計及儲能壽命損耗的孤立微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種計及儲能壽命損耗的孤立微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行方法，其通過研究鉛酸蓄電池充放電過程對其壽命的影響，并折算為經(jīng)濟成本加入到目標函數(shù)之中，建立了計及儲能壽命損耗的微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行模型，采用了將調整策略和粒子群算法相結合的策略對模型進行求解，確定孤立微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行方案，按照該最優(yōu)經(jīng)濟運行方案對孤立微電網(wǎng)系統(tǒng)調度周期內各時段的微燃機出力和鉛酸蓄電池充放電功率加以控制，能夠減少微電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)發(fā)電量過盛的情況，在滿足供電負荷需求的情況下幫助降低微電網(wǎng)系統(tǒng)運行成本；同時，本發(fā)明孤立微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行方法的運算流程較為簡單，通用性較好，可廣泛應用于不同應用場合下的微電網(wǎng)經(jīng)濟運行方案的規(guī)劃。
【專利說明】計及儲能壽命損耗的孤立微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)經(jīng)濟運行技術，具體涉及一種計及儲能壽命損耗的孤立微電 網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行方法，屬于電力系統(tǒng)經(jīng)濟調度領域。

【背景技術】
[0002] 隨著能源危機與環(huán)境污染日益嚴峻，太陽能、風能等以資源豐富、無污染等特點在 可再生能源利用中發(fā)揮著越來越重要的作用。但太陽能、風能具有隨機性和間歇性的特點， 接入電網(wǎng)后，其運行與調度較為困難。微電網(wǎng)的出現(xiàn)為可再生能源的綜合利用提供了一種 有效手段。微電網(wǎng)是一種新型網(wǎng)絡結構，是多種分布式的微電源（通常包括風電機組、微燃 機和鉛酸蓄電池）、負荷以及控制裝置集合構成的系統(tǒng)單元。微電網(wǎng)中的微電源多為容量較 小的分布式電源，即含有電力電子接口的小型機組，包括微型燃氣輪機、燃料電池、光伏電 池、小型風力發(fā)電機組以及超級電容、飛輪及蓄電池等儲能裝置。由于微電網(wǎng)通常接在用戶 偵牝運行方式靈活，便于控制，具有成本低、電壓低以及污染小等特點，在解決可再生能源接 入方面表現(xiàn)出巨大的潛力，微電網(wǎng)高效、經(jīng)濟運行是其能夠保持高效持續(xù)發(fā)展的前提。
[0003] 目前針對微電網(wǎng)的經(jīng)濟運行研究較多，也有研究者建立了多種不同的微電網(wǎng)經(jīng)濟 運行模型。然而，現(xiàn)有研究所建立的模型中較少的考慮儲能壽命損耗和負荷預測誤差等因 素的影響，因此都未能很好地結合微電網(wǎng)的實際情況而得到較為準確的經(jīng)濟運行方案，導 致系統(tǒng)出現(xiàn)發(fā)電量過盛、電力資源浪費、運行成本偏高的問題。同時，微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行 問題是一個高維度、非線性優(yōu)化問題，如果模型建立得不恰當或者求解方案的選擇不恰當， 都會導致模型的求解過程復雜，而難以得到預期的經(jīng)濟運行方案結果，為孤立微電網(wǎng)經(jīng)濟 運行方案的實現(xiàn)帶來了困難。


【發(fā)明內容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供了一種計及儲能壽命損耗的孤立微電網(wǎng) 最優(yōu)經(jīng)濟運行方法，其綜合考慮儲能壽命損耗和負荷預測誤差等因素，建立微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng) 濟運行模型后采用粒子群算法進行求解，確定孤立微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行方案，以減少微電 網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)發(fā)電量過盛、電力資源浪費的情況，在滿足供電負荷需求的情況下幫助降低微 電網(wǎng)系統(tǒng)運行成本。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術手段：
[0006] 計及儲能壽命損耗的孤立微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行方法，建立計及儲能壽命損耗的微 電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行模型，采用粒子群算法對所建立的微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行模型進行求解， 并在求解過程中對微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行模型中的微燃機出力大小和鉛酸蓄電池 Soc值進 行調整，確定孤立微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行方案；
[0007] 所述微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行模型為：
[0008] 微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行模型的目標函數(shù)為：
[0009]

【權利要求】
1.計及儲能壽命損耗的孤立微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行方法，其特征在于，建立計及儲能壽 命損耗的微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行模型，采用粒子群算法對所建立的微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行模型 進行求解，并在求解過程中對微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行模型中的微燃機出力大小和鉛酸蓄電池 Soc值進行調整，確定孤立微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行方案； 所述微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行模型為： 微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行模型的目標函數(shù)為：
式中，Ct(rtal為孤立微電網(wǎng)系統(tǒng)的總運行成本；
為調度周期中第t個時段中第η組微 燃機的開機成本；Ν為孤立微電網(wǎng)系統(tǒng)中微燃機的總組數(shù)；un，t為調度周期中第t個時段中 第η組微燃機的開、停機狀態(tài)變量，處于開機狀態(tài)時un，t取值為1，處于停機狀態(tài)時un;t取值 為0;τ為調度周期內包含的總時段數(shù)；Cb at為鉛酸蓄電池的壽命損耗成本；ση、δη、τη* 第η組微燃機的啟動成本系數(shù)
為第η組微燃機在調度周期中第t個時段內的停運時 間；FFatn為調度周期中第t個時段中第η組微燃機的運行成本；Ff為燃料價格；Ptn為調度 周期中第t個時段中第η組微燃機的輸出功率；η tn為調度周期中第t個時段中第η組微 燃機的效率； 當鉛酸蓄電池充放電循環(huán)深度為R時，故障前最大循環(huán)充放電次數(shù)NESS表示為：
a i?α 5為鉛酸蓄電池的特征參數(shù)，這些參數(shù)由廠商提供的壽命測試數(shù)據(jù)得到； 鉛酸蓄電池充放電循環(huán)一次，電池壽命損耗占總壽命百分比為1/NESS，等效經(jīng)濟損耗成 本Q為：
微電網(wǎng)運行過程中，在調度周期內，鉛酸蓄電池的壽命損耗成本Cbat為：
式中，
為鉛酸蓄電池投資成本；Cu為鉛酸蓄電池第j次充放電的等效經(jīng)濟損 耗成本；NT為調度周期中鉛酸蓄電池的充放電次數(shù)； 微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行模型的約束條件為： ①功率平衡約束條件：
式中，PDt表示調度周期中第t個時段的負荷預測值；Pnt為調度周期中第t個時段中第 η組微燃機的出力，un，t為調度周期中第t個時段中第η組微燃機的開、停機狀態(tài)變量；P wt 為調度周期中第t個時段的風電功率預測值；PESSt為調度周期中第t個時段中鉛酸蓄電池 的充放電功率，放電時為正，充電時為負； ② 微燃機出力約束條件：
式中，ifin、6_分別為第η組微燃機的最小、最大出力限值； ③ 鉛酸蓄電池約束條件：
式中，/f、/f1分別為調度周期中第t個時段鉛酸蓄電池的充、放電功率； 分別為鉛酸蓄電池的最大充、放電功率；Ut)為調度周期中第t個時段鉛酸蓄電池的剩余 容量；S_in、S_ax分別為鉛酸蓄電池的最小、最大剩余容量限值；SJO)表示調度周期中最 初始的一個時段鉛酸蓄電池的剩余容量值，UO表示調度周期中最后一個時段鉛酸蓄 電池的剩余容量值，表示鉛酸蓄電池的原始容量值； ④ 旋轉備用約束條件： 調度周期中第t個時段中微燃機提供的最大正備用iC為：
調度周期中第t個時段中鉛酸蓄電池提供的最大正備用為：
調度周期中第t個時段中微燃機提供的最大負備用iC?為：
調度周期中第t個時段中鉛酸蓄電池提供的最大負備用為：
采用概率約束確定旋轉備用容量，即：
式中，Rt為調度周期中第t個時段微電網(wǎng)系統(tǒng)所需的旋轉備用容量；P{}表示概率；α 為置信度水平；Λ PDt為調度周期中第t個時段的負荷預測誤差，服從正態(tài)分布，S卩Λ PDt?
為調度周期中第t個時段的風電功率預測誤差，服從正態(tài)分布，即
;At為相鄰兩時段的時間間隔； 采用粒子群算法對所述微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行模型的求解過程具體包括如下步驟： (1) 統(tǒng)計微電網(wǎng)系統(tǒng)中風速及負荷的歷史數(shù)據(jù)，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對調度周期內各時段的 風電功率和負荷進行預測，并作為微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行模型的輸入?yún)?shù)； (2) 產生初始粒子群： 針對調度周期內每一個時段，隨機生成該時段內N組微燃機的出力值，并隨機生成該 時段內的鉛酸蓄電池 Soc值，構成一個包含N+1個數(shù)值元素的數(shù)組，從而針對調度周期內包 含的T個時段，隨機生成得到T個數(shù)組，形成一個（N+l) X T維的搜索空間矩陣，作為粒子群 中的一個粒子的位置值，并隨機生成該粒子的速度值；由此，根據(jù)設定的粒子群規(guī)模M，隨 機生成包含Μ個粒子的粒子群； (3) 采用啟發(fā)式調整策略對當前粒子群中各個粒子中的微燃機的出力值和鉛酸蓄電池 Soc值進行調整，使得各個粒子滿足微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行模型的約束條件，同時保證微電網(wǎng) 系統(tǒng)功率平衡； (4) 計算當前粒子群中的每個粒子的適應值，并計算當前粒子群的粒子個體極值和全 局極值；每個粒子的適應值函數(shù)為：
式中：Ct(rtal為孤立微電網(wǎng)系統(tǒng)的總運行成本；δ懲罰因子；mt為取值為〇或1的狀態(tài) 變量，若調度周期中第t個時段中微燃機的出力值和鉛酸蓄電池 Soc值不滿足旋轉備用約 束條件，mt取1，反之，mt取0 ;A為正常數(shù)； (5) 更新粒子群中各個粒子的位置和速度：根據(jù)當前第k代粒子群中各個粒子的位置 和速度，更新第k+Ι代粒子群中各個粒子的位置和速度 ：
式中，ω為慣性權重系數(shù)，為一個常數(shù)；Cl、c2為加速常數(shù)，在（0, 2]之間取值；k為粒子 群算法的當前迭代代數(shù)4(10、r2(k)為[0，1]之間取值的隨機數(shù)；i表示粒子群中第i個 粒子；Vi (k)表示第k代粒子群中第i個粒子的速度值％ (k+Ι)表示第k+Ι代粒子群中第i 個粒子的速度值；Xi (k)表示第k代粒子群中第i個粒子的位置值；Xi (k+1)表示第k+1代 粒子群中第i個粒子的位置值；Pg(k)為第k代粒子群的全局極值，Pbest」(k)為第k代粒子 群中第i個粒子的個體極值； (6) 重復步驟（3)?（5)，直到達到粒子群算法預先設定的最大迭代代數(shù)； (7) 將最終所得粒子群中作為全局極值的粒子所表示的調度周期內包含的T個時段中 各組微燃機的出力值和鉛酸蓄電池 Soc值，作為調度周期內各時段的微燃機出力和鉛酸蓄 電池充放電功率的最優(yōu)經(jīng)濟運行方案，并按照該最優(yōu)經(jīng)濟運行方案，對孤立微電網(wǎng)系統(tǒng)調 度周期內各時段的微燃機出力和鉛酸蓄電池充放電功率加以控制。
2.根據(jù)權利要求1所述計及儲能壽命損耗的孤立微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行方法，其特征在 于，所述步驟（3)中啟發(fā)式調整策略的具體調整步驟為： Stepl :檢測粒子群中各個粒子所表示的微燃機出力值是否越限，如果大于微燃機的最 大出力限值/Γχ，則取為最大出力限值/Γχ;如果小于最小出力限值/rin，則取為〇,即表示 相應組的微燃機處于停運狀態(tài)； Step2 :檢測粒子群中各個粒子所表示的鉛酸蓄電池 S。。值是否越限，如果大于鉛酸蓄 電池的最大剩余容量限值s_ax，則取為鉛酸蓄電池的最大剩余容量限值s_ax;如果小于鉛 酸蓄電池的最小剩余容量限值s_in，則取為最小剩余容量限值s_in; Step3 :采用推回代法對鉛酸蓄電池的充放電功率進行調整，使其滿足微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟 運行模型的約束條件；具體的前推回代過程如下： St印3. 1 :分別令t = 0, 1，2,…，T-1 ;對于調度周期中第t個時段鉛酸蓄電池的剩余容 量&α)，如果滿足式（19)，通過式（21)調整后一時段的鉛酸蓄電池剩余容量5。。(1+1);如 果滿足式（20)，則通過式（22)調整后一時段的鉛酸蓄電池剩余容量S^a+l):
Step3. 2 :執(zhí)行完步驟Step3. 1后，判斷式（12)是否滿足，如果滿足，則轉到步驟 St印3. 4 ;如果不滿足，則令SJO = S。。^^，分別令t = T-l，T-2,…，0 ;然后對于調度 周期中第t+Ι個時段鉛酸蓄電池的剩余容量Ut+Ι)，如果滿足式（19)，通過式（23)調整 前一時段的鉛酸蓄電池剩余容量;如果滿足式（20)，則通過式（24)調整前一時段的 鉛酸蓄電池剩余容量Ut)值：
Step3. 3 :再次判斷式（12)是否滿足，如果滿足轉到Step3. 4 ;如果不滿足，則令S。。(0) S〇cinitial' 并轉到Step3. 1 ; Step3. 4 :進行下一步計算； Step4 :開機調整策略：根據(jù)粒子群中各個粒子所表示的微燃機出力值和鉛酸蓄電池 S。。值，結合風電功率預測值和負荷預測值，分別判斷每個粒子所表示的每一時段的微燃機 出力值和鉛酸蓄電池 S。。值加上同時段的風電功率預測值能否滿足同時段的負荷預測值， 如果不滿足，則增加相應粒子中相應時段的微燃機開機運行數(shù)目直至滿足同時段的負荷要 求為止； Step5 :停機調整策略：在粒子群中粒子所表示的每一時段的微燃機出力值和鉛酸蓄 電池 S。。值加上同時段的風電功率預測值能夠滿足同時段的負荷預測值時，分別判斷每個 粒子中每一時段停運任意一組微燃機能否滿足同時段的負荷預測值；如果滿足，則在相應 粒子的相應時段中停運相應組的微燃機，直至該時段若再停運任意一組微燃機則不能滿足 同時段的負荷要求為止；如果粒子中一個時段任意一組處于開機狀態(tài)的微燃機停運后都 不能滿足同時段的負荷要求和旋轉備用約束條件，則該時段的微燃機開機運行組數(shù)保持不 變； Step6 :功率平衡調整：對于粒子群中的每個粒子，分別調整每一時段中各組微燃機的 出力值，使微電源系統(tǒng)功率平衡，調整過程中不平衡功率根據(jù)各組微燃機所承擔的負荷大 小按比例分攤，分攤方法為：
式中，Pnt、p' nt分別為進行功率平衡調整前、后調度周期中第t個時段處于開機運行 的第η組微燃機的出力值；Λ PtS調度周期中第t個時段微電源系統(tǒng)的功率缺額，當Λ pt〈0 時，表不微電源系統(tǒng)的發(fā)電總功率小于負荷，需增加微燃機出力，反之Δ Pt>〇時，貝lj表不能 夠減小微燃機出力。
【文檔編號】G06Q10/04GK104156789SQ201410414894
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月21日 優(yōu)先權日:2014年8月21日
【發(fā)明者】謝開貴, 胡博, 沈玉明, 余娟, 任洲洋, 李龍云, 鐘雋 申請人:重慶大學