一種微電網的能量優化管理方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及電力系統領域，特別設及一種含分布式電源和儲能的微電網能量優化 管理優化控制方法
【背景技術】
[0002] 微網是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、相關負荷和監控、保護裝置匯 集而成的小型發配電系統，是一個能夠實現自我控制、保護和管理的自治系統，既可并網運 行，也可進行孤島運行。從微觀看，微網可W看做是小型的電力系統，它具有完備的發輸電 功能，可W實現局部的功率平衡和能量優化，它與帶有負荷的分布式發電系統的本質區別 在于同時具有并網和獨立運行能力。從宏觀看，微網又可W認為是配電網中的一個"虛擬" 的電源或負荷。
[0003] 基于光伏、儲能裝置和不分級負荷的微電網，其光伏發電單元的輸出功率具有間 歇性和隨機性的特點，而負荷的變化也具有隨機性，給微電網的穩定運行造成負面影響。同 時，儲能裝置尤其是大容量的電力系統儲能裝置往往需要頻繁的吸收或釋放較大功率，如 作為常用儲能裝置的蓄電池在頻繁的大功率充放電和深度放電過程中會出現溫度升高、正 負極板上的活性物質脫落等現象，導致蓄電池容量積累性虧損，并在短時間內快速下降，嚴 重影響蓄電池的使用壽命，W及微電網正常穩定的運行。因此需要對微電網中分布式電源、 儲能裝置和負荷進行能量優化管理，現有技術中主要采用給定發電設備W及給定發電設備 的電壓功率的方法制定微電網能量優化管理方法，然而并未考慮分布式能源發電能力的動 態變化，不便于發電設備的添加和移除，不能靈活改變系統的發電狀態，不能使分布式能源 系統靠近實際運行。因此，提供一種既能考慮分布式能源發電能力和動態變化又便于發電 設備添加和移除的管理方法顯得尤為重要。

【發明內容】

[0004] 本發明的目的只在提供一種能夠靈活的根據分布式能源的動態變化改變約束條 件配置微電網運行成本最低的方案，充分發揮儲能效益的微電網的能量優化管理方法。
[0005] 為實現上述的目的，本發明采取如下技術方案：
[0006] 一種微電網能量優化管理方法，本發明特征是，包括W下步驟：
[0007] 步驟一；
[000引基于微網內分布式電源和儲能元件的類別、個數W及儲能元件的充電狀態及電壓 百分比建立微網內約束矩陣如下：
[0009]
[0010] 步驟二：
[0011] 根據微網內各發電單元和儲能單元的發電時刻、荷電狀態等計算各發電單元儲能 單元的發電功率上下限Imi。、Im。,；
[0012] 對于幾種微網常見的發電、儲能單元如光伏發電、風電、燃氣輪機、蓄電池、超級電 容的考慮方法：
[0013] 1)對于光伏發電，
[0014] a.對于有光伏發電預測的微網能量優化管理系統，
[0015] lmax= P。，Imin二0 ;
[0016] b.對于沒有光伏發電預測的微網能量優化管理系統：
[0017] 由于光伏與一天內的發電時刻有關，現J當：
[0018]
[001引。對于風力發電
[0020] U=PnIm化=0;
[0021] 3)對于燃氣輪機
[0022] U=Pn U=〇;
[002引 4)對于蓄電池，基于其荷電狀態確定其發電功率上下限：
[0024]
[002引 5)對于超級電容，基于加在電容兩端電壓確定其發電功率上下限：
[0026]
[0027] 步驟S;
[0028] 根據不同分布式能源特性確定相應懲罰因子，W便于優化該些系統運行；
[0029] 1)對于光伏發電和風力發電，根據其運行時間確定懲罰因子：
[0030]
[0031] 式中為光伏或風力發電的運行時間；
[0032] 2)對于燃氣輪機，其懲罰因子與發出的功率成正比，取P=b;
[003引式中b為一常數，取值；0ZbZ1 ;
[0034] 3)對于蓄電池，根據其荷電狀態、發電功率上下限Imi。、及當前功率X確定其懲罰 因子P:
[00 巧]
[003引其中；flag為懲罰方向參數，當0%<S0c< 3時，flag= 1 ;
[0037] 當 30%<S〇c< 10 時，flag=-1 ;
[0038] X為當前所發出的功率；
[0039] Imin、與之前同；
[0040] 4)對于超級電容，根據其加在電容兩端電壓、發電功率上下限Imi。、及當前功率X 確定其懲罰因子P:
[0041]
[004引其中；flag為懲罰方向參數，當0%《Uc< 75%時，flag= 1 ;
[0043] 當 75%Un《Uc《U時，flag= -1 ;
[0044] X為當前所發出的功率；
[0045] 1。化、與之前同；
[004引步驟四；
[0047] 將優化條件作用于優化算法確定微網能量優化管理系統的目標函數：
[0048] 1)目標函數
[004引 a.孤網運行模型下；保證本地負載供電，并使微網總發電成本最小；
[0050]
[005。 其中：馬二SiUCow化e)為發電單元燃料消耗成本，i為發電單元編號，t為運行 時刻；
[0052]
發電單元運行管理成本，IW為運行管理系數；
[005引
訪發電單元折舊成本，Pfe,i為最大輸出功率，C"為容量因素；
[0054]
為負荷停運補償成本；
[00巧]kl、k2、k3、k4為費用考慮系數，取0或1，（0表示不考慮該項費用，1表示考慮該 項費用）；
[0056] 為微網系統內對應的懲罰項，xi表示發電或儲能單元當前吸收或者發出的 功率，Pi為相應懲罰因子；
[0057] b.并網運行模式下；保證本地負載供電，并使微網經濟效益最大；
[0058]
[00則其中；Cgdd=CbtCbp-CstCsp為微網與配電網交互成本，Cbt，Cst為向電網買入、賣出的 電量，Cbp，c,p為向電網買入、賣出的電價；
[0060] Cg、C〇M、Cgdd、Cdp、kl、k2、k3、k4、k5 與上同；
[0061] 2)約束條件
[0062] a.功率平衡約束；
[0063]
[0064] 其中；為系統中第i個分布式發電單元發出的功率，I為系統中發電單元的個數； [006引Psj為第j個儲能單元吸收或發出的功率，J為系統中儲能單元的個數；
[0066] Pu為第i個負荷需求的功率，K為系統中負荷的個數；
[0067] Pgtid為配電網的交換功率，當微網向電網輸出功率時，Pgtid> 0;當微網從電網吸 收功率時，Pgdd< 0 ;
[006引Pu為負荷單元所需功率；
[0069] b.發電單元輸出功率（發電和儲能）
[0070]
[007。式中唯b、增犯'、巧h、巧IU'分別為系統中第i個分布式電源發電單元和第j個 儲能單元的輸出功率下限和輸出功率上限；
[0072] C.微網與配電網交換容量約束
[0073]
[0074]式中，巧S、巧?苦分別為微網系統與大電網能量交換的功率下限和功率上限。
[00巧]本發明方法基于微網所接入的主網電力市場環境、微網自身網絡構成和儲能設備 的特性，建立目標微網的能量優化管理優化控制模型。W微網內儲能原件荷電狀態及電壓 百分比作為決策變量，對不同形式分布式發電系統建立統一的約束矩陣模型，充分考慮了 分布式能源發電能力的動態變化，使分布式發電系統能量優化管理更有效。
[0076] 本發明的有益效果如下；
[0077] 1)考慮了分布式能源發電能力的動態變化是分布式能源系統更具可行性；
[0078] 2)能量優化管理時根據不同分布式能源特性提出相應懲罰因子計算方法，可W優 化該些系統運行，延長各發電系統的壽命；
[0079] 3)對不同形式發電系統建立了統一的約束矩陣模型，便于設備的添加和移除。
【具體實施方式】
[0080] 本發明提供了一種包含光伏電池、超級電容系統和裡電池的智能微電網的能量優 化管理方法。由于光伏發電單元的輸出功率具有間歇性和隨機性的特點，而負荷的變化也 具有隨機性，給微電網的穩定運行造成負面影響。同時，儲能裝置尤其是大容量的電力系統 儲能裝置往往需要頻繁的吸收或釋放較大功率，如作為常用儲能裝置的蓄電池在頻繁的大 功率充放電和深度放電過程中會出現溫度升高、正負極板上的活性物質脫落等現象，導致 蓄電池容量積累性虧損，并在短時間內快速下降，嚴重影響蓄電池的使用壽命，W及微電網 正常穩定的運行。因此，本發明采用靈活優化條件動態的改變約束條件，配置微電網運行成 本最低的方案，充分發揮儲能效益。
[0081] 微網能量優化管理系統中采用多種限制條件滿足微電網系統孤網和并網運行需 求，使運行成本最低。控制方法主要為：
[008引步驟一；
[0083] 基于微網內分布式電源和儲能元件的類別、個數W及儲能元件的充電狀態及電壓 百分比建立微網內約束矩陣如下：
[0084]
[00財步驟二；
[0086] 根據微網內各發電單元和儲能單元的發電時刻、荷電狀態等計算各發電單元儲能 單元的發電功率上下限Imi。、Im。,；
[0087] 1.對于光伏發電，在此實例中取P"= 1
[0088] a.對于有光伏發電預測的微網能量優化管理系統
[0089] lmax= P n，Imin二0
[0090] b.對于沒有光伏發電預測的微網能量優化管理系統：
[0091] 由于光伏與一天內的發電時刻有關，現J當：
[0092]
[0093] 2.對于風力發電，實例中取Pn= 1
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