微电网运行能量管理优化方法技术

本发明专利技术提供一种微电网运行能量管理优化方法，其总体思路为：该方案包括日前经济优化调度和日内调度2个阶段。在日前调度阶段，推导出蓄电池运行成本函数，在不同放电深度下将蓄电池寿命损耗归算于相应具体运行成本；考虑峰谷平各时段电价，根据日前光伏与负荷预测，以包含锂电池和燃料电池的运行维护成本、可中断负荷的中断补偿、从大电网购售电等总运行成本为目标函数进行功率优化分配，解决混合整数非线性规划问题在日内调度阶段，根据功率波动、各时段电价以及分布式电源发电成本来调配分布式单元的运行，并且在调度过程中计入附加成本便于准确计算总运行成本。

Energy management optimization method for microgrid operation

The invention provides an optimization method for energy management of micro-grid operation, and the overall idea is that the scheme comprises two stages of day-ahead economic optimal dispatch and domestic dispatch. In the day-ahead dispatching stage, the battery operation cost function is deduced, and the battery life loss is attributed to the corresponding specific operation cost under different discharge depths. Considering the peak-valley level electricity price in each period, according to the day-ahead photovoltaic and load forecasting, the operation and maintenance cost of lithium battery and fuel cell and interruption of interruptible load are included. The total operating costs such as compensation, purchase and sale of electricity from large power grids are allocated as objective functions to optimize the power allocation. The hybrid integer nonlinear programming problem is solved in the day-to-day dispatching stage. The operation of distributed units is allocated according to power fluctuations, electricity prices of different periods and the cost of distributed generation. Additional components are included in the dispatching process. This is convenient for calculating the total running cost accurately.

【技术实现步骤摘要】
微电网运行能量管理优化方法
本专利技术涉及微电网运行控制领域，尤其涉及一种微电网运行能量管理优化方法。
技术介绍
分布式电源并网发电已经成为电力市场主流，传统的电力系统通过大型发电厂和远距离超高压输电来向用户供电，但是新的微电网供电模式将分布式电源和储能系统以及用户需求进行有机整合。在智能电网的背景下，微电网可以根据用户的实时需求来协调控制分布式电源和储能系统，来达到微电网内功率的供需平衡，有效提高了微电网的稳定性和可再生能源的就地转换率。保证微电网稳定运行的重要途径就是能量管理，根据用户需求进行控制的调整与优化，通过微电网中各个节点的信息流在线调控系统，提供高质量电能。在微电网运行过程中，负荷的随机性和分布式电源功率输出的波动性，都是微电网控制和能量分配必须考虑到的因素，对控制方法的实时性提出了很高的要求。因此需要一个微电网控制和能量管理方法，该方法能够应对负荷和分布式电源的任意波动，在该方法中控制决策只需采集当下时刻的微电网中各部分的状态，即可实现对微电网的正确控制。随着智能电网和通信技术的发展，微电网的优化控制能在线获取各方面的交互信息，奠定了在线的执行基础。由此可以预见，在线优化将成为未来微电网能量管理的发展趋势之一。本专利技术将着眼于解决上述微电网控制难题，提出一种微电网运行能量管理优化方法，使其能够在微电网并网和孤岛模式下的安全经济调度，并通过实时检测与同步调整来保证微电网的能量平衡与协调控制，提高了微电网的兼容性与鲁棒性，在不同负荷水平与微电网状态下均能实现能量平衡控制，为微电网的运行控制提供了一种新思路。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种微电网运行能量管理优化方法，优化微电网运行控制，保障微电网运行的经济性与安全性，使得微电网能够在并网和孤岛模式下稳定运行。为了达成上述目的，本专利技术的技术方案是：微电网运行能量管理优化方法，包括以下4个步骤：(1)构建日前优化阶段目标函数。(2)列出日前优化阶段微电网运行各部分的成本函数。(3)确定日前优化阶段目标函数的约束条件。(4)日内优化阶段。本专利技术的微电网运行能量管理优化方法，所述步骤(1)日前经济优化调度目标函数的构造中，目标函数将包含燃料电池和蓄电池的运行与维护成本、蓄电池的损耗、分时段电价和可中断负荷的中断补偿均在考虑优化中。目标函数构造如下：(1-1)将1天分为24小时，用t来表示时间段，每个小时段的分布式电源、蓄电池功率输出与吸收取固定值。(1-2)令充放电量和购售电量为正数，考虑每小时的分布式电源和负荷的功率变化，将分布式电源的运行状态变化用0或1来表示，“0”表示切除，“1”表示运行。(1-3)根据(1-1)和(1-2)设定，构建的目标函数为：(1-4)对于(1-3)中的minF表示最小经济成本，Ct表示不同分布式单元的运行成本，具体包括以下内容：(1-5)对于(1-4)中的式(2)，i为燃料电池的编号，n为微电网中燃料电池的总数，PFi(t)为燃料电池在时间段t内的功率，CFi为燃料电池单位功率运行成本，同理CFSi为单位功率分摊的维护成本，j为蓄电池的编号，m为微电网中蓄电池的总数，CBj(t)为蓄电池时间段t内运行成本，同理CBSj(t)为蓄电池时间段t内维护成本，k为可中断负荷的编号，g为可中断负荷数量，Ilk(t)为可中断负荷在时间段t内的运行情况，取值可为1(运行)或者0(切除)，Clk为可中断负荷的补偿金额，Plk(t)为可中断负荷在时间段t内的功率需求，IPgrid(t)为微电网在时间段t内从大电网购电，取值为1(购电)或0(未购电)，CP(t)为时间段t内的购入电价，PPgrid(t)为时间段t内的购入电量，ISgrid(t)为微电网在时间段t内向大电网售电，取值为1(售电)或0(未售电)，CS(t)为时间段t内的出售电价，PSgrid(t)为时间段t内的售出电量。本专利技术的微电网运行能量管理优化方法，所述步骤(2)日前经济优化调度中各部分的成本函数具体如下：(2-1)燃料电池的运行与维护成本，式(3)为运行成本函数，式(4)为维护成本函数：CFSi＝KFSC·PFi(t)(4)(2-2)对于(2-1)中的式(3)与式(4)，CFC表示燃气价格，LHVFC表示燃气的理论能量，ηFC为燃料电池效率，KFSC为燃料电池单位功率维护成本系数。(2-3)考虑蓄电池循环寿命的运行成本函数为公式(5)：(2-4)对于(2-3)中的式(5)，CB(t)为蓄电池在时间段t内的运行成本，Cinv为蓄电池的建设费用，Ich(t)表示蓄电池时间段t内的充电状态，取值为1(充电中)或0(未充电)，Idis(t)为蓄电池时间段t内的放电状态，取值为1(放电中)或0(未放电)，Pch(t)和Pdis(t)分别为蓄电池在时间段t内的充电功率和放电功率，ELB为蓄电池额定容量，Nlife(t)为蓄电池在时间段t内的的寿命损耗。(2-5)蓄电池在时间段t内的维护成本函数如公式(6)所示，KBS为蓄电池单位功率维护成本：CBS(t)＝KBS[Ich(t)·Pch(t)+Idis(t)·Pdis(t)](6)本专利技术的微电网运行能量管理优化方法，所述步骤(3)主要是考虑微电网稳定运行，令微电网内各单位满足一定的约束不等式，日前优化阶段目标函数的约束条件具体内容如下：(3-1)微网中功率平衡等式约束为：公式(7)中，PPV(t)表示日前预测的光伏输出功率，Plc(t)为日前预测阶段重要负荷的功率需求。(3-2)燃料电池的输出功率约束条件为：PFCmin≤PFi(t)≤PFCmax(8)PFCmin和PFCmax分别为燃料电池输出功率的下限和上限。(3-3)蓄电池的约束条件为：蓄电池的荷电状态SOC需满足如下约束：SOCBmin≤SOCB(t)≤SOCBmax(9)式(9)中，SOCBmin和SOCBmax分别为蓄电池荷电状态的下限和上限。在时间段t内蓄电池处于充电或者放电状态，其运行状态满足如下约束：Ich(t)+Idis(t)≤1(10)(3-4)同样地，微电网并网逆变器在时间段t内需要满足以下约束条件：(3-5)可中断负荷约束。根据负荷的重要程度的不同，用Tlk表示可中断负荷在日内中断的最大时长，则约束条件可以表示为：本专利技术的微电网运行能量管理优化方法，所述步骤(4)日内优化阶段，在日前优化阶段步骤(1)-(3)优化过后，考虑到日前的光伏预测和负荷预测可能存在偏差，所以在日内继续进行优化，具体内容如下：(4-1)日内优化中，采用超级电容器、燃料电池等来抑制功率波动，引入附加成本，在控制流程中每一步进行附加成本计算，得到较准确的总运行成本。(4-2)日内优化阶段中，以15min为时间单位，将日内分为96个时间段，按照峰、谷、平三个用电时段划分策略。(4-3)计算日前预测功率和日内短时需求功率差值，得到微电网的功率波动大小，记为ΔP，ΔP的正负表示微电网内功率的供需平衡。(4-4)在峰电价时段，从附加成本最低的角度出发，当ΔP＞0时，优先让超级电容放电，若剩余容量不足，则使用燃料电池发电，若功率仍然不足，就从大电网购电来填补功率短缺。当ΔP＜0时，优先向大电网售电，再结合超级电容的SOC考虑是否充电。(4-5)在平电价时段，由于燃料成本介于该时段购售本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微电网运行能量管理优化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)构建日前优化阶段目标函数。(2)列出日前优化阶段微电网运行各部分的成本函数。(3)确定日前优化阶段目标函数的约束条件。(4)日内优化阶段。

【技术特征摘要】
1.一种微电网运行能量管理优化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)构建日前优化阶段目标函数。(2)列出日前优化阶段微电网运行各部分的成本函数。(3)确定日前优化阶段目标函数的约束条件。(4)日内优化阶段。2.如权利要求1所述微电网运行能量管理优化方法，其特征在于，所述步骤(1)日前经济优化调度目标函数的构造中，目标函数将包含燃料电池和蓄电池的运行与维护成本、蓄电池的损耗、分时段电价和可中断负荷的中断补偿均在考虑优化中。目标函数构造如下：(1-1)将1天分为24小时，用t来表示时间段，每个小时段的分布式电源、蓄电池功率输出与吸收取固定值。(1-2)令充放电量和购售电量为正数，考虑每小时的分布式电源和负荷的功率变化，将分布式电源的运行状态变化用0或1来表示，“0”表示切除，“1”表示运行。(1-3)根据(1-1)和(1-2)设定，构建的目标函数为：(1-4)对于(1-3)中的minF表示最小经济成本，Ct表示不同分布式单元的运行成本，具体包括以下内容：(1-5)对于(1-4)中的式(2)，i为燃料电池的编号，n为微电网中燃料电池的总数，PFi(t)为燃料电池在时间段t内的功率，CFi为燃料电池单位功率运行成本，同理CFSi为单位功率分摊的维护成本，j为蓄电池的编号，m为微电网中蓄电池的总数，CBj(t)为蓄电池时间段t内运行成本，同理CBSj(t)为蓄电池时间段t内维护成本，k为可中断负荷的编号，g为可中断负荷数量，Ilk(t)为可中断负荷在时间段t内的运行情况，取值可为1(运行)或者0(切除)，Clk为可中断负荷的补偿金额，Plk(t)为可中断负荷在时间段t内的功率需求，IPgrid(t)为微电网在时间段t内从大电网购电，取值为1(购电)或0(未购电)，CP(t)为时间段t内的购入电价，PPgrid(t)为时间段t内的购入电量，ISgrid(t)为微电网在时间段t内向大电网售电，取值为1(售电)或0(未售电)，CS(t)为时间段t内的出售电价，PSgrid(t)为时间段t内的售出电量。3.如权利要求1所述微电网运行能量管理优化方法，其特征在于，所述步骤(2)日前经济优化调度中各部分的成本函数具体如下：(2-1)燃料电池的运行与维护成本，式(3)为运行成本函数，式(4)为维护成本函数：CFSi＝KFSC·PFi(t)(4)(2-2)对于(2-1)中的式(3)与式(4)，CFC表示燃气价格，LHVFC表示燃气的理论能量，ηFC为燃料电池效率，KFSC为燃料电池单位功率维护成本系数。(2-3)考虑蓄电池循环寿命的运行成本函数为公式(5)：(2-4)对于(2-3)中的式(5)，CB(t)为蓄电池在时间段t内的运行成本，Cinv为蓄电池的建设费用，Ich(t)表示蓄电池时间段t内的充电状态，取值为1(充电中)或0(未充电)，Idis(t)为蓄电池时间段t内的放电状态，取值为1(放电中)或0(未放电)，Pch(t)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：马文飞，吴孔平，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34