本發(fā)明屬于微網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度和能量管理領(lǐng)域，具體地說是一種基于儲(chǔ)能損耗積分的交直流混合微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

隨著化石能源的日益枯竭和生態(tài)環(huán)境污染的加劇，如何有效利用風(fēng)能、太陽能等可再生能源發(fā)電成為電力系統(tǒng)領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。微網(wǎng)作為一種集成分布式電源和負(fù)荷的系統(tǒng)，被認(rèn)為是提高可再生能源利用效率的有效途徑。由于可再生能源具有隨機(jī)性和間歇性，且負(fù)荷波動(dòng)性較強(qiáng)，微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度是保證其經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。

現(xiàn)代電力電子技術(shù)的快速發(fā)展使得越來越多的如光伏、儲(chǔ)能等直流型電源及電動(dòng)汽車、家用電器等直流型負(fù)荷接入微網(wǎng)。在交流微網(wǎng)中，直流電源通常通過dc/ac變換器接入交流母線，需經(jīng)ac/dc為直流負(fù)荷供電，這一傳統(tǒng)的供電方式增加了交直流之間的轉(zhuǎn)換過程。然而，交直流混合微網(wǎng)作為一種新型微網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通過雙向換流器連接交流母線與直流母線，實(shí)現(xiàn)了交流與直流的分區(qū)供電。相較于交流微網(wǎng)，交直流混合微網(wǎng)不僅減少了設(shè)備投資成本，同時(shí)降低了功率變換過程中的功率損耗，提高了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，因此交直流混合微網(wǎng)成為現(xiàn)階段微網(wǎng)的研究熱點(diǎn)。

現(xiàn)有的研究均未全面考慮交直流混合微網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，尤其是隨著儲(chǔ)能的荷電狀態(tài)值而動(dòng)態(tài)變化的儲(chǔ)能損耗費(fèi)用，且交直流微網(wǎng)中儲(chǔ)能與各個(gè)區(qū)域存在功率交互，儲(chǔ)能作為微網(wǎng)的核心單元，其運(yùn)行狀態(tài)會(huì)對微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來巨大影響，因此需要在交直流混合微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中計(jì)及儲(chǔ)能的動(dòng)態(tài)過程，采用較為精確且實(shí)用的儲(chǔ)能損耗成本計(jì)算方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于儲(chǔ)能損耗積分的交直流混合微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化方法，該方法考慮到儲(chǔ)能損耗的非線性特性，能夠?qū)崿F(xiàn)交直流混合微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度，為制定交直流混合微網(wǎng)的運(yùn)行方式提供指導(dǎo)和幫助。

為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：一種基于儲(chǔ)能損耗積分的交直流混合微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化方法，該方法包括以下步驟：

步驟1)，獲取交直流混合微網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及基本參數(shù)；

步驟2)，獲取儲(chǔ)能的損耗函數(shù)；

步驟3)，建立交直流混合微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化模型，模型中包括目標(biāo)函數(shù)和系統(tǒng)、設(shè)備的運(yùn)行約束條件；

步驟4)，求解經(jīng)濟(jì)優(yōu)化問題：利用yalmip調(diào)用bnb法求解經(jīng)濟(jì)優(yōu)化模型，獲得交直流混合微網(wǎng)的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。

作為優(yōu)選，所述的步驟1)具體包括：獲取交直流混合微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確定交直流混合微網(wǎng)中包括的運(yùn)行設(shè)備及各設(shè)備之間的連接關(guān)系；獲取交直流混合微網(wǎng)基本參數(shù)。

作為優(yōu)選，所述的交直流混合微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具體包括：交流母線接有風(fēng)機(jī)及交流負(fù)荷，并通過并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線與大電網(wǎng)相連；直流母線上接入光伏、儲(chǔ)能及直流負(fù)荷；交直流母線間通過雙向換流器相連。

作為優(yōu)選，所述的交直流混合微網(wǎng)基本參數(shù)具體包括：風(fēng)機(jī)、光伏、儲(chǔ)能、雙向換流器和并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，交流負(fù)荷和直流負(fù)荷參數(shù)，購售電價(jià)。

作為優(yōu)選，所述的步驟2)具體包括：獲取儲(chǔ)能損耗成本價(jià)格系數(shù)和儲(chǔ)能荷電狀態(tài)值參數(shù)，通過非線性擬合獲取儲(chǔ)能的損耗函數(shù)表達(dá)式，損耗函數(shù)利用指數(shù)函數(shù)表述，具體形式為：

msb＝f(soc)＝a·e^-b·soc+b+c

式中，msb為儲(chǔ)能的損耗成本價(jià)格系數(shù)；soc為儲(chǔ)能的荷電狀態(tài)值；a、b和c分別為擬合出的函數(shù)系數(shù)。

作為優(yōu)選，所述的步驟3)具體包括：

步驟31)，基于步驟1)和步驟2)，確定交直流混合微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)，以日運(yùn)行費(fèi)用最小作為經(jīng)濟(jì)優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)，日運(yùn)行費(fèi)用包括設(shè)備維護(hù)成本、儲(chǔ)能損耗成本、換流損耗成本及購售電費(fèi)；具體形式為：

式中，f為日運(yùn)行費(fèi)用；nt為一個(gè)運(yùn)行周期的總時(shí)段數(shù)；δt為每個(gè)時(shí)段的時(shí)間間隔；f1為設(shè)備維護(hù)成本；mwt、mpv和mcv分別為風(fēng)機(jī)、光伏和雙向換流器的維護(hù)成本系數(shù)；pwt(t)、ppv(t)和pcv(t)分別表示風(fēng)機(jī)、光伏和雙向換流器在t時(shí)段的運(yùn)行功率，當(dāng)交換功率從直流區(qū)流向交流區(qū)時(shí)pcv(t)為正，反之為負(fù)；f2為利用積分計(jì)算出的儲(chǔ)能損耗成本，即對每個(gè)時(shí)段的msb進(jìn)行積分，累加后為儲(chǔ)能損耗成本，soc(t-1)和soc(t)分別為儲(chǔ)能在t-1和t時(shí)段的荷電狀態(tài)值；f3為換流損耗成本；mcv-loss為折算到換流器運(yùn)行功率下的換流損耗成本系數(shù)；mmcv-loss為換流器的損耗成本系數(shù)；ηcv為換流器的換流效率；f4為購售電費(fèi)；cbuy為購電費(fèi)用；csell為售電費(fèi)用；mgd-buy(t)和mgd-sell(t)分別為t時(shí)段的購電電價(jià)和售電電價(jià)；pgd(t)是t時(shí)段并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的運(yùn)行功率，正值表示向電網(wǎng)購電，負(fù)值表示向電網(wǎng)售電；

步驟32)，基于步驟1)和步驟2)，確定交直流混合微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化模型的運(yùn)行約束條件，交直流混合微網(wǎng)的運(yùn)行中需要滿足系統(tǒng)及各設(shè)備的運(yùn)行約束，其中系統(tǒng)約束包括：

直流區(qū)功率平衡約束：

式中，δpdc(t)為直流區(qū)凈功率；ppv(t)表示光伏在t時(shí)段的運(yùn)行功率；pl-dc(t)是t時(shí)段直流負(fù)荷功率；若pcv’(t)為正，換流功率從直流區(qū)流向交流區(qū)，反之換流功率從交流區(qū)流向直流區(qū)；psb(t)為t時(shí)段儲(chǔ)能的充放電功率，正值表示充電，負(fù)值表示放電；ηcv為換流器的換流效率；

交流區(qū)功率平衡約束：

式中，δpac(t)為交流區(qū)凈功率；pl-ac(t)是t時(shí)段交流負(fù)荷功率；

各設(shè)備的運(yùn)行約束包括風(fēng)機(jī)、光伏、儲(chǔ)能、雙向換流器和并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的運(yùn)行約束，其中：

風(fēng)機(jī)、光伏的運(yùn)行約束為：

式中，pwtmax(t)為t時(shí)段風(fēng)機(jī)最大可輸出功率；ppvmax(t)為t時(shí)段光伏最大可輸出功率；

儲(chǔ)能的運(yùn)行約束為：

式中，s(t)和s(t-1)分別為t和t-1時(shí)段儲(chǔ)能的剩余電量；σ為自放電比例；ηc和ηd分別為儲(chǔ)能充、放電效率；pcmax(t)和pdmax(t)分別為儲(chǔ)能t時(shí)段最大充、放電功率允許值；pcharge-max和pdischarge-max分別為儲(chǔ)能設(shè)置的最大充、放電持續(xù)功率；socmin和socmax分別為儲(chǔ)能荷電狀態(tài)值的下限和上限；ec為儲(chǔ)能的額定容量；s(0)為儲(chǔ)能的初始剩余電量；s(nt)為儲(chǔ)能在調(diào)度周期末的剩余電量；

雙向換流器和并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的運(yùn)行約束為：

式中，pcvmax和pgdmax分別是雙向換流器和并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的的最大允許運(yùn)行功率。

作為優(yōu)選，所述的步驟4)具體包括：利用yalmip生成經(jīng)濟(jì)優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)和約束條件，yalmip調(diào)用bnb法迭代求解經(jīng)濟(jì)優(yōu)化模型，獲得交直流混合微網(wǎng)的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明針對并網(wǎng)運(yùn)行模式的交直流混合微網(wǎng)，以日運(yùn)行費(fèi)用最小為優(yōu)化目標(biāo)，建立了滿足系統(tǒng)及設(shè)備運(yùn)行約束的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化模型，更加全面考慮到交直流混合微網(wǎng)中分布式電源、儲(chǔ)能、雙向換流器及并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線等各部分產(chǎn)生的運(yùn)行費(fèi)用；在計(jì)及儲(chǔ)能損耗成本的過程中，由于傳統(tǒng)的儲(chǔ)能損耗成本計(jì)算模型無法體現(xiàn)儲(chǔ)能損耗與荷電狀態(tài)值之間的非線性關(guān)系，本發(fā)明采用積分來計(jì)算儲(chǔ)能損耗成本，能夠精確連續(xù)地計(jì)算出從任一soc充放電到另外一個(gè)soc時(shí)的儲(chǔ)能損耗成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖；

圖2為本發(fā)明交直流混合微網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種基于儲(chǔ)能損耗積分的交直流混合微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化方法，該方法包括以下步驟：

步驟1)，獲取交直流混合微網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及基本參數(shù)；

步驟2)，獲取儲(chǔ)能的損耗函數(shù)；

步驟3)，建立交直流混合微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化模型，模型中包括目標(biāo)函數(shù)和系統(tǒng)、設(shè)備的運(yùn)行約束條件；

步驟4)，求解經(jīng)濟(jì)優(yōu)化問題：利用yalmip調(diào)用bnb法求解經(jīng)濟(jì)優(yōu)化模型，獲得交直流混合微網(wǎng)的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。

作為優(yōu)選方案，所述的步驟1)具體包括：獲取交直流混合微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確定微網(wǎng)中包括的運(yùn)行設(shè)備及各設(shè)備之間的連接關(guān)系；獲取交直流混合微網(wǎng)基本參數(shù)。

作為優(yōu)選方案，所述的交直流混合微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具體包括：交流母線接有風(fēng)機(jī)及交流負(fù)荷，并通過并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線與大電網(wǎng)相連；直流母線上接入光伏、儲(chǔ)能及直流負(fù)荷；交直流母線間通過雙向換流器相連；交直流混合微網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

作為優(yōu)選方案，所述的交直流混合微網(wǎng)基本參數(shù)具體包括：風(fēng)機(jī)、光伏、儲(chǔ)能、雙向換流器和并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)；交流負(fù)荷和直流負(fù)荷參數(shù)；購售電價(jià)。

作為優(yōu)選方案，所述的步驟2)具體包括：獲取儲(chǔ)能損耗成本價(jià)格系數(shù)和儲(chǔ)能荷電狀態(tài)值參數(shù)，通過非線性擬合獲取儲(chǔ)能的損耗函數(shù)表達(dá)式，損耗函數(shù)利用指數(shù)函數(shù)表述，具體形式為：

msb＝f(soc)＝a·e^-b·soc+b+c

式中，msb為儲(chǔ)能的損耗成本價(jià)格系數(shù)；soc為儲(chǔ)能的荷電狀態(tài)值；a、b和c分別為擬合出的函數(shù)系數(shù)。

作為優(yōu)選方案，所述的步驟3)具體包括：

步驟31)，基于步驟1)和步驟2)，確定交直流混合微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)，以日運(yùn)行費(fèi)用最小作為經(jīng)濟(jì)優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)，日運(yùn)行費(fèi)用包括設(shè)備維護(hù)成本、儲(chǔ)能損耗成本、換流損耗成本及購售電費(fèi)；具體形式為：

式中，f為日運(yùn)行費(fèi)用；nt為一個(gè)運(yùn)行周期的總時(shí)段數(shù)；δt為每個(gè)時(shí)段的時(shí)間間隔；f1為設(shè)備維護(hù)成本；mwt、mpv和mcv分別為風(fēng)機(jī)、光伏和雙向換流器的維護(hù)成本系數(shù)；pwt(t)、ppv(t)和pcv(t)分別表示風(fēng)機(jī)、光伏和雙向換流器在t時(shí)段的運(yùn)行功率，當(dāng)交換功率從直流區(qū)流向交流區(qū)時(shí)pcv(t)為正，反之為負(fù)；f2為利用積分計(jì)算出的儲(chǔ)能損耗成本，即對每個(gè)時(shí)段的msb進(jìn)行積分，累加后為儲(chǔ)能損耗成本，soc(t-1)和soc(t)分別為儲(chǔ)能在t-1和t時(shí)段的荷電狀態(tài)值；f3為換流損耗成本；mcv-loss為折算到換流器運(yùn)行功率下的換流損耗成本系數(shù)；mmcv-loss為換流器的損耗成本系數(shù)；ηcv為換流器的換流效率；f4為購售電費(fèi)；cbuy為購電費(fèi)用；csell為售電費(fèi)用；mgd-buy(t)和mgd-sell(t)分別為t時(shí)段的購電電價(jià)和售電電價(jià)；pgd(t)是t時(shí)段并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的運(yùn)行功率，正值表示向電網(wǎng)購電，負(fù)值表示向電網(wǎng)售電。

步驟32)，基于步驟1)和步驟2)，確定交直流混合微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化模型的運(yùn)行約束條件，交直流混合微網(wǎng)的運(yùn)行中需要滿足系統(tǒng)及各設(shè)備的運(yùn)行約束，其中系統(tǒng)約束包括：

直流區(qū)功率平衡約束：

式中，δpdc(t)為直流區(qū)凈功率；pl-dc(t)是t時(shí)段直流負(fù)荷功率；若pcv’(t)為正，換流功率從直流區(qū)流向交流區(qū)，反之換流功率從交流區(qū)流向直流區(qū)；psb(t)為t時(shí)段儲(chǔ)能的充放電功率，正值表示充電，負(fù)值表示放電；

交流區(qū)功率平衡約束：

式中，δpac(t)為交流區(qū)凈功率；pl-ac(t)是t時(shí)段交流負(fù)荷功率。

各設(shè)備的運(yùn)行約束包括風(fēng)機(jī)、光伏、儲(chǔ)能、雙向換流器和并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的運(yùn)行約束，其中：

風(fēng)機(jī)、光伏的運(yùn)行約束為：

式中，pwtmax(t)為t時(shí)段風(fēng)機(jī)最大可輸出功率；ppvmax(t)為t時(shí)段光伏最大可輸出功率。

儲(chǔ)能的運(yùn)行約束為：

式中，s(t)和s(t-1)分別為t和t-1時(shí)段儲(chǔ)能的剩余電量；σ為自放電比例；ηc和ηd分別為儲(chǔ)能充、放電效率；pcmax(t)和pdmax(t)分別為儲(chǔ)能t時(shí)段最大充、放電功率允許值；pcharge-max和pdischarge-max分別為儲(chǔ)能設(shè)置的最大充、放電持續(xù)功率；socmin和socmax分別為儲(chǔ)能荷電狀態(tài)值的下限和上限；ec為儲(chǔ)能的額定容量；s(0)為儲(chǔ)能的初始剩余電量；s(nt)為儲(chǔ)能在調(diào)度周期末的剩余電量。

雙向換流器和并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的運(yùn)行約束為：

式中，pcvmax和pgdmax分別是雙向換流器和并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的的最大允許運(yùn)行功率。

作為優(yōu)選方案，所述的步驟4)具體包括：利用yalmip生成經(jīng)濟(jì)優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)和約束條件，yalmip調(diào)用bnb法迭代求解經(jīng)濟(jì)優(yōu)化模型，獲得交直流混合微網(wǎng)的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。

本發(fā)明實(shí)施例的方法，以并網(wǎng)型交直流混合微網(wǎng)為研究對象，考慮到儲(chǔ)能損耗受不同soc的影響，soc較低時(shí)充放單位電量比soc較高時(shí)充放單位電量所帶來的損耗成本更大，此時(shí)儲(chǔ)能損耗成本不能再用傳統(tǒng)的模型表示，提出一種能精確計(jì)算儲(chǔ)能損耗成本的動(dòng)態(tài)過程積分模型?；趦?chǔ)能損耗積分建立了交直流混合微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化模型，以日運(yùn)行費(fèi)用最小作為目標(biāo)函數(shù)，并滿足系統(tǒng)及設(shè)備的運(yùn)行約束。最后利用yalmip調(diào)用bnb法進(jìn)行優(yōu)化求解，獲得交直流混合微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的運(yùn)行方式，優(yōu)化結(jié)果可為交直流混合微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供指導(dǎo)。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述具體實(shí)施例的限制，上述具體實(shí)施例和說明書中的描述只是為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)的范圍由權(quán)利要求書及其等效物界定。