一种微电网的能量优化管理方法

摘要

一种微电网的能量优化管理方法，该方法基于微网内分布式电源和储能元件的类别、个数以及储能元件的充电状态及电压百分比建立微网内约束矩阵，根据微网内各发电单元和储能单元的发电时刻、荷电状态等计算各发电单元储能单元的发电功率上下限，根据不同分布式能源特性确定相应惩罚因子，以便于优化这些系统运行；将优化条件作用于优化算法确定微网能量优化管理系统的目标函数。本发明充分考虑了分布式能源发电能力的动态变化，使分布式发电系统能量优化管理更有效，在能量优化管理时根据不同分布式能源特性提出相应惩罚因子，可以优化这些系统运行，延长系统寿命。

主权项

一种微电网能量优化管理方法，本发明特征是，包括以下步骤：步骤一：基于微网内分布式电源和储能元件的类别、个数以及储能元件的充电状态及电压百分比建立微网内约束矩阵如下：$\left[\begin{array}{ccc}{l}_{1\min }& l_{1\max }& p_1\\ l_{2\min }& l_{2\max }& p_2\\ l_{3\min }& l_{3\max }& p_3\\ l_{4\min }& l_{4\max }& p_4\\ l_{5\min }& l_{5\max }& p_5\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ l_{n\min }& l_{n\max }& p_n\end{array}\right]$步骤二：根据微网内各发电单元和储能单元的发电时刻、荷电状态等计算各发电单元储能单元的发电功率上下限l_min、l_max；对于几种微网常见的发电、储能单元如光伏发电、风电、燃气轮机、蓄电池、超级电容的考虑方法：1)对于光伏发电，a.对于有光伏发电预测的微网能量优化管理系统，l_max＝P_n，l_min＝0；b.对于没有光伏发电预测的微网能量优化管理系统：由于光伏与一天内的发电时刻有关，则当：2)对于风力发电l_max＝P_n l_min＝0；3)对于燃气轮机l_max＝P_n l_min＝0；4)对于蓄电池，基于其荷电状态确定其发电功率上下限：$\left\{\begin{array}{cc}0\%\le S_{oc}<20\%& l_{\max }=20{\mathrm{\%P}}_n,l_{\min }=-20{\mathrm{\%P}}_n\\ 20\%\le S_{oc}<30\%& l_{\max }=50{\mathrm{\%P}}_n,l_{\min }=-50{\mathrm{\%P}}_n\\ 30\%\le S_{oc}\le 90\%& l_{\max }=P_n,l_{\min }=-P_n\\ 90\%<S_{oc}<100\%& l_{\max }=20{\mathrm{\%P}}_n,l_{\min }=-20{\mathrm{\%P}}_n\end{array}\right.;$5)对于超级电容，基于加在电容两端电压确定其发电功率上下限：$\left\{\begin{array}{cc}0\%\le U_c<75{\mathrm{\%U}}_n& l_{\max }=50{\mathrm{\%P}}_n,l_{\min }=-50{\mathrm{\%P}}_n\\ 75{\mathrm{\%U}}_n\le U_c<U_n& l_{\max }=P_n,l_{\min }=-P_n\\ U_n\le U_c\le U_{\max }& l_{\max }=50{\mathrm{\%P}}_n,l_{\min }=-50{\mathrm{\%P}}_n\end{array}\right.;$步骤三：根据不同分布式能源特性确定相应惩罚因子，以便于优化这些系统运行；1)对于光伏发电和风力发电，根据其运行时间确定惩罚因子：$p=\frac{t_u}{24};$式中为光伏或风力发电的运行时间；2)对于燃气轮机，其惩罚因子与发出的功率成正比，取p＝b；式中b为一常数，取值：0∠b∠1；3)对于蓄电池，根据其荷电状态、发电功率上下限l_min、及当前功率x确定其惩罚因子p：$p=flag*\frac{x-l_{\min }}{l_{\max }-l_{\min }};$其中：flag为惩罚方向参数，当0％＜S_oc＜3时，flag＝1；当30％＜S_oc＜10时，flag＝‑1；x为当前所发出的功率；l_min、与之前同；4)对于超级电容，根据其加在电容两端电压、发电功率上下限l_min、及当前功率x确定其惩罚因子p：$p=flag*\frac{x-l_{\min }}{l_{\max }-l_{\min }};$其中：flag为惩罚方向参数，当0％≤U_c＜75％时，flag＝1；当75％U_n≤U_c≤U时，flag＝‑1；x为当前所发出的功率；l_min、与之前同；步骤四：将优化条件作用于优化算法确定微网能量优化管理系统的目标函数：1)目标函数a.孤网运行模型下：保证本地负载供电，并使微网总发电成本最小；$\min C=k1C_G+k2C_{OM}+k3C_{DP}+k4C_L+\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{x}_i{p}_i;$其中：为发电单元燃料消耗成本，i为发电单元编号，t为运行时刻；发电单元运行管理成本，K_oMi为运行管理系数；为发电单元折旧成本，P_fc，i为最大输出功率，C_fi为容量因素；为负荷停运补偿成本；k1、k2、k3、k4为费用考虑系数，取0或1,(0表示不考虑该项费用，1表示考虑该项费用)；为微网系统内对应的惩罚项，xi表示发电或储能单元当前吸收或者发出的功率，p_i为相应惩罚因子；b.并网运行模式下：保证本地负载供电，并使微网经济效益最大；$\min C=k1C_G+k2C_{OM}+k3C_{DP}+k4C_L+k5C_{grid}+\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{x}_i{p}_i$其中：C_grid＝C_btC_bp‑C_stC_sp为微网与配电网交互成本，C_bt，C_st为向电网买入、卖出的电量，C_bp，C_sp为向电网买入、卖出的电价；C_G、C_OM、C_grid、C_DP、C_L、k1、k2、k3、k4、k5与上同；2)约束条件a.功率平衡约束：$\underset{i=1}{\overset{I}{\Sigma }}{P}_{Gi}+\underset{j=1}{\overset{J}{\Sigma }}{P}_{Sj}+P_{grid}=\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}{P}_{Li}$其中：为系统中第i个分布式发电单元发出的功率，I为系统中发电单元的个数；P_Sj为第j个储能单元吸收或发出的功率，J为系统中储能单元的个数；P_Li为第i个负荷需求的功率，K为系统中负荷的个数；p_grid为配电网的交换功率，当微网向电网输出功率时，P_grid≥0；当微网从电网吸收功率时，P_grid＜0；P_Li为负荷单元所需功率；b.发电单元输出功率(发电和储能)$\left\{\begin{array}{c}{P}_{Gi}^{\min }\le P_{Gi}\left(t\right)\le P_{Gi}^{\max }\\ P_{Sj}^{\min }\le P_{Sj}\left(t\right)\le P_{Sj}^{\max }\end{array}\right.;$式中分别为系统中第i个分布式电源发电单元和第j个储能单元的输出功率下限和输出功率上限；c.微网与配电网交换容量约束$P_{grid}^{\min }\le P_{grid}\left(t\right)\le P_{grid}^{\max };$式中，分别为微网系统与大电网能量交换的功率下限和功率上限。