示不考慮該項(xiàng)費(fèi)用，1表示考慮該 項(xiàng)費(fèi)用）；
[0056] 為微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)對(duì)應(yīng)的懲罰項(xiàng)，xi表示發(fā)電或儲(chǔ)能單元當(dāng)前吸收或者發(fā)出的 功率，Pi為相應(yīng)懲罰因子；
[0057] b.并網(wǎng)運(yùn)行模式下；保證本地負(fù)載供電，并使微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益最大；
[0058]
[00則其中；Cgdd=CbtCbp-CstCsp為微網(wǎng)與配電網(wǎng)交互成本，Cbt，Cst為向電網(wǎng)買入、賣出的 電量，Cbp，c,p為向電網(wǎng)買入、賣出的電價(jià)；
[0060] Cg、C〇M、Cgdd、Cdp、kl、k2、k3、k4、k5 與上同；
[0061] 2)約束條件
[0062] a.功率平衡約束；
[0063]
[0064] 其中；為系統(tǒng)中第i個(gè)分布式發(fā)電單元發(fā)出的功率，I為系統(tǒng)中發(fā)電單元的個(gè)數(shù)； [006引Psj為第j個(gè)儲(chǔ)能單元吸收或發(fā)出的功率，J為系統(tǒng)中儲(chǔ)能單元的個(gè)數(shù)；
[0066] Pu為第i個(gè)負(fù)荷需求的功率，K為系統(tǒng)中負(fù)荷的個(gè)數(shù)；
[0067] Pgtid為配電網(wǎng)的交換功率，當(dāng)微網(wǎng)向電網(wǎng)輸出功率時(shí)，Pgtid> 0;當(dāng)微網(wǎng)從電網(wǎng)吸 收功率時(shí)，Pgdd< 0 ;
[006引Pu為負(fù)荷單元所需功率；
[0069] b.發(fā)電單元輸出功率（發(fā)電和儲(chǔ)能）
[0070]
[007。式中唯b、增犯'、巧h、巧IU'分別為系統(tǒng)中第i個(gè)分布式電源發(fā)電單元和第j個(gè) 儲(chǔ)能單元的輸出功率下限和輸出功率上限；
[0072] C.微網(wǎng)與配電網(wǎng)交換容量約束
[0073]
[0074]式中，巧S、巧?苦分別為微網(wǎng)系統(tǒng)與大電網(wǎng)能量交換的功率下限和功率上限。
[00巧]本發(fā)明方法基于微網(wǎng)所接入的主網(wǎng)電力市場環(huán)境、微網(wǎng)自身網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成和儲(chǔ)能設(shè)備 的特性，建立目標(biāo)微網(wǎng)的能量優(yōu)化管理優(yōu)化控制模型。W微網(wǎng)內(nèi)儲(chǔ)能原件荷電狀態(tài)及電壓 百分比作為決策變量，對(duì)不同形式分布式發(fā)電系統(tǒng)建立統(tǒng)一的約束矩陣模型，充分考慮了 分布式能源發(fā)電能力的動(dòng)態(tài)變化，使分布式發(fā)電系統(tǒng)能量優(yōu)化管理更有效。
[0076] 本發(fā)明的有益效果如下；
[0077] 1)考慮了分布式能源發(fā)電能力的動(dòng)態(tài)變化是分布式能源系統(tǒng)更具可行性；
[0078] 2)能量優(yōu)化管理時(shí)根據(jù)不同分布式能源特性提出相應(yīng)懲罰因子計(jì)算方法，可W優(yōu) 化該些系統(tǒng)運(yùn)行，延長各發(fā)電系統(tǒng)的壽命；
[0079] 3)對(duì)不同形式發(fā)電系統(tǒng)建立了統(tǒng)一的約束矩陣模型，便于設(shè)備的添加和移除。
【具體實(shí)施方式】
[0080] 本發(fā)明提供了一種包含光伏電池、超級(jí)電容系統(tǒng)和裡電池的智能微電網(wǎng)的能量優(yōu) 化管理方法。由于光伏發(fā)電單元的輸出功率具有間歇性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，而負(fù)荷的變化也 具有隨機(jī)性，給微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成負(fù)面影響。同時(shí)，儲(chǔ)能裝置尤其是大容量的電力系統(tǒng) 儲(chǔ)能裝置往往需要頻繁的吸收或釋放較大功率，如作為常用儲(chǔ)能裝置的蓄電池在頻繁的大 功率充放電和深度放電過程中會(huì)出現(xiàn)溫度升高、正負(fù)極板上的活性物質(zhì)脫落等現(xiàn)象，導(dǎo)致 蓄電池容量積累性虧損，并在短時(shí)間內(nèi)快速下降，嚴(yán)重影響蓄電池的使用壽命，W及微電網(wǎng) 正常穩(wěn)定的運(yùn)行。因此，本發(fā)明采用靈活優(yōu)化條件動(dòng)態(tài)的改變約束條件，配置微電網(wǎng)運(yùn)行成 本最低的方案，充分發(fā)揮儲(chǔ)能效益。
[0081] 微網(wǎng)能量優(yōu)化管理系統(tǒng)中采用多種限制條件滿足微電網(wǎng)系統(tǒng)孤網(wǎng)和并網(wǎng)運(yùn)行需 求，使運(yùn)行成本最低?？刂品椒ㄖ饕獮椋?br>[008引步驟一；
[0083] 基于微網(wǎng)內(nèi)分布式電源和儲(chǔ)能元件的類別、個(gè)數(shù)W及儲(chǔ)能元件的充電狀態(tài)及電壓 百分比建立微網(wǎng)內(nèi)約束矩陣如下：
[0084]
[00財(cái)步驟二；
[0086] 根據(jù)微網(wǎng)內(nèi)各發(fā)電單元和儲(chǔ)能單元的發(fā)電時(shí)刻、荷電狀態(tài)等計(jì)算各發(fā)電單元儲(chǔ)能 單元的發(fā)電功率上下限Imi。、Im。,；
[0087] 1.對(duì)于光伏發(fā)電，在此實(shí)例中取P"= 1
[0088] a.對(duì)于有光伏發(fā)電預(yù)測的微網(wǎng)能量優(yōu)化管理系統(tǒng)
[0089] lmax= P n，Imin二0
[0090] b.對(duì)于沒有光伏發(fā)電預(yù)測的微網(wǎng)能量優(yōu)化管理系統(tǒng)：
[0091] 由于光伏與一天內(nèi)的發(fā)電時(shí)刻有關(guān)，現(xiàn)J當(dāng)：
[0092]
[0093] 2.對(duì)于風(fēng)力發(fā)電，實(shí)例中取Pn= 1
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