微電網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種微電網(wǎng)能量調(diào)度優(yōu)化方法，涉及微電網(wǎng)能量管理技術(shù)領(lǐng)域，適用 于微電網(wǎng)能量管理的日前經(jīng)濟調(diào)度。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著能源危機加劇和環(huán)境污染日益嚴重，微電網(wǎng)作為一種新型能源網(wǎng)絡(luò)化供應(yīng)和 管理技術(shù)，受到越來越多的關(guān)注。隨著微電網(wǎng)工程的不斷發(fā)展完善，微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)成 為微電網(wǎng)研究的重點。
[0003] 微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)是針對微電網(wǎng)的智能控制系統(tǒng)，其能優(yōu)化分布式電源的功率 分配，并使系統(tǒng)經(jīng)濟安全的運行。作為微電網(wǎng)能量管理的核心部分，其調(diào)度優(yōu)化模型的設(shè)計 對微電網(wǎng)能量管理的效果起著至關(guān)重要的作用。如何選擇算法快速準確的求解考慮各種復(fù) 雜約束條件的調(diào)度優(yōu)化問題均給該課題帶來較大的挑戰(zhàn)。解決這一系列問題將提高能量的 利用效率，減少微電網(wǎng)系統(tǒng)的運營成本，具有較好的社會效益。
[0004] 現(xiàn)階段，一些微電網(wǎng)調(diào)度優(yōu)化的研究建立了線性的調(diào)度模型，但是這種模型過于 粗糙，不利于深入研究。當前大多數(shù)模型建立的是非線性優(yōu)化模型，一般采用粒子群算法、 蟻群算法、遺傳算法等智能優(yōu)化算法求解。隨著規(guī)模的增加，智能算法往往不容易收斂并且 求解速度較慢。同時，當前模型一般只適用于少數(shù)微電網(wǎng)算例，模型的適用性有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)下的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種微電網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟 調(diào)度方法，該方法設(shè)定了多種調(diào)度模式，可以根據(jù)不同類型的微電網(wǎng)按需選擇，因此具有很 強的適用性，且由于求解速度的改進使得該方法尤其可適用于大型的微電網(wǎng)。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是： 一種微電網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度方法： 選擇微電網(wǎng)系統(tǒng)的運行狀態(tài)，在適于與大電網(wǎng)并網(wǎng)運行的情況下選擇與大電網(wǎng)并網(wǎng)的 并網(wǎng)運行狀態(tài)，在不適于與大電網(wǎng)并網(wǎng)運行的情況下選擇孤網(wǎng)運行狀態(tài)，在并網(wǎng)運行狀態(tài) 下滿足微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)所有用電設(shè)備的用電需求，以微電網(wǎng)系統(tǒng)的運行成本最少為目標，通 過對下列并網(wǎng)運行目標函數(shù)的運行成本最小化求解獲得相應(yīng)的調(diào)度參數(shù)： 并網(wǎng)運行目標函數(shù)為：
在孤網(wǎng)長期運行狀態(tài)下，保持儲能裝置剩余電量的正常波動范圍，（通常應(yīng)使儲能裝置 的剩余電量與調(diào)度前基本一致)，以微電網(wǎng)系統(tǒng)的運行成本最少為目標，通過對下列孤網(wǎng)長 期運行目標函數(shù)的運行成本最小化求解獲得相應(yīng)的長期運行調(diào)度參數(shù)，保證微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi) 一級負荷的用電需求： 孤網(wǎng)長期運行目標函數(shù)為：
在孤網(wǎng)短期運行的情況下，先將儲能裝置作為電源投入供電，保證所有負荷不斷電直 到電源電量不足，在出現(xiàn)電源電量不足的情形后，通過對下列孤網(wǎng)短期運行目標函數(shù)的運 行成本最小化求解獲得相應(yīng)的短期運行調(diào)度參數(shù)： 孤網(wǎng)短期運行目標函數(shù)為：
其中，c為微電網(wǎng)系統(tǒng)的運行成本，君:_為可控電源i的t時刻的輸出功率，為 可控電源i的t時刻的燃料成本，所述可控電源包括微型燃氣輪機、柴油機和燃料電池； 馬(0為可控電源i的t時刻的啟動成本為可控電源i的t時刻〇、1開機決策 變量，0表示非啟動(保持原啟停狀態(tài)或者停機)，1表示啟動；
::分別為可控電源i的t時刻的維護成本、折舊成本和環(huán) 境成本； 4釣為蓄電池 k的t時刻的輸出功率，％、%+__:分別為蓄電池 k的t時 刻的維護成本和折舊成本； Q分別為微電網(wǎng)從外部購電和向外部售電的電價；Sg (6)、^⑷分別為微電網(wǎng) t時刻從外部購電和向外部售電的功率； 為蓄電池周期不平衡罰函數(shù)； 召(60為t時刻負荷節(jié)點1的負荷，為負荷節(jié)點1的切負荷費用函數(shù)，為負荷 節(jié)點1的切負荷〇、1決策變量，〇表示不切負荷，1表示切負荷； % 00為一級負荷1的切負荷〇、1決策變量，〇表示不切負荷，1表示切負荷，_為一級 負荷節(jié)點I1的罰函數(shù)的系數(shù)； 為負荷節(jié)點1的罰函數(shù)的系數(shù)； 方為可控電源的數(shù)量；，為蓄電池的數(shù)量；F、:r為一個調(diào)度周期內(nèi)的優(yōu)化時段數(shù)，_ 為可中斷負荷的負荷節(jié)點個數(shù)，々表示一級負荷節(jié)點的個數(shù)。
[0007] 本發(fā)明的有益效果為： 由于對微電網(wǎng)的各類電源分別進行了分類歸納，對不同類型的電源分別建模，由此可 以將微電網(wǎng)大部分電源納入日前經(jīng)濟調(diào)度模型中，且新增元件也很簡單，因此具有很強的 適用性。
[0008] 由于模型中綜合考慮了設(shè)備折舊費用、燃料費用、維護費用、啟停費用、環(huán)保費用 等設(shè)備運行成本及購售電成本、切負荷成本、線路損耗成本等，同時滿足了功率平衡、備用、 爬坡率、出力上下限、最小啟停時間、蓄電池容量上下限、蓄電池充放電功率上下限、蓄電池 周期充放電總能量、購售電功率上限等約束條件，比現(xiàn)有技術(shù)下的調(diào)度方法更貼近微電網(wǎng) 的實際需求，由此建立起的微電網(wǎng)日前經(jīng)濟調(diào)度模型也更為完善。
[0009] 由于設(shè)定了并網(wǎng)經(jīng)濟運行模式、孤網(wǎng)長期穩(wěn)定運行模式和孤網(wǎng)短期運行模式等不 同模式，可以按需選擇，以適應(yīng)不同條件下的微電網(wǎng)要求，擴大了本調(diào)度方法的適用范圍。
[0010] 由于模型求解過程中采用了按時間分層求解的優(yōu)化求解方法，可根據(jù)需要設(shè)置不 同時間尺度，獲得很短時間范圍（自由設(shè)定，例如可以為IOmin或者15min等）的求解結(jié)果， 因此可以顯著提高調(diào)度的精度。
[0011] 由于引入了采用前推回代法的三相潮流計算方法，可以在三相不平衡的情況下計 算微電網(wǎng)的潮流，得出微電網(wǎng)的線損，計算出微電網(wǎng)平均線損系數(shù)。
[0012] 由于應(yīng)用了分段線性化的處理方法將非線性問題轉(zhuǎn)化為線性問題，并引入了 0、1 決策變量，將約束中的二次約束轉(zhuǎn)換為一次約束，使微電網(wǎng)日前經(jīng)濟調(diào)度模型更易于求解。
[0013] 在應(yīng)用混合整數(shù)線性規(guī)劃算法對微電網(wǎng)日前經(jīng)濟調(diào)度模型進行求解的基礎(chǔ)上，加 入按時間分層優(yōu)化的方法，很好地同時保證了計算的準確性和快速性。
【附圖說明】
[0014] 圖1是費用曲線線性化示意圖； 圖2是配電網(wǎng)前推回代法流程圖； 圖3是分層優(yōu)化的時間周期對應(yīng)關(guān)系； 圖4是分層優(yōu)化流程圖； 圖5是微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖； 圖6是微電網(wǎng)典型日負荷曲線； 圖7是光伏出力典型場景； 圖8是預(yù)測誤差5%時，光伏預(yù)測出力曲線； 圖9是模式一下軟件計算的理論調(diào)度結(jié)果(并網(wǎng)）； 圖10是模式一下實際運行的調(diào)度結(jié)果(并網(wǎng)）； 圖11是采用現(xiàn)有調(diào)度方法的實際調(diào)度結(jié)果(并網(wǎng)）； 圖12是模式二下軟件計算的理論切負荷結(jié)果(孤網(wǎng)長期）； 圖13是模式二下軟件計算的理論調(diào)度結(jié)果(孤網(wǎng)長期）； 圖14是模式二下實際運行的切負荷結(jié)果(孤網(wǎng)長期）； 圖15是模式二下實際運行的調(diào)度結(jié)果(孤網(wǎng)長期）； 圖16是模式三下軟件計算的理論切負荷結(jié)果(孤網(wǎng)短期）； 圖17是模式三下軟件計算的理論調(diào)度結(jié)果(孤網(wǎng)短期）； 圖18是模式三下實際運行的切負荷結(jié)果(孤網(wǎng)短期）； 圖19是模式三下實際運行的調(diào)度結(jié)果(孤網(wǎng)短期）； 圖20是采用現(xiàn)有調(diào)度方法的實際切負荷結(jié)果(孤網(wǎng)）； 圖21是采用現(xiàn)有調(diào)度方法的實際調(diào)度結(jié)果(孤網(wǎng)）。
【具體實施方式】
[0015] 本發(fā)明涉及一種基于混合整數(shù)線性分層規(guī)劃的微電網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度方法，是以 微電網(wǎng)系統(tǒng)運行成本最低為控制目標，根據(jù)調(diào)度時刻所述微電網(wǎng)系統(tǒng)處于的不同運行狀 態(tài)，選擇采用適宜的調(diào)度模式。具體而言，在適于與大電網(wǎng)并網(wǎng)運行的情況下選擇與大電網(wǎng) 并網(wǎng)的并網(wǎng)運行狀態(tài)，在不適于與大電網(wǎng)并網(wǎng)運行的情況下選擇孤網(wǎng)運行狀態(tài)，在并網(wǎng)運 行狀態(tài)下滿足微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)所有用電設(shè)備的用電需求，并網(wǎng)運行狀態(tài)下，以微電網(wǎng)系統(tǒng)的 運行成本最少為目標，通過對并網(wǎng)運行目標函數(shù)的運行成本最小化求解獲得相應(yīng)的調(diào)度參 數(shù)；在孤網(wǎng)長期運行狀態(tài)下，保持儲能裝置剩余電量的正常波動范圍，以微電網(wǎng)系統(tǒng)的運行 成本最少為目標，通過對孤網(wǎng)長期運行目標函數(shù)的運行成本最小化求解獲得相應(yīng)的長期運 行調(diào)度參數(shù)，保證微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)一級負荷的用電需求；在孤網(wǎng)短期運行的情況下，先將儲能 裝置作為電源投入供電，保證所有負荷不斷電直到電源電量不足，在出現(xiàn)電源電量不足的 情形后，通過對孤網(wǎng)短期運行目標函數(shù)的運行成本最小化求解獲得相應(yīng)的短期運行調(diào)度參 數(shù)。
[0016] 所述目標函數(shù)的構(gòu)建直至求解包括以下步驟： 步驟一：建立微電網(wǎng)中不同電源、儲能的調(diào)度模型； 步驟二：建立并網(wǎng)運行與孤網(wǎng)運行下多個優(yōu)化調(diào)度模型，包括并網(wǎng)經(jīng)濟運行模式、孤網(wǎng) 長期穩(wěn)定運行模式和孤網(wǎng)短期運行模式下的目標函數(shù)； 步驟三：對各模型進行線性化處理，使求解問題轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)線性規(guī)劃問題； 步驟四：應(yīng)用前推回代法，計算微電網(wǎng)的三相潮流，得到線路損耗的系數(shù)； 步驟五：建立按時間分層的微電網(wǎng)調(diào)度優(yōu)化模型； 步驟六：根據(jù)微電網(wǎng)的特點和運行要求，選擇相應(yīng)模式下的目標函數(shù)及對應(yīng)的約束條 件，進行優(yōu)化求解。
[0017] 下面是對上述各步驟的詳細介紹。
[0018] 步驟一：建立微電網(wǎng)不同電源、儲能裝置的調(diào)度模型。微電網(wǎng)的電源主要包括傳統(tǒng) 的完全可控機組(包括微型燃氣輪機、燃料電池、柴油機等常規(guī)機組(或稱為可控電源)）、新 能源機組(包括風(fēng)電、光伏等)，以及儲能裝置(包括各