一种基于微电网调度的虚拟电厂能源管理方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于微电网调度的虚拟电厂能源管理方法，以降低成本、提高收益为优化目标，计及出力上下限、电价、电量等约束条件，建立了多个虚拟电厂参与竞价与收益分配的博弈模型。对人工蜂群算法进行了改进，避免其陷入局部最优，利用改进后的人工蜂群算法对建立的博弈模型进行求解，提高了收敛速度。本发明专利技术提高了虚拟电厂内部竞价过程中的收益。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微电网调度的虚拟电厂能源管理方法及装置
本专利技术属于电力能源管理
，具体涉及一种基于微电网调度的虚拟电厂能源管理方法，还涉及一种基于微电网调度的虚拟电厂能源管理装置。
技术介绍
随着经济的发展，可再生能源的开发和利用逐渐成为社会可持续发展的必由之路。而微电网(MicroGrid，MG)作为一种新的分布式能源的形式，以其调度灵活等优点受到了越来越多的重视。微电网中虚拟电厂(VirtualPowerPlant，VPP)是一种能够整合微电网中不同发电单元、储能部门与响应性负荷的重要形式之一，作为整体参与电力市场，具有很强的稳定性与市场竞争力。微电网的概念反映了分布式能源的集成，该能源可以两种模式运行，即并网模式和孤岛模式。微电网通常以并网模式使用，以最大程度地降低成本；它们还用于孤岛模式以提高可靠性。微电网的连接导致形成混合网络，与单个微电网相比，混合网络有助于降低并网模式下的网络运营成本，并减轻孤岛模式下的负载削减。此外，虚拟电厂概念是指负载，分布式能源和能量存储系统的集成集合。系统所有者应考虑与分布式能源操作，虚拟电厂的负载，系统电压和频率水平以及系统条件相关的约束，尝试提高系统可靠性并降低系统运行成本。虚拟电厂的所有者根据市场价格安排其装载和订购日期。目前有相关研究提出了电力市场环境下的微电网双层经济调度优化模型，通过算例分析验证建立双层优化，微电网可在电力市场竞争环境下获得更好的经济效益。也有学者提出了一种考虑虚拟电厂参与各子市场的合理交易策略，对虚拟电厂参与市场交易具有借鉴意义。<br>上述内容分别研究了微电网调度问题和虚拟电厂能源交易问题，对参与电力市场交易具有借鉴意义，但并没有把微电网与虚拟电厂结合起来进行分析。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种基于微电网调度的虚拟电厂能源管理方法，以降低成本和提高收益为目标，为企业提供一种合理的、可行的能源管理方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于微电网调度的虚拟电厂能源管理方法，包括以下过程：获取每个虚拟电厂的内部组成元素以及各组成元素的运行数据；获取多个虚拟电厂参与电力市场进行竞争的非合作博弈模型，所述非合作博弈模型中每个虚拟电厂以追求最大化社会效益为目标，且满足竞价约束条件；基于获取的数据，求解非合作博弈模型，获得每个虚拟电厂的竞标策略，所述竞标策略包括竞标电量和竞标电价。可选的，所述虚拟电厂的内部组成元素包括电动汽车、风光、燃气轮机和需求响应的任意组合。可选的，所述非合作博弈模型包括：每个虚拟电厂的目标函数如下：式中：P表示虚拟电厂i的社会效益，Mt表示t时段虚拟电厂i的总收益；表示t时段燃气轮机的发电成本；表示t时段中断负荷的补偿成本；表示t时段电动汽车的损耗成本；其中各个成本的具体表达式为：(1)燃气轮机发电成本燃气轮机的成本由其生产、启动停止和碳排放惩罚共同决定；燃气轮机的运行特性分为高恒功率运行，功率调整时滞，低恒功率运行三个时段；式中：分别表示t时段燃气轮机固定成本、开启成本、停止成本；an表示燃气轮机第n段发电成本斜率；表示t时段燃气轮机在n分段上的出力；N表示燃气轮机运行总分段数，表示各分段出力之和，Cl为碳排放惩罚成本之和；其中碳排放惩罚成本之和Cl表达式为：式中：N表示污染气体之和；Qi,l表示燃气轮机第l项污染气体排放强度；Vl，Yl分别表示第l项污染气体环境价值和惩罚数量级；(2)中断负荷补偿成本考虑不同中断负荷对用户的影响不同，补偿成本与负荷等级相关，负荷等级越高，补偿成本越高；式中：N表示中断负荷等级数；表示第n级中断负荷补偿价格；表示t时段第n级中断负荷量，为决策变量；(3)电动汽车损耗成本电动汽车电池具有一定的寿命，每次放电均会对电动汽车的电池产生损耗，电动汽车损耗成本可表示为：式中：N表示电动汽车的数量；表示第n辆电动汽车的购买成本；表示第n辆电动汽车电池寿命循环次数；表示第n辆电动汽车电池容量；表示第n辆电动汽车电池可用放电深度；表示t时段第n辆电动汽车的放电功率；表示第n辆电动汽车的放电效率；表示t时段第n辆电动汽车的行驶距离；En表示第n辆电动汽车的能量需求。可选的，所述竞价约束条件包括：(1)竞标电量约束考虑到最大发电容量与VPP之间功率限制，VPP在参加竞价的过程中应该满足如下约束：Ptmin≤Pi,t≤Ptmax(7)式中：Pi,t表示虚拟电厂i在t时段内的竞标电量；表示虚拟电厂i的最大发电容量；Ptmin，Ptmax分别表示虚拟电厂i竞价电量的最小值、最大值；(2)竞标电价约束VPP在参与竞价过程中，其虚拟电厂i电价满足约束：式中：表示虚拟电厂i在t时间内的电价；分别表示虚拟电厂i参与竞价的最低、最高电价；(3)功率平衡约束VPP在参与竞价过程中的每个阶段功率均保持平衡，因此，VPP的虚拟电厂间有如下功率约束：式中：N表示虚拟电厂的总数；表示风机在t时间内所发功率；表示光伏在t时间内所发功率；表示燃气轮机在t时间内所发功率；表示储能设备在t时间内的放电功率；表示t时间内负荷总量。可选的，采用人工蜂群算法求解非合作博弈模型。可选的，所述采用人工蜂群算法对非合作博弈模型求解的过程中：引入一种动态因子w，调整后如下式所示：w＝wmin+(wmax-wmin)e-t(14)式中：wmin表示最小惯性权值；wmax表示最大惯性权值；fi表示每次适应度值；引领蜂和跟随蜂的位置更新公式就变为下式：vij＝xij+w(xij-xkj)(16)式中：k∈{1,2,...,N/2}且k≠i；j∈{1,2,...,n}，表示解向量xi的维数，vij表示新的适应度值，xij表示解向量xi的第j维向量，xkj表示解向量xk的第j维向量。相应的，本专利技术还提供了一种基于微电网调度的虚拟电厂能源管理装置，包括：数据获取模块，用于获取每个虚拟电厂的内部组成元素以及各组成元素的运行数据；模型获取模块，用于获取多个虚拟电厂参与电力市场进行竞争的非合作博弈模型，所述非合作博弈模型中每个虚拟电厂以追求最大化社会效益为目标，且满足竞价约束条件；策略计算模块，用于基于获取的运行数据，求解非合作博弈模型，获得每个虚拟电厂的竞标策略，所述竞标策略包括竞标电量和竞标电价。可选的，所述虚拟电厂的内部组成元素包括电动汽车、风光、燃气轮机和需求响应的任意组合。可选的，所述非合作博弈模型包括：每个虚拟电厂的目标函数如下：式中：P表示虚拟电厂i的社会效益，Mt表示t时段虚拟电厂i的总收益；表示t时段燃气轮机的发电成本；表示t时段中断负荷的补偿成本；表示t时段电动汽车的损耗成本；...

【技术保护点】
1.一种基于微电网调度的虚拟电厂能源管理方法，其特征是，包括以下过程：/n获取每个虚拟电厂的内部组成元素以及各组成元素的运行数据；/n获取多个虚拟电厂参与电力市场进行竞争的非合作博弈模型，所述非合作博弈模型中每个虚拟电厂以追求最大化社会效益为目标，且满足竞价约束条件；/n基于获取的数据，求解非合作博弈模型，获得每个虚拟电厂的竞标策略，所述竞标策略包括竞标电量和竞标电价。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于微电网调度的虚拟电厂能源管理方法，其特征是，包括以下过程：
获取每个虚拟电厂的内部组成元素以及各组成元素的运行数据；
获取多个虚拟电厂参与电力市场进行竞争的非合作博弈模型，所述非合作博弈模型中每个虚拟电厂以追求最大化社会效益为目标，且满足竞价约束条件；
基于获取的数据，求解非合作博弈模型，获得每个虚拟电厂的竞标策略，所述竞标策略包括竞标电量和竞标电价。


2.根据权利要求1所述的一种基于微电网调度的虚拟电厂能源管理方法，其特征是，所述虚拟电厂的内部组成元素包括电动汽车、风光、燃气轮机和需求响应的任意组合。


3.根据权利要求1所述的一种基于微电网调度的虚拟电厂能源管理方法，其特征是，所述非合作博弈模型包括：
每个虚拟电厂的目标函数如下：



式中：P表示虚拟电厂i的社会效益，Mt表示t时段虚拟电厂i的总收益；表示t时段燃气轮机的发电成本；表示t时段中断负荷的补偿成本；表示t时段电动汽车的损耗成本；
其中，燃气轮机发电成本：
燃气轮机的成本由其生产、启动停止和碳排放惩罚共同决定；燃气轮机的运行特性分为高恒功率运行，功率调整时滞，低恒功率运行三个时段；



式中：分别表示t时段燃气轮机固定成本、开启成本、停止成本；an表示燃气轮机第n段发电成本斜率；表示t时段燃气轮机在n分段上的出力；N表示燃气轮机运行总分段数，表示各分段出力之和，Cl为碳排放惩罚成本之和；
其中碳排放惩罚成本之和Cl表达式为：



式中：N表示污染气体之和；Qi,l表示燃气轮机第l项污染气体排放强度；Vl，Yl分别表示第l项污染气体环境价值和惩罚数量级；

中断负荷补偿成本：
考虑不同中断负荷对用户的影响不同，补偿成本与负荷等级相关，负荷等级越高，补偿成本越高；



式中：N表示中断负荷等级数；表示第n级中断负荷补偿价格；表示t时段第n级中断负荷量，为决策变量；

电动汽车损耗成本：
电动汽车电池具有一定的寿命，每次放电均会对电动汽车的电池产生损耗，电动汽车损耗成本可表示为：



式中：N表示电动汽车的数量；表示第n辆电动汽车的购买成本；表示第n辆电动汽车电池寿命循环次数；表示第n辆电动汽车电池容量；表示第n辆电动汽车电池可用放电深度；表示t时段第n辆电动汽车的放电功率；表示第n辆电动汽车的放电效率；表示t时段第n辆电动汽车的行驶距离；En表示第n辆电动汽车的能量需求。


4.根据权利要求1所述的一种基于微电网调度的虚拟电厂能源管理方法，其特征是，所述竞价约束条件包括：
竞标电量约束：
考虑到最大发电容量与VPP之间功率限制，VPP在参加竞价的过程中应该满足如下约束：






式中：Pi,t表示虚拟电厂i在t时段内的竞标电量；表示虚拟电厂i的最大发电容量；Ptmin，Ptmax分别表示虚拟电厂i竞价电量的最小值、最大值；
竞标电价约束：
VPP在参与竞价过程中，其虚拟电厂i电价满足约束：



式中：表示虚拟电厂i在t时间内的电价；分别表示虚拟电厂i参与竞价的最低、最高电价；
功率平衡约束：
VPP在参与竞价过程中的每个阶段功率均保持平衡，因此，VPP的虚拟电厂间有如下功率约束：



式中：N表示虚拟电厂的总数；表示风机在t时间内所发功率；表示光伏在t时间内所发功率；表示燃气轮机在t时间内所发功率；表示储能设备在t时间内的放电功率；表示t时间内负荷总量。


5.根据权利要求1所述的一种基于微电网调度的虚拟电厂能源管理方法，其特征是，采用人工蜂群算法求解非合作博弈模型。


6.根据权利要求5所述的一种基于微电网调度的虚拟电厂能源管理方法，其特征是，所述采用人工蜂群算法对非合作博弈模型求解的过程中：
引入一种动态因子w，调整后如下式所示：
w＝wmin+(wmax-wmin)e-t(14)



式中：wmin表示最...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雪芹，王旭东，郝晓伟，陈伟，王健，景峰，汪小闯，郑强，蔡苏华，马骏，王昌平，马少松，赵亮，
申请(专利权)人：国电南瑞南京控制系统有限公司，国电南瑞科技股份有限公司，国网山西省电力公司信息通信分公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32