一种并网运行模式下的微电网实时能量优化调度方法

摘要

本发明公开了一种并网运行模式下的微电网实时能量优化调度方法。该方法首先根据大电网负荷情况将一天24小时划分为峰时段、平时段和谷时段，然后在微电网实时运行过程中实时监测微电网内蓄电池的工作状态，根据当前所处的不同时段和蓄电池所处的不同工作状态采用不同的能量优化策略，以确定微电网内各可调度微电源的有功功率输出、蓄电池的充放电功率、与电网交互的有功功率和无功可调节电源的无功功率调度指令。本发明所适用的微电网由可再生能源发电、可调度微电源以及蓄电池组成，本发明既可以提高微电网运行的经济性和可靠性，又可以帮助大电网进行“削峰填谷”，同时有利于延长蓄电池的使用寿命。

主权项

1.一种并网运行模式下的微电网实时能量优化调度方法，其特征在于包括如下步骤：1)根据大电网的负荷情况将一天24小时划分为峰时段、平时段、谷时段三种时段；2)在微电网的实时运行过程中，在每次调度时刻确定当前所处的时段，监测微电网内的蓄电池的荷电状态SOC，测量各节点负荷的有功功率和无功功率，测量可再生能源发电的输出有功功率和无功功率；3)如果当前处于谷时段或平时段，则进一步判断当前蓄电池的荷电状态SOC是否满足SOC＜SOC^max，如当前处于峰时段，则进一步判断当前蓄电池的荷电状态是否满足SOC＞SOC^min；4)如果当前处于谷时段或平时段，且不满足SOC＜SOC^max，则确定蓄电池可放电，并进行优化1，满足SOC＜SOC^max，则确定蓄电池既可充电又可放电，并进行优化2；如果当前处于峰时段，且满足SOC＞SOC^min，则确定蓄电池可放电，并进行优化3，不满足SOC＞SOC^min，则确定以恒定功率对蓄电池充电，并进行优化4；所述步骤4)中的优化1是指求解所建立的能量优化模型1，能量优化模型1以微电网运行成本最低为目标，以微电网内各可调度微电源的开停机状态、各可调度微电源的有功输出、与大电网之间的买卖电功率、蓄电池的放电功率和各无功输出可调节电源的无功功率为优化变量，能量优化模型1为混合整数非线性规划问题，其目标函数：$\min \underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}(U_i^t{C}_f+U_i^t{C}_{\mathrm{OM}}+U_i^t(1-U_i^{t-1})C_{\mathrm{si}}^t)+{\lambda }_{\mathrm{bat}}+U_P^t{C}_P-U_S^t{I}_S$式中：λ_bat＝(σP_bat)Δtt-系统运行时段；i-系统中可调度微电源编号；N-系统中可调度微电源的总个数；-在t时刻第i台可调度微电源的状态，0表示处于停运状态，1表示处于运行状态；-在t时刻微电网是否从大电网购电，0表示否，1表示是；-在t时刻微电网是否向大电网售电，0表示否，1表示是；C_f-可调度微电源的能耗成本；C_OM-可调度微电源的运行维护成本；-可调度微电源的启动成本；λ_bat-所设计的蓄电池充放电代价函数；C_P-微电网从大电网购电的支出；I_S-微电网向大电网售电的收益；Δt-优化时间间隔；σ-所设计的系数；P_bat-蓄电池的放电功率；其约束条件：(a)潮流约束条件$P_i-\underset{j=1}{\overset{j=n}{\Sigma }}[e_i(G_{\mathrm{ij}}{e}_j-B_{\mathrm{ij}}{f}_j)+f_i(G_{\mathrm{ij}}{f}_j+B_{\mathrm{ij}}{e}_j)]=0$$Q_i-\underset{j=1}{\overset{j=n}{\Sigma }}[f_i(G_{\mathrm{ij}}{e}_j-B_{\mathrm{ij}}{f}_j)-e_i(G_{\mathrm{ij}}{f}_j+B_{\mathrm{ij}}{e}_j)]=0$式中：P_i、Q_i-各节点注入有功功率和无功功率；e_i、f_i-用复数表示的各节点电压的实部和虚部；G_ij、B_ij-i节点与j节点导纳元素的实部和虚部；n-微电网内总节点个数；(b)可调度微电源容量约束$P_i^{\min }\le P_i^t\le P_i^{\max }$式中：-第i台可调度微电源在t时段的有功功率输出；-第i台可调度微电源的最大有功功率输出限值和最小有功功率输出限值；(c)蓄电池的放电有功功率约束$0\le P_{\mathrm{bat}}\le P_{\mathrm{dh}\_\max }^t$式中：P_bat-蓄电池的放电功率；-在t时刻时蓄电池的最大可放电功率限值；(d)微电网与大电网间能够交互的最大容量约束，这是它们之间所达成的供求协议或者联络线的物理传输容量限值$1\le P_{\mathrm{Pgrid}}^t\le P_{\mathrm{Pgrid}}^{\max }$$0\le P_{\mathrm{Sgrid}}^t\le P_{\mathrm{Sgrid}}^{\max }$式中：-微电网从大电网购电的有功功率；-微电网向大电网售电的有功功率；-微电网从大电网购电的最大有功功率限值；-微电网向大电网售电的最大有功功率限值；(e)可调度微电源的最短连续运行时间和最短连续停运时间约束$(T_{i,\mathrm{on}}^{t-1}-\mathrm{MRT})·(U_i^{t-1}-U_i^t)\ge 0$$(T_{i,\mathrm{off}}^{t-1}-\mathrm{MST})·(U_i^t-U_i^{t-1})\ge 0$式中：-在t时刻第i台可调度微电源的状态，0表示处于停运状态，1表示处于运行状态；-在t-1时刻第i台可调度微电源的连续运行时间；-在t-1时刻第i台可调度微电源的连续停运时间；MRT-第i台可调度微电源的最小连续运行时间；MST-第i台可调度微电源的最小连续停运时间；(f)可调度微电源有功功率输出变化率限制$P_i^t-P_i^{t-1}\le {\mathrm{\Delta P}}_U$$P_i^{t-1}-P_i^t\le {\mathrm{\Delta P}}_D$式中：-第i台可调度微电源在t时段的有功功率输出；ΔP_U-可调度微电源本调度时刻功率相对于上一时刻功率增加限制；ΔP_D-可调度微电源本调度时刻功率相对于上一时刻功率减小限制；(g)从大电网买卖电互斥约束$U_P^t+U_S^t\le 1$(h)无功功率输出可调节电源的无功输出约束$0\le Q_i^t\le Q_i^{\max }$式中：-第i台无功功率输出可调节电源在t时刻的无功功率输出；-第i台无功功率输出可调节电源的最大无功功率输出限值；所述步骤4)中的优化2是指求解所建立的能量优化模型2，能量优化模型2以微电网运行成本最低为目标，以微电网内各可调度微电源的开停机状态、各可调度微电源的有功输出、与大电网之间的买卖电功率、蓄电池的放电功率和各无功输出可调节电源的无功功率为优化变量，能量优化模型2为混合整数非线性规划问题，其目标函数与能量优化模型1相同，其约束条件与能量优化模型1基本相同，只是约束条件中的“(c)蓄电池的放电有功功率约束”有变化，能量优化模型2的约束条件中的“(c)蓄电池的放电有功功率约束”为：${-P}_{\mathrm{ch}\_\max }^t\le P_{\mathrm{bat}}\le P_{\mathrm{dh}\_\max }^t$式中：P_bat-蓄电池的放电功率；P_bat＜0，表示对蓄电池充电，P_bat＞0，表示对蓄电池放电；-蓄电池最大可充电功率；-蓄电池最大可放电功率；所述步骤4)中的优化3是指求解所建立的能量优化模型3，能量优化模型3以微电网运行成本最低为目标，以微电网内各可调度微电源的开停机状态、各可调度微电源的有功输出、与大电网之间的买卖电功率、蓄电池的放电功率和各无功输出可调节电源的无功功率为优化变量，能量优化模型3为混合整数非线性规划问题，其约束条件与能量优化模型1相同，其目标函数与能量优化模型1略微不同，不同之处在于能量优化模型3的目标函数中的λ_bat项与能量优化模型1的目标函数中的λ_bat项设计得不一样，能量优化模型3的目标函数为：$\min \underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}(U_i^t{C}_f+U_i^t{C}_{\mathrm{OM}}+U_i^t(1-U_i^{t-1})C_{\mathrm{si}}^t)+{\lambda }_{\mathrm{bat}}+U_P^t{C}_P-U_S^t{I}_S$式中：λ_bat＝δ·P_bat·Δtδ＝a₁+a₂·dSOC+a₃·P_bat+a₄·dSOC·P_bat+a₅·dSO^C2dSOC＝SOC-SOC^mint-系统运行时段；i-系统中可调度微电源编号；N-系统中可调度微电源的总个数；-在t时刻第i台可调度微电源的状态，0表示处于停运状态，1表示处于运行状态；-在t时刻微电网是否从大电网购电，0表示否，1表示是；-在t时刻微电网是否向大电网售电，0表示否，1表示是；C_f-可调度微电源的能耗成本；C_OM-可调度微电源的运行维护成本；-可调度微电源的启动成本；λ_bat-所设计的蓄电池充放电代价函数；C_P-微电网从大电网购电的支出；I_S-微电网向大电网售电的收益；Δt-优化时间间隔；P_bat-蓄电池的放电功率；SOC-蓄电池的荷电状态；SOC^min-蓄电池的荷电状态下限值；a₁、a₂、a₃、a₄、a₅-所设计的系数；所述步骤4)中的优化4是指求解所建立的能量优化模型4，能量优化模型4以微电网运行成本最低为目标，以微电网内各可调度微电源的开停机状态、各可调度微电源的有功输出、与大电网之间的买卖电功率和各无功输出可调节电源的无功功率为优化变量，能量优化模型4为混合整数非线性规划问题，相对于能量优化模型1，能量优化模型4的目标函数中没有λ_bat项，能量优化模型4的目标函数为：$\min \underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}(U_i^t{C}_f+U_i^t{C}_{\mathrm{OM}}+U_i^t(1-U_i^{t-1})C_{\mathrm{si}}^t)+{\lambda }_{\mathrm{bat}}+U_P^t{C}_P-U_S^t{I}_S$式中：t-系统运行时段；i-系统中可调度微电源编号；N-系统中可调度微电源的总个数；-在t时刻第i台可调度微电源的状态，0表示处于停运状态，1表示处于运行状态；-在t时刻微电网是否从大电网购电，0表示否，1表示是；-在t时刻微电网是否向大电网售电，0表示否，1表示是；C_f-可调度微电源的能耗成本；C_OM-可调度微电源的运行维护成本；-可调度微电源的启动成本；λ_bat-所设计的蓄电池充放电代价函数；C_P-微电网从大电网购电的支出；I_S-微电网向大电网售电的收益；能量优化模型4的约束条件与能量优化模型1的约束条件基本相同，只是能量优化模型4的约束条件中没有“(c)蓄电池的放电有功功率约束”这一项约束；5)通过步骤4)中的优化结果得到各微电源的有功功率和无功功率输出指令，然后将其传送给各微电源，各微电源按照指令输出相应的有功功率和无功功率。