独立运行模式下的微电网多时间尺度能量优化调度方法

摘要

本发明公开了一种独立运行模式下的微电网多时间尺度能量优化调度方法。将微电网的经济运行分为日前计划和实时调度两个阶段，在日前计划阶段，将一个调度周期分为24个时段，基于日前预测数据，建立日前机组启停优化计划模型；在实时调度阶段，将遵循日前计划的开停机结果，基于实时超短期预测数据，并实时监测储能单元的能量状态，根据净负荷大小及储能单元所处的不同能量状态区间采取不同的能量优化，以确定各可控型微电源的有功功率调度指令、卸荷功率指令及切负荷指令。本发明适用于微电网在独立运行模式下的能量优化调度，既可提高微电网运行的经济性和可靠性，又可使储能设备的能量状态处于安全的工作范围内，利于延长储能单元的使用寿命。

主权项

一种独立运行模式下的微电网多时间尺度能量优化调度方法，其特征在于，包括如下步骤： 1)统计微电网运行历史数据，建立微电网内所有可控型微电源的成本‑出力曲线的非线性函数，并将其分段线性化； 2)采集微电网负荷信息数据、气象信息数据，综合微电网运行的历史数据，对负荷／风能／太阳能进行未来一天的预测，得到未来一天内微电网的负荷／风能／太阳能预测数据； 3)将微电网未来一天内的经济运行分为24个时段，以微电网全天运行成本最小为目标函数，其中所有可控型微电源使用分段线性化模型，考虑微电网内部的各时段能量平衡、各设备元件的出力限制／爬坡率限制／开停机成本，基于步骤2)中的日前负荷／风能／太阳能预测数据，将此微电网日前计划问题构成一个混合整数线性规划问题的数学模型进行求解，得到各时段可控型微电源的机组日前启停优化计划方案； 4)在微电网实时运行过程中，以每15分钟为一调度周期，即将每小时划分为4个调度时段，全天划分为nT=24*4=96个调度时段，在每次调度时刻监测储能单元的能量状态SOS，采集微电网负荷信息数据、气象信息数据，对负荷／风能／太阳能进行超短期预测，得到本调度时段内微电网的负荷／风能／太阳能预测数据； 5)根据步骤3)的机组日前启停优化计划方案得到当前时段处于开机状态的可控型微电源集合，确定处于开机状态的各可控型微电源的基点运行功率的上下限根据步骤4)得到的本调度时段内微电网的负荷／风能／太阳能预测数据确定净负荷功率大小；6)根据步骤4)监测到的该调度时段储能单元的能量状态所处不同状态区间，以及步骤5)确定的不同净负荷功率大小，为独立运行模式下的微电网制定不同的能量优化策略，并建立相应的能量优化模型，通过模型求解得到该时段的微电网经济运行调度方案； 7)由步骤6)得到的微电网经济运行调度方案形成微电网调度指令，发布给微电网中的可控型微电源、可再生能源发电微电源、卸荷装置以及负荷的控制器，使得微电网在下一时段按照指定方式安全经济运行； 8)在下一调度时刻，判断是否达到第nT个时段，如果不是，则重复步骤4)， 如果是，则重复步骤2)； 所述步骤3)中的混合整数线性规划问题的数学模型为： minf(x，u) 其中： 优化变量x，u定义为： 目标函数f(x，u)定义为： 为系统总发电功率与总负荷功率之间的差值，在总负荷功率大于总发电功率时不存在，为系统总负荷功率与总发电功率之间的差值，在总发电功率大于总负荷功率时不存在，两者在式中为了公式统一表述在同一表达式中，不存在时取0；等式约束h(x，u)包括： (1)功率平衡约束： (2)可控型微电源出力定义： (3)可控型微电源分段运行归属标记位互斥条件： (4)可控型微电源最小开停机时间约束中的等式约束： 不等式约束g(x，u)包括： (1)可控型微电源分段出力值定义： (2)可控型微电源开始开机标记位定义： (3)可控型微电源爬坡率约束： (4)可控型微电源最小开停机时间约束： (5)可控型微电源最大开停机次数约束：(6)参与压频控制的微电源或储能单元运行状态约束： 其中，各符号定义如下：S_T为时段集合、S_G为可控型微电源集合；S_I为不可控型微电源集合、S_L为内部负荷集合、S_Vf为参与压频控制的微电源或储能单元集合、f(x，u)为目标函数、N_T为总时段数、为可控型微电源成本曲线参数、为可控型微电源分段曲线归属状态、为可控型微电源分段曲线取值状态、L_Gi为可控型微电源成本曲线分段数、为可控型微电源开机成本、K_OMi为可控型微电源运行维护成本、为可控型微电源出力变化率界限、为可控型微电源最短连续运行／停运时间、为可控型微电源初始时刻已连续运行／停运时间、为可控型微电源最大开关机次数、为可控型微电源有功出力、为可控型微电源工作状态(0关1开)、为可控型微电源开始开机标记位、为不可控型微电源出力、为负荷功率；所述步骤6)的为独立运行模式下的微电网制定不同的能量优化策略，并建立相应的能量优化模型，是指包括如下步骤： a)判断净负荷功率P_net是否满足P_net≥0，如满足，则进行步骤b)～g)，如不满足，则转到步骤h)； b)如满足P_net≥0，则判断净负荷功率P_net与由权利要求1步骤5)所确定的处于开机状态的各可控型微电源的基点运行功率的下限之和的关系是否满足如满足P_net≥0，不满足则转到步骤d)，如满足P_net≥0，且满足则进一步判断是否满足SOS<SOS_max1，SOS_max1为设定的储能单元的最大允许储能状态，如不满足SOS<SOS_max1，则确定处于开机状态的各可控型微电源的输出功率指令均取为同时卸荷功率指令为无切负荷指令，得到该时段的微电网经济运行调度方案；如满足P_net≥0、满足SOS<SOS_max1，则进行步骤c)；c)当步骤b)中满足SOS<SOS_max1时，进一步判断是否满足SOS>SOS_min，如果满足SOS>SOS_min，则计算储能单元的允许充电功率P_chmax，并判断是否满足如满足则确定处于开机状态的各可控型微电源的输出功率指令均取为同时卸荷功率指令为0，无切负荷指令，得到该时段的微电网经济运行调度方案，如不满足则确定处于开机状态的各可控型微电源的输出功率指令均取为同时卸荷功率指令为无切负荷指令，得到该时段的微电网经济运行调度方案；如果不满足SOS>SOS_min，则需要对储能单元充电，确定其充电功率P_ch1，P_ch1‑储能单元充电功率； SOS‑储能单元当前的储能状态； C_stor‑储能单元容量，kWh； P_{ch_max}‑储能单元的最大可充电功率，kW； SOS_max2‑为设定的储能单元的临界允许存储状态； SOS_min‑为设定的储能单元的最小允许存储状态； 此时储能单元相当于负荷，进一步判断是否满足如满足则确定处于开机状态的各可控型微电源的输出功率指令均取为同时卸荷功率指令为0，无切负荷指令，得到该时段的微电网经济运行调度方案，如不满足则建立优化模型，优化分配处于开机状态的各可控型微电源的输出功率指令，同时卸荷功率指令为0，无切负荷指令，得到该时段的微电网经济运行调度方案，其中，建立的优化模型为minf(x) 其中： 优化变量x，u定义为： 目标函数定义为： 等式约束h(x，u)包括： (1)功率平衡约束： (2)可控型微电源出力定义： (3)可控型微电源分段运行归属标记位互斥条件： 不等式约束g(x，u)包括： (1)可控型微电源分段出力值定义 其中，各符号定义如下：为本时段处于开机状态的可控型微电源集合；S_I为不可控型微电源集合、S_L为内部负荷集合、f(x)为目标函数、为可控型微电源成本曲线参数、为可控型微电源分段曲线归属状态、为可控型微电源分段曲线取值状态、L_Gi为可控型微电源成本曲线分段数、K_OMi为可控型微电源运行维护成本、为可控型微电源有功出力、为不可控型微电源出力、为负荷功率；d)当步骤b)中满足P_net≥0，不满足时，进一步判断是否满足SOS>SOS_max2，如果满足SOS>SOS_max2，则计算储能单元至少可提供的放电功率P_dh1，P_dh1‑储能单元放电功率； SOS‑储能单元当前的储能状态； C_stor‑储能单元容量，kWh； P_{dh_max}‑储能单元的最大可放电功率，kW； 并转到步骤e)；如果不满足SOS>SOS_max2，则进一步判断是否满足SOS>SOS_min，如果满足SOS>SOS_min，则令P_dh1=0，同时转到步骤e)，如果不满足SOS>SOS_min，则对储能单元以功率P_ch1充电，并转到步骤g)，其为P_ch1定 义为： P_ch1‑储能单元充电功率； SOS‑储能单元当前的储能状态； C_stor‑储能单元容量，kWh； Pch_{_max}‑储能单元的最大可充电功率，kW； e)判断是否满足如满足则确定处于开机状态的各可控型微电源的输出功率指令均取为储能单元放电功率指令为同时卸荷功率指令为0，无切负荷指令，得到该时段的微电网经济运行调度方案，如不满足则进一步判断是否满足其中表示处于开机状态的各可控型微电源的基点运行功率的上限之和，如不满足则转到步骤f)，如满足，则储能单元功率指令为放电P_dh1，并由各可控型微电源优化分配P_net‑P_dh1，同时卸荷功率指令为0，无切负荷指令，得到该时段的微电网经济运行调度方案，其中，各可控型微电源优化分配P_net‑P_dh1对应的优化模型如下；minf(x，u) 其中： 优化变量x，u定义为： 目标函数f(x，u)定义为： 等式约束h(x)包括： (1).功率平衡约束： (2).可控型微电源出力定义： (3).可控型微电源分段运行归属标记位互斥条件： 不等式约束g(x，u)包括： (1).可控型微电源分段出力值定义 其中，各符号定义如下：为本时段处于开机状态的可控型微电源集合；S_I为不可控型微电源集合、S_L为内部负荷集合、f(x)为目标函数、为可控型微电源成本曲线参数、为可控型微电源分段曲线归属状态、为可控型微电源分段曲线取值状态、L_Gi为可控型微电源成本曲线分段数、K_OMi为可控型微电源运行维护成本、为可控型微电源有功出力、P_net为净负荷功率；f)如步骤e)中不满足则计算储能单元可提供的最大放电功率P_dhmax，其计算式为：P_dhmax‑储能单元放电功率， SOS‑储能单元当前的储能状态， C_stor‑储能单元容量，kWh， P_{dh_max}‑储能单元的最大允许放电功率，kW， 并进一步判断是否满足如果满足则各可控型微电源输出功率指令均为同时卸荷功率指令为0，无切负荷指令，得到该时段的微电网经济运行调度方案，如果不满足则转到步骤g)；g)建立负荷可中断优化模型，根据模型求解结果确定各可控型微电源的输出功率指令及负荷切除指令，同时卸荷功率指令为0得到该时段的微电网经济运行调度方案，其中负荷可中断优化模型如下： maxf(x，u) 其中： 优化变量x，u定义为： 目标函数f(x，u)定义为： 其中，为储能单元放电罚函数的线性化表示，定义为：储能单元放电罚函数设计为δ=a₁+a₂·dSOS+a₃·P_dh+a₄·dSOS·P_dh+a₅·dSOS²dSOS＝SOS‑SOS^min等式约束条件h(x，u)包括： (1).功率平衡约束： (2).可控型微电源出力定义： (3).可控型微电源分段运行归属标记位互斥条件： (4).储能单元出力定义： (5).储能单元分段运行归属标记位互斥条件： 不等式约束g(x，u)包括： (1).可控型微电源分段出力值定义： (2).储能单元分段出力值定义： 其中，各符号定义如下：为本时段处于开机状态的可控型微电源集合；S_I为不可控型微电源集合、S_L为内部负荷集合、为内部可中断负荷集合、f(x，u)为目标函数、是第i个可中断负荷与微电网运营商签订的合同电价，元／kWh，是可中断负荷的电价系数，对于折扣式可中断负荷，α_i≤1，对于高赔偿可中断负荷，α_i=1、p₀是售电电价，元／kWh、是可中断负荷被微电网中断后的单位赔偿费用，元／kWh，b_i=β_iP₀、β_i是中断赔偿系数，对于折扣式可中断负荷，β_i=0，即没有中断后的赔偿费用、为负荷、是第i个可中断负荷的开断状态，1‑未断开，0‑断开、表示取反、为可控型微电源成本曲线参数、为储能单元罚函数曲线参数、为可控型微电源分段曲线归属状态、为储能单元工作状态、为储能单元放电罚函数分段曲线归属状态、为可控型微电源分段曲线取值状态、为储能单元放电罚函数分段曲线取值状态、L_Gi为可控型微电源成本曲线分段数、L_S为储能单元放电罚函数曲线分段数、K_OMi为可控型微电源运行维护成本、为可控型微电源有功出力；h)当净负荷功率不满足P_net≥0时，进一步判断是否满足SOS<SOS_max1，如 不满足SOS<SOS_max1，则各可控型微电源输出功率指令均为同时卸荷功率指令为无切负荷指令，得到该时段的微电网经济运行调度方案，如满足SOS<SOS_max1，则计算储能单元允许的最大充电功率P_chmax，并转到步骤i)，其中，P_chmax的计算式为：P_chmax‑储能单元充电功率； SOS‑储能单元当前的储能状态； C_stor‑储能单元容量，kWh； P_{ch_max}‑储能单元的最大允许充电功率，kW； i)判断是否满足如满足则各可控型微电源输出功率指令均为同时卸荷功率指令为0，无切负荷指令，得到该时段的微电网经济运行调度方案；如不满足则各可控型微电源输出功率指令均为同时卸荷功率指令为无切负荷指令，得到该时段的微电网经济运行调度方案。