基于能量管理的孤网状态下的微电网系统调度方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于能量管理的孤网状态下的微电网系统调度方法，其以微电网孤网运行成本最小为控制目标，分别构建孤网长期运行目标函数和孤网短期运行目标函数，通过对前者的运行成本最小化求解获得相应的长期运行调度参数，保证微电网系统内一级负荷的用电需求，通过对后者的运行成本最小化求解获得相应的短期运行调度参数，保证微电网系统内所有用电设备的用电需求。目标函数覆盖了更多、更精准的成本影响因素，使调度模型更精细，预测更精准，适用性强，因引入0、1决策变量将约束中的二次约束转换为一次约束，并按时间分层求解，在保证较高求解精度的基础上还能获得较快的求解速度，可适用于大型的微电网优化调度。

【技术实现步骤摘要】
基于能量管理的孤网状态下的微电网系统调度方法
本专利技术涉及一种微电网能量调度优化方法，涉及微电网能量管理
，适用于微电网能量管理的日前经济调度。
技术介绍
随着能源危机加剧和环境污染日益严重，微电网作为一种新型能源网络化供应和管理技术，受到越来越多的关注。随着微电网工程的不断发展完善，微电网能量管理系统成为微电网研究的重点。微电网能量管理系统是针对微电网的智能控制系统，其能优化分布式电源的功率分配，并使系统经济安全的运行。作为微电网能量管理的核心部分，其调度优化模型的设计对微电网能量管理的效果起着至关重要的作用。如何选择算法快速准确的求解考虑各种复杂约束条件的调度优化问题均给该课题带来较大的挑战。解决这一系列问题将提高能量的利用效率，减少微电网系统的运营成本，具有较好的社会效益。现阶段，一些微电网调度优化的研究建立了线性的调度模型，但是这种模型过于粗糙，不利于深入研究。当前大多数模型建立的是非线性优化模型，一般采用粒子群算法、蚁群算法、遗传算法等智能优化算法求解。随着规模的增加，智能算法往往不容易收敛并且求解速度较慢。同时，当前模型一般只适用于少数微电网算例，模型的适用性有待提高。
技术实现思路
为了克服现有技术下的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于能量管理的孤网状态下的微电网系统调度方法，该方法预测更加精准，在保证较高求解精度的基础上还能获得较快的求解速度。本专利技术的技术方案是：一种基于能量管理的孤网状态下的微电网系统调度方法，其以微电网孤网运行成本最小为控制目标，在孤网长期运行状态下，保持储能装置剩余电量的正常波动范围，通过对下列孤网长期运行目标函数的运行成本最小化求解获得相应的长期运行调度参数，保证微电网系统内一级负荷的用电需求：孤网长期运行目标函数为：在孤网短期运行的情况下，先将储能装置作为电源投入供电，保证所有负荷不断电直到电源电量不足，在出现电源电量不足的情形后，通过对下列孤网短期运行目标函数的运行成本最小化求解获得相应的短期运行调度参数：孤网短期运行目标函数为：其中，C为微电网系统的运行成本，Pi(t)为可控电源i的t时刻的输出功率，Ci(Pi(t))为可控电源i的t时刻的燃料成本，所述可控电源包括微型燃气轮机、柴油机和燃料电池；Si(t)为可控电源i的t时刻的启动成本；Uopen,i(t)为可控电源i的t时刻0、1开机决策变量，0表示非启动(保持原启停状态或者停机)，1表示启动；COM,i(Pi(t))、CDP,i(Pi(t))、Ce(Pi(t))分别为可控电源i的t时刻的维护成本、折旧成本和环境成本；Pk(t)为蓄电池k的t时刻的输出功率，COM,k(Pk(t))、CDP,k(Pk(t))分别为蓄电池k的t时刻的维护成本和折旧成本；CPUNISH,k为蓄电池周期不平衡罚函数；Pl(t)为t时刻负荷节点l的负荷，Cl(Pl(t))为负荷节点l的切负荷费用函数，Ul(t)为负荷节点l的切负荷0、1决策变量，0表示不切负荷，1表示切负荷；为一级负荷l1的切负荷0、1决策变量，0表示不切负荷，1表示切负荷，为一级负荷节点l1的罚函数的系数；al为负荷节点l的罚函数的系数；I为可控电源的数量；K为蓄电池的数量；T、T’为一个调度周期内的优化时段数，L为可中断负荷的负荷节点个数，L1表示一级负荷节点的个数。本专利技术的有益效果为：由于对微电网的各类电源分别进行了分类归纳，对不同类型的电源分别建模，由此可以将微电网大部分电源纳入日前经济调度模型中，且新增元件也很简单，因此具有很强的适用性。由于模型中综合考虑了设备折旧费用、燃料费用、维护费用、启停费用、环保费用等设备运行成本及切负荷成本、线路损耗成本等，同时满足了功率平衡、备用、爬坡率、出力上下限、最小启停时间、蓄电池容量上下限、蓄电池充放电功率上下限、蓄电池周期充放电总能量等约束条件，比现有技术下的调度方法更贴近微电网的实际需求，由此建立起的微电网日前经济调度模型也更为完善。由于模型求解过程中采用了按时间分层求解的优化求解方法，可根据需要设置不同时间尺度，获得很短时间范围(自由设定，例如可以为10min或者15min等)的求解结果，因此可以显著提高调度的精度。由于引入了采用前推回代法的三相潮流计算方法，可以在三相不平衡的情况下计算微电网的潮流，得出微电网的线损，计算出微电网平均线损系数。由于应用了分段线性化的处理方法将非线性问题转化为线性问题，并引入了0、1决策变量，将约束中的二次约束转换为一次约束，使微电网日前经济调度模型更易于求解。在应用混合整数线性规划算法对微电网日前经济调度模型进行求解的基础上，加入按时间分层优化的方法，很好地同时保证了计算的准确性和快速性。附图说明图1是费用曲线线性化示意图；图2是配电网前推回代法流程图；图3是分层优化的时间周期对应关系；图4是分层优化流程图；图5是微电网结构图；图6是微电网典型日负荷曲线；图7是光伏出力典型场景；图8是预测误差5％时，光伏预测出力曲线；图9是孤网长期稳定运行时计算得到的理论切负荷结果；图10是孤网长期稳定运行时计算得到的理论调度结果；图11是孤网长期稳定运行时实际运行的切负荷结果；图12是孤网长期稳定运行时实际运行的调度结果；图13是孤网短期运行时计算得到的理论切负荷结果；图14是孤网短期运行时计算得到的理论调度结果；图15是孤网短期运行时实际运行的切负荷结果；图16是孤网短期运行时实际运行的调度结果；图17是采用现有调度方法的实际切负荷结果；图18是采用现有调度方法的实际调度结果。具体实施方式本专利技术涉及一种基于能量管理的孤网状态下的微电网系统调度方法，其以微电网孤网运行成本最小为控制目标，通过对本专利技术所构建的孤网长期运行目标函数进行运行成本最小化求解并获得相应的长期运行调度参数，保证微电网系统内一级负荷的用电需求，通过对本专利技术所构建的孤网短期运行目标函数进行运行成本最小化求解并获得相应的短期运行调度参数，保证微电网系统内所有用电设备的用电需求。所述目标函数的构建直至求解包括以下步骤：步骤一：建立微电网中不同电源、储能装置的调度模型；步骤二：分别构建孤网长期稳定运行和孤网短期运行的目标函数；步骤三：对各模型进行线性化处理，使求解问题转化为混合整数线性规划问题；步骤四：应用前推回代法，计算微电网的三相潮流，得到线路损耗的系数；步骤五：建立按时间分层的微电网调度优化模型；步骤六：根据目标函数及对应的约束条件进行优化求解。下面是对上述各步骤的详细介绍。步骤一：建立微电网不同电源、储能装置的调度模型。微电网的电源主要包括传统的完全可控机组(包括微型燃气轮机、燃料电池、柴油机等常规机组(或称为可控电源))、新能源机组(包括风电、光伏等)，以及储能装置(包括各类蓄电池、超级电容等)。对上述不同类型的电源分别建模，由此可以将微电网大部分电源纳入调度优化模型中。每组中相应设备的数量可能是单数也可能是多数，目标函数中以相应设备组为单位，但名称上不限制是否有“组”字样。它们各自的模型如下：1)风机模型：风机的出力与风速的关系可以由式(1)近似表示：其中，v为风速，vci、vco、vr分别为切入风速、切出风速和额定风速；Prated_WT为风机额定功率。2)光伏发电模型：在标准测试条件下，光伏发电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于能量管理的孤网状态下的微电网系统调度方法，其特征在于其以微电网孤网运行成本最小为控制目标，在孤网长期运行状态下，保持储能装置剩余电量的正常波动范围，通过对下列孤网长期运行目标函数的运行成本最小化求解获得相应的长期运行调度参数，保证微电网系统内一级负荷的用电需求，孤网长期运行目标函数为：，在孤网短期运行的情况下，先将储能装置作为电源投入供电，保证所有负荷不断电直到电源电量不足，在出现电源电量不足的情形后，通过对下列孤网短期运行目标函数的运行成本最小化求解获得相应的短期运行调度参数：孤网短期运行目标函数为：，其中，C为微电网系统的运行成本，为可控电源i的t时刻的输出功率，为可控电源i的t时刻的燃料成本，所述可控电源包括微型燃气轮机、柴油机和燃料电池；为可控电源i的t时刻的启动成本；为可控电源i的t时刻0、1开机决策变量，0表示非启动，1表示启动；、、分别为可控电源i的t时刻的维护成本、折旧成本和环境成本；为蓄电池k的t时刻的输出功率，、分别为蓄电池k的t时刻的维护成本和折旧成本；为蓄电池周期不平衡罚函数；为t时刻负荷节点l的负荷，为负荷节点l的切负荷费用函数，为负荷节点l的切负荷0、1决策变量，0表示不切负荷，1表示切负荷；为一级负荷l1的切负荷0、1决策变量，0表示不切负荷，1表示切负荷，为一级负荷节点l1的罚函数的系数；为负荷节点l的罚函数的系数；为可控电源的数量；为蓄电池的数量；、为一个调度周期内的优化时段数，为可中断负荷的负荷节点个数，表示一级负荷节点的个数。...

【技术特征摘要】
1.一种基于能量管理的孤网状态下的微电网系统调度方法，其特征在于其以微电网孤网运行成本最小为控制目标，在孤网长期运行状态下，保持储能装置剩余电量的正常波动范围，通过对下列孤网长期运行目标函数的运行成本最小化求解获得相应的长期运行调度参数，保证微电网系统内一级负荷的用电需求，孤网长期运行目标函数为：在孤网短期运行的情况下，先将储能装置作为电源投入供电，保证所有负荷不断电直到电源电量不足，在出现电源电量不足的情形后，通过对下列孤网短期运行目标函数的运行成本最小化求解获得相应的短期运行调度参数：孤网短期运行目标函数为：其中，C为微电网系统的运行成本，Pi(t)为可控电源i的t时刻的输出功率，Ci(Pi(t))为可控电源i的t时刻的燃料成本，所述可控电源包括微型燃气轮机、柴油机和燃料电池；Si(t)为可控电源i的t时刻的启动成本；Uopen,i(t)为可控电源i的t时刻0、1开机决策变量，0表示非启动，1表示启动；COM,i(Pi(t))、CDP,i(Pi(t))、Ce(Pi(t))分别为可控电源i的t时刻的维护成本、折旧成本和环境成本；Pk(t)为蓄电池k的t时刻的输出功率，COM,k(Pk(t))、CDP,k(Pk(t))分别为蓄电池k的t时刻的维护成本和折旧成本；CPUNISH,k为蓄电池周期不平衡罚函数；Pl(t)为t时刻负荷节点l的负荷，Cl(Pl(t))为负荷节点l的切负荷费用函数，Ul(t)为负荷节点l的切负荷0、1决策变量，0表示不切负荷，1表示切负荷；为一级负荷l1的切负荷0、1决策变量，0表示不切负荷，1表示切负荷，为一级负荷节点l1的罚函数的系数；al为负荷节点l的罚函数的系数；I为可控电源的数量；K为蓄电池的数量；T、T’为一个调度周期内的优化时段数，L为可中断负荷的负荷节点个数，L1表示一级负荷节点的个数。2.如权利要求1所述的基于能量管理的孤网状态下的微电网系统调度方法，其特征在于所述微型燃气轮机的燃料成本函数为：其中，Cnl是天然气价格；Ccal为天然气的热值；PMT(t)是微型燃气轮机t时刻的输出功率；ηMT(t)是微型燃气轮机t时刻的发电效率；所述柴油机的燃料成本函数为：其中，a、b、c分别为成本函数的系数，由厂家提供或者拟合得到；PDG(t)是柴油机t时刻的输出功率；所述燃料电池的燃料成本函数为：其中，PFC(t)是燃料电池t时刻的输出功率；ηFC(t)是燃料电池t时刻的发电效率；所述可控电源i的t时刻的维护成本COM,i(Pi(t))＝KOM,i·Pi(t)·Δt，其中，KOM,i为可控电源i的单位电量运行维护成本系数，Δt为一个时段的时长；所述可控电源i的t时刻的折旧成本其中，Caz,i为可控电源i的单位容量安装成本的现值；ki为可控电源i的容量因数；ni为可控电源i的使用年限；所述可控电源i的t时刻的环境成本其中，Vj为第j项污染物的单位排放费用；Qij为可控电源i的单位电量的第j项污染物排放量；m为污染物的种类数；所述蓄电池k的t时刻的维护成本COM,k(Pk(t))＝KOM,k·|Pk(t)|·Δt，其中，KOM,k为蓄电池k的单位电量运行维护成本系数；所述蓄电池k的t时刻的折旧成本CDP,k(Pk(t))＝(Erated,k·CE,k+Prated,k·CP,k)·Lloss,k，其中，Erated,k、Prated,k分别为蓄电池k的额定容量和额定功率，CE,k、CP,k分别为蓄电池k的单位容量安装成本的现值和单位功率安装成本的现值；Lloss,k为蓄电池k的寿命损耗系数，其值为蓄电池一个周期累积的能量吞吐量与蓄电池寿命内总能量吞吐量之比；所述蓄电池周期不平衡罚函数式中，bk为罚函数的系数，SOCk(l)、SOCk(T)分别表示蓄电池k的SOC初始值和一个调度周期后的值，ΔSOCk为程序设置的一个调度周期后SOCk的增加量，如果蓄电池SOCk状态良好，可以将ΔSOCk设为0；所述负荷节点l的切负荷费用函数Cl(Pl(t))＝Cl_cut·Pl(t)，其中，Cl_cut为切负荷节点l时单位电能的经济损失惩罚系数。3.如权利要求2所述的基于能量管理的孤网状态下的微电网系统调度方法，其特征在于所述蓄电池寿命内总能量吞吐量的计算公式为：其中，Ethroughput为蓄电池寿命内总能量吞吐量；Erated为蓄电池的额定容量；n为对蓄电池的不同放电深度测试的个数；DODi为蓄电池i的放电深度；N为蓄电池总的循环次数，其中，DOD是蓄电池的放电深度；a1-a5是由蓄电池生产厂家提供的已知参数。4.如权利要求3所述的基于能量管理的孤网状态下的微电网系统调度方法，其特征在于配合所述孤网长期运行目标函数求解的约束条件包括功率平衡约束、备用约束、可控电源输出功率约束、可控电源运行状态变量与启停变量约束、可控电源最小停运时间和运行时间约束、可控电源爬坡率约束、蓄电池荷电状态约束、蓄电池功率范围约束、同一蓄电池组充放电互斥约束、不同蓄电池组充放电互斥约束和蓄电池周期储能平衡约束；配合所述孤网短期运行目标函数求解的约束条件包括功率平衡约束、备用约束、可控电源输出功率约束、可控电源运行状态变量与启停变量约束、可控电源最小停运时间和运行时间约束、可控电源爬坡率约束、蓄电池荷电状态约束、蓄电池功率范围约束、同一蓄电池组充放电互斥约束和不同蓄电池组充放电互斥约束。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝振鹏，刘世民，王秀丽，刘春阳，杨博，张忠，王建学，
申请(专利权)人：北京北变微电网技术有限公司，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11