一种多能互联交直流混合微电网系统及优化配置方法技术方案

本发明专利技术提出一种多能互联交直流混合微电网系统及优化配置方法，属于微电网组网及优化配置领域，本发明专利技术使系统的容量以及经济达到了最优化；本发明专利技术主要是孤网运行为主，在整个孤网中采用冷热电三联供的多能互联的方法来使得能量得到充分的利用，减少了多个微源的并入以及对大电网的冲击，使得能量更加合理的利用；为了解决交直流的切换问题，构建了交直流混合微网，能同时满足直流负荷以及交流负荷，并且减少了因多次的转换所造成的系统电能损失，并且对多能互联的交直流混合微电网进行了优化配置，使得整个系统运行更加合理及微电网的年收入达到最大值。

Multi energy interconnected AC / DC hybrid micro grid system and optimized allocation method

The invention provides a multiple interconnected AC / DC hybrid microgrid system and optimization method, belongs to the micro grid network and optimize the allocation of fields, the system capacity and economic optimization reached the invention; the invention mainly isolated network operation, method of interconnection in the isolated network using the CCHP to make full use of energy, reduce into a plurality of micro sources and the impact on the power grid, making energy utilization more reasonable; in order to solve the problem of switching DC, constructed AC-DC hybrid microgrid, can satisfy DC load and AC load at the same time, and can reduce the loss caused by due to multiple conversion of power system, and the AC / DC hybrid of interconnection of micro grid is optimized. It makes the whole system more reasonable and micro grid years Reach maximum.

【技术实现步骤摘要】
一种多能互联交直流混合微电网系统及优化配置方法
本专利技术属于微电网组网及优化配置领域，具体涉及一种多能互联交直流混合微电网系统及优化配置方法。
技术介绍
随着对电力需求的不断增长，新型的微电网得到了迅速的发展；微电网是指由分布式发电装置、储能装置、能量转换装置和负荷组成的微型供电系统，它既可以与大型电网相连以并网模式运行，也可以以孤岛模式运行，通常境况下两种模式可以相互转换，以保证系统供电的可靠性；但是目前微电网也存在很大的问题，例如微电网的存储的成本很高、大量的微源通过母线并连到大电网，会对大电网有一定冲击，使得大电网不能平稳运行、负载不仅存在交流负载还存在直流负载，在为直流负载供电时，需要将交流电转换到高压直流电，再将高压直流电转换为低压直流电，多次的转换会造成系统电能的损失。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种多能互联交直流混合微电网系统及优化配置方法，以达到直接给交流负荷和直流负荷供电的目的，避免了交直流切换所造成的损耗。一种多能互联交直流混合微电网系统，包括风能发电系统、第一光伏发电系统、燃气轮机功能系统、第一蓄电池组和直流微网系统；所述的风能发电系统包括多个风力发电机和多个双向逆变器，风力发电机通过双向逆变器接入交流母线；所述的第一光伏发电系统包括多个光伏阵列和多个斩波器，光伏阵列通过斩+波器接入交流母线；所述的燃气轮机功能系统包括燃气轮机、发电机、变频器、分配装置、制冷设备及控制装置、制热设备及控制装置，燃气轮机的第一输出端连接发电机的输入端，发电机通过变频器接入交流母线，燃气轮机的第二输出端连接分配装置的输入端，分配装置的输出端连接制冷设备及控制装置输入端和制热设备及控制装置输入端；所述的第一蓄电池组通过斩波器接入交流母线；所述的直流微网系统包括直流充电桩、第二光伏发电系统和第二蓄电池组；所述的直流充电桩包括多个直流充电电机和多个斩波器，直流充电电机通过斩波器接入直流母线；所述的第二光伏发电系统包括多个光伏阵列和多个斩波器，光伏阵列通过斩波器接入直流母线；所述的第二蓄电池组通过斩波器接入直流母线；所述的交流母线经过升压变压器，通过双向逆变器连接直流母线。一种多能互联交直流混合微电网优化配置方法，包括以下步骤：步骤1、根据电网所在区域历史数据，预测该区域未来时间内的冷热电负荷量；步骤2、根据电网所在区域历史数据，预测该区域未来时间内的光伏发电量；步骤3、通过引入惩罚项系数的方式，根据电制冷设备用电和电制热设备用电构建天然气消耗量最小的目标函数；步骤4、确定步骤3所建立目标函数的约束条件，具体包括：(1)0≤天然气制热量+天然气制冷量≤燃气机容量×燃气机发电效率；(2)负的蓄电池容量≤蓄电池充电量≤整的蓄电池容量；(3)0≤蓄电池存储状态≤蓄电池容量；(4)0≤电制热用电量≤电制热设备容量；(5)0≤电制冷用电量≤电制冷设备容量；(6)负的蓄热池容量≤蓄热池存量≤正的蓄热池容量；(7)0≤蓄热池存储状态≤蓄热池容量；(8)负的蓄冷池容量≤蓄冷池存量≤正的蓄冷池容量；(9)0≤蓄冷池存储状态容量≤正的蓄冷池容量；(10)(天然气制热量+天然气制冷量)×燃气机发电效率+光伏电量-蓄电池充电量-电制热用电-电制冷用电＝负荷用电量；(11)天然气制热量×余热制热利用率+电制热用电×电制热设备效率-蓄热池存量＝热负荷用量；(12)天然气制冷量×余热制冷利用率+电制冷用电×电制冷设备效率-蓄冷池存量＝冷负荷用量；步骤5、在步骤4的约束条件下，采用线性规划方法对步骤3所建立的目标函数进行优化，获得天然气消耗量最小值；步骤6、根据当地售冷热电的收益、光伏发电政府补贴、初投资年等值费用、年运行能耗费用和系统维护费用，构建系统利润最大化的目标函数；所述的年运行能耗费用：步骤5获得的天然气消耗量最小值与天然气单价的乘积；所述的初投资年等值费用：根据光伏整列容量、风力发电机容量、燃气机容量、蓄电池容量、直流微网交换量、电制热设备容量、电制冷设备容量、蓄热池容量、蓄冷池容量及个容量的单价获得；步骤7、采用遗传算法获得系统利润最大时所对应的最优的容量配置，即最优的光伏整列容量、风力发电机容量、燃气机容量、蓄电池容量、直流微网交换量、电制热设备容量、电制冷设备容量、蓄热池容量和蓄冷池容量。步骤3所述的通过引入惩罚项系数的方式，根据电制冷设备用电和电制热设备用电构建天然气消耗量最小的目标函数，具体公式如下：minUgas(X)＝GH+GC+C(1)其中，Ugas(X)表示天然气消耗量，GH表示电制热设备用电，GC电制冷设备用电，C表示惩罚项系数。步骤6所述的根据当地售冷热电的收益、光伏发电政府补贴、初投资年等值费用、年运行能耗费用和系统维护费用，构建系统利润最大化的目标函数；具体公式如下：f＝f1+f2-f3-f4-f5(2)其中，f表示系统利润，f1表示售冷热电的收益，f2表示光伏发电政府补贴，f3表示初投资年等值费用，Yi表示第i种设备的容量，Pi表示第i中设备的单价，A表示年金现值系数，f4表示年运行能耗费用，即天然气费用，f4＝Ugas(X)×Pgas，Ugas(X)表示天然气消耗量，Pgas为天然气单价，f5表示系统维护费用。本专利技术优点：本专利技术提出一种多能互联交直流混合微电网系统及优化配置方法，使系统的容量以及经济达到了最优化；本专利技术主要是孤网运行为主，在整个孤网中采用冷热电三联供的多能互联的方法来使得能量得到充分的利用，减少了多个微源的并入以及对大电网的冲击，使得能量更加合理的利用；为了解决交直流的切换问题，构建了交直流混合微网，能同时满足直流负荷以及交流负荷，并且减少了因多次的转换所造成的系统电能损失，并且对多能互联的交直流混合微电网进行了优化配置，使得整个系统运行更加合理及微电网的年收入达到最大值。附图说明图1为本专利技术一种实施例的多能互联交直流混合微电网系统结构示意图；图2为本专利技术一种实施例的制冷及控制装置结构示意图；图3为本专利技术一种实施例的制热及控制装置结构示意图；图4为本专利技术一种实施例的多能互联交直流混合微电网优化配置方法流程图；图5为本专利技术一种实施例的光伏阵列的输出I-U特性曲线示意图；图6为本专利技术一种实施例的光伏阵列不同温度下的I-U曲线示意图；图7为本专利技术一种实施例的采用遗传算法获得系统利润最大时所对应的最优的容量配置过程流程图；图8为本专利技术一种实施例的配置优化结果分析运行优化后结果示意图；图9为本专利技术一种实施例的电负荷平衡曲线示意图；图10为本专利技术一种实施例的热负荷平衡曲线示意图；图11为本专利技术一种实施例的冷负荷平衡曲线示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术一种实施例做进一步说明。本专利技术实施例中，如图1所示，多能互联交直流混合微电网系统，包括风能发电系统、第一光伏发电系统、燃气轮机功能系统、第一蓄电池组和直流微网系统；所述的风能发电系统包括多个风力发电机和多个双向逆变器AC/DC/AC，风力发电机通过双向逆变器AC/DC/AC接入交流母线AC--BUS；所述的第一光伏发电系统包括多个光伏阵列和多个斩波器DC/DC，光伏阵列通过斩波器DC/DC接入交流母线AC--BUS；所述的燃气轮机功能系统包括燃气轮机、发电机、变频器AC/AC、分配装置、制冷设备及控制装置、制热设备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多能互联交直流混合微电网系统，其特征在于，包括风能发电系统、第一光伏发电系统、燃气轮机功能系统、第一蓄电池组和直流微网系统；所述的风能发电系统包括多个风力发电机和多个双向逆变器，风力发电机通过双向逆变器接入交流母线；所述的第一光伏发电系统包括多个光伏阵列和多个逆变器，光伏阵列通过逆变器接入交流母线；所述的燃气轮机功能系统包括燃气轮机、发电机、变频器、分配装置、制冷设备及控制装置、制热设备及控制装置，燃气轮机的第一输出端连接发电机的输入端，发电机通过变频器接入交流母线，燃气轮机的第二输出端连接分配装置的输入端，分配装置的输出端连接制冷设备及控制装置输入端和制热设备及控制装置输入端；所述的第一蓄电池组通过逆变器接入交流母线；所述的直流微网系统包括直流充电桩、第二光伏发电系统和第二蓄电池组；所述的直流充电桩包括多个直流充电电机和多个斩波器，直流充电电机通过斩波器接入直流母线；所述的第二光伏发电系统包括多个光伏阵列和多个斩波器，光伏阵列通过斩波器接入直流母线；所述的第二蓄电池组通过斩波器接入直流母线；所述的交流母线经过升压变压器，通过双向逆变器连接直流母线。

【技术特征摘要】
1.一种多能互联交直流混合微电网系统，其特征在于，包括风能发电系统、第一光伏发电系统、燃气轮机功能系统、第一蓄电池组和直流微网系统；所述的风能发电系统包括多个风力发电机和多个双向逆变器，风力发电机通过双向逆变器接入交流母线；所述的第一光伏发电系统包括多个光伏阵列和多个逆变器，光伏阵列通过逆变器接入交流母线；所述的燃气轮机功能系统包括燃气轮机、发电机、变频器、分配装置、制冷设备及控制装置、制热设备及控制装置，燃气轮机的第一输出端连接发电机的输入端，发电机通过变频器接入交流母线，燃气轮机的第二输出端连接分配装置的输入端，分配装置的输出端连接制冷设备及控制装置输入端和制热设备及控制装置输入端；所述的第一蓄电池组通过逆变器接入交流母线；所述的直流微网系统包括直流充电桩、第二光伏发电系统和第二蓄电池组；所述的直流充电桩包括多个直流充电电机和多个斩波器，直流充电电机通过斩波器接入直流母线；所述的第二光伏发电系统包括多个光伏阵列和多个斩波器，光伏阵列通过斩波器接入直流母线；所述的第二蓄电池组通过斩波器接入直流母线；所述的交流母线经过升压变压器，通过双向逆变器连接直流母线。2.一种多能互联交直流混合微电网优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据电网所在区域历史数据，预测该区域未来时间内的冷热电负荷量；步骤2、根据电网所在区域历史数据，预测该区域未来时间内的光伏发电量；步骤3、通过引入惩罚项系数的方式，根据电制冷设备用电和电制热设备用电构建天然气消耗量最小的目标函数；步骤4、确定步骤3所建立目标函数的约束条件，具体包括：(1)0≤天然气制热量+天然气制冷量≤燃气机容量×燃气机发电效率；(2)负的蓄电池容量≤蓄电池充电量≤整的蓄电池容量；(3)0≤蓄电池存储状态≤蓄电池容量；(4)0≤电制热用电量≤电制热设备容量；(5)0≤电制冷用电量≤电制冷设备容量；(6)负的蓄热池容量≤蓄热池存量≤正的蓄热池容量；(7)0≤蓄热池存储状态≤蓄热池容量；(8)负的蓄冷池容量≤蓄冷池存量≤正的蓄冷池容量；(9)0≤蓄冷池存储状态容量≤正的蓄冷池容量；(10)(天然气制热量+天然气制冷量)×燃气机发电效率+光伏...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁惜瀛，贾广东，张泽宇，沈思瑶，韩翔宇，蓝天翔，王锐，成凯龙，董赛，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21