含dg區(qū)域電網(wǎng)孤島模式下儲能設備容量的優(yōu)化配置方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種含DG區(qū)域電網(wǎng)孤島模式下儲能設備容量的優(yōu)化配置方法，包括：監(jiān)測每個時間點分布式電源出力和負荷數(shù)據(jù)并分別擬合出其概率分布函數(shù)；建立儲能設備充放電的控制策略并得到其輸出功率的控制規(guī)則；建立分布式電源與負荷的動態(tài)半不變量，得到儲能設備的充放電功率的概率分布；建立以儲存設備容量最小化為目標，儲能設備的荷電狀態(tài)作為不等式約束條件的配置優(yōu)化模型，求解出儲能設備的配置容量。本發(fā)明引入動態(tài)半不變量，將儲能設備輸出功率的概率分布約束在一定的置信度之下，并引入儲能設備充放電功率控制策略實時使儲能設備既不長時間運行于枯竭或飽和狀態(tài)，又能充分利用儲能設備的容量，確保區(qū)域電網(wǎng)孤島模式下的電能質(zhì)量與經(jīng)濟性。
【專利說明】含DG區(qū)域電網(wǎng)孤島模式下儲能設備容量的優(yōu)化配置方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及儲能設備容量領域，更具體地，涉及一種含DG(分布式電源）區(qū)域電網(wǎng) 孤島模式下儲能設備容量的優(yōu)化配置方法，該方法特別適用于故障情況解決含分布式電源 區(qū)域電網(wǎng)孤島模式下穩(wěn)定運行和經(jīng)濟性問題，避免儲能設備容量枯竭或飽和。

【背景技術】
[0002] 永久性故障情況下，含分布式電源（Distributed Generation, DG)配網(wǎng)處于孤島 運行方式時，通過對分布式電源進行調(diào)控，并在滿足供電質(zhì)量和負荷需求等前提下，實現(xiàn)系 統(tǒng)孤島運行。在孤島運行模式下，儲能設備作為主控制單元，根據(jù)光伏出力、風機出力和負 荷情況進行綜合調(diào)控，依靠儲能設備維持微電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓和頻率。然而，由于儲能設備的 造價相對較高，如何經(jīng)濟高效地進行儲能容量的選取仍為目前工程實際的一個難點。
[0003] 由于風電場、光伏電站的出力具有隨機波動性，電力系統(tǒng)運行中負荷隨時都在變 化，不可避免會突然出現(xiàn)大幅度的功率波動，希望通過儲能裝置使風電、光伏輸出完全可 控，既不經(jīng)濟也不現(xiàn)實，亦即采取100%滿足約束條件來配置混合儲能裝置，則其成本將極 大增加。此時若采取某一置信水平滿足約束條件，將更具實際應用價值。
[0004] 機會約束規(guī)劃的實質(zhì)是在一定程度上考慮不確定因素，將傳統(tǒng)優(yōu)化中完全滿足的 約束條件軟化為滿足約束條件的概率高于某一置信水平。如果能采用概率的方法，就可以 由給定的DG的出力和負荷的概率分布得到儲能設備輸出的概率分布情況，然后以它們作 為概率約束，使目標函數(shù)達到最優(yōu)，得到系統(tǒng)最優(yōu)運行方式。現(xiàn)有是采用同一種概率分布特 性來描述分布式電源出力和負荷變化，而實際DG出力和負荷的波動特性會隨時間動態(tài)變 化，各個時刻的概率特性可能不同。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的在于提供一種含DG(分布式電源）區(qū)域電網(wǎng)孤島模式下的儲能設備容 量的配置方法，用于解決永久性故障情況下區(qū)域電網(wǎng)孤島模式穩(wěn)定運行和經(jīng)濟性問題，本 發(fā)明的配置方法是以一定的置信度確保孤網(wǎng)運行的可靠性與經(jīng)濟性，同時兼顧儲能設備壽 命。
[0006] 本發(fā)明提供的一種含DG區(qū)域電網(wǎng)孤島模式下儲能設備容量的優(yōu)化配置方法，具 體包括以下步驟：
[0007] 1)監(jiān)測各個時刻風電場的出力Pw，光伏電站的出力PPV及負荷為P lMd，并擬合出各 自的概率密度分布函數(shù)；
[0008] 2)建立儲能設備充放電的控制策略得到儲能設備輸出功率的控制規(guī)則；
[0009] 3)建立DG和負荷動態(tài)半不變量，求出儲能設備沖放電功率置信度；
[0010] 4)建立以儲能設備容量最小化為目標函數(shù)，儲能設備荷電狀態(tài)作為不等式約束的 優(yōu)化配置模型，并求解出儲能設備的容量。
[0011] 風能、太陽能和電力負荷的波動具有一定的隨機性，但其隨機波動中蘊含有一定 的規(guī)律性，因此風電場出力Pw、光伏電站出力PPV及負荷PlMd可通過在各種確定性規(guī)律基礎 上疊加相應的隨機波動性來建立動態(tài)隨機變量的概率模型。
[0012] 其中具體的過程為：
[0013] 1)監(jiān)測各個時刻風電場的出力Pw，光伏電站的出力PPV及負荷為P lMd，并擬合出它 們的概率密度分布函數(shù)分別為：
[0014] 由式（1)可得變速恒頻風力發(fā)電機出力Pw的概率密度分布函數(shù)：
[0015] Pw(t) = Pb(t) + Ab (1)
[0016] 式中：Pb(t)為基礎函數(shù)，是各個時刻的風速在期望值情況下風力發(fā)電機的出力， Ab為變速恒頻風力發(fā)電機出力中包含的隨機波動成分；
[0017] 由式（2)可得光伏電站出力Ppv的概率密度分布函數(shù)：
[0018] Ppv(t) =Psm(t)-Asun (2)
[0019] 式中：Psm(t)為基礎函數(shù)，是各個時刻的太陽能在期望值情況下光伏電站的出力， 隨機變量表示大氣層對太陽光照的阻礙作用；
[0020] 由式（3)可得負荷概率密度分布函數(shù)：
[0021] Pi〇ad(t) = Ρχ(?) + Δ1 (3)
[0022] 式中A (t)為日負荷曲線的基礎函數(shù)為負荷的隨機波動成份。
[0023] 2)建立儲能設備充放電的控制策略，將儲能設備的能量狀態(tài)劃分成3個區(qū)間，包 括分非工作區(qū)間、正常工作區(qū)間以及警戒工作區(qū)間即儲能設備容易進入枯竭或飽和，其控 制策略分別為 ：
[0024] (21)當儲能設備的荷電狀態(tài)在工作區(qū)時，DG與負荷的差值確定儲能設備的充放 電功率；
[0025] (22)當儲能設備的荷電狀態(tài)枯竭狀態(tài)時，引導儲能設備減少放電功率；當儲能設 備的荷電狀態(tài)處于飽和狀態(tài)，采取棄風措施，防止儲能設備過沖。
[0026] 3)建立DG和負荷的動態(tài)半不變量，求出儲能設備沖放電功率的概率分布；所建立 DG和負荷的原點矩與半不變量的關系由式（4)獲得，接著由分布式電源與負荷的基準函數(shù) 和Gram-charlier級數(shù)求出儲能設備充放電功率的概率分布由式（5)得到：
[0027] 隨機變量矩與半不變量的關系如式（4): Κγ - ocx K，= ou - a;
[0028]人W,:-3￥2 + 2< ⑷ K4 = a4 - 3a^ -4α,οτ. + \ 2a~a, -6a1
[0029] 式中，Km為隨機變量的m階半不變量，v = 1，2, 3, 4, a i為隨機變量的i階原點矩， i = 1,2,3,4 ；
[0030] 由Gram-charlier級數(shù)把隨機變量的分布函數(shù)表達為由正態(tài)隨機變量各階導數(shù) 組成的級數(shù)，而其中級數(shù)的系數(shù)則由該隨機變量的各階半不變量構成，由此得到儲能設備 充放電功率的概率密度分布函數(shù)可由式（5)得到：

【權利要求】
1. 一種含DG區(qū)域電網(wǎng)孤島模式下儲能設備容量的優(yōu)化配置方法，其特征在于，包括以 下步驟： 1) 監(jiān)測各個時刻風電場的出力Pw，光伏電站的出力Ppv及負荷為PlMd，并分別擬合出其 各自的概率密度分布函數(shù)； 2) 建立儲能設備充放電的控制策略得到儲能設備輸出功率的控制規(guī)則； 3) 建立DG和負荷動態(tài)半不變量，求出儲能設備沖放電功率置信度； 4) 建立以儲能設備容量最小化為目標函數(shù)，儲能設備荷電狀態(tài)作為不等式約束的優(yōu)化 配置模型，并求解出儲能設備的容量。
2. 根據(jù)權利要求1所述的含DG區(qū)域電網(wǎng)孤島模式下儲能設備容量的優(yōu)化配置方法，其 特征在于，所述步驟2)的風電場出力Pw、光伏電站出力P pv及負荷PlMd可由以下獲得： 由式（1)可得變速恒頻風力發(fā)電機出力Pw的概率密度分布函數(shù)： Pw (t) = Pb (t) + Δ b (1) 式中：Pb(t)為基礎函數(shù)，是各個時刻的風速在期望值情況下風力發(fā)電機的出力，八，為 變速恒頻風力發(fā)電機出力中包含的隨機波動成分； 由式（2)可得光伏電站出力PPV的概率密度分布函數(shù)： Ppv(t) = Psun(t)-Asun (2) 式中：Psun⑴為基礎函數(shù)，是各個時刻的太陽能在期望值情況下光伏電站的出力，隨機 變量表示大氣層對太陽光照的阻礙作用； 由式（3)可得負荷概率密度分布函數(shù)： Plead (t) = P1(t) + A1 (3) 式中巧⑴為日負荷曲線的基礎函數(shù)為負荷的隨機波動成份。
3. 根據(jù)權利要求1所述的含DG區(qū)域電網(wǎng)孤島模式下儲能設備容量的優(yōu)化配置方法，其 特征在于，將儲能設備的能量狀態(tài)劃分成3個區(qū)間，包括分非工作區(qū)間、正常工作區(qū)間以及 警戒工作區(qū)間即儲能設備容易進入枯竭或飽和，其控制策略分別為： (21) 當儲能設備的荷電狀態(tài)在工作區(qū)時，DG與負荷的差值確定儲能設備的充放電功 率； (22) 當儲能設備的荷電狀態(tài)枯竭狀態(tài)時，減少儲能設備放電功率； (23) 當儲能設備的荷電狀態(tài)處于飽和狀態(tài)，采取棄風措施，防止儲能設備過沖。
4. 根據(jù)權利要求1所述的含DG區(qū)域電網(wǎng)孤島模式下儲能設備容量的優(yōu)化配置方法，其 特征在于，所述DG出力和負荷的原點矩與半不變量的關系由式（4)獲得，接著由DG與負荷 的基準函數(shù)以及Gram-charlier級數(shù)求出儲能設備充放電功率的概率分布如式（5)， 隨機變量矩與半不變量的關系如式（4): - €Χγ - oc^ - CC, -^ , ⑷ - a, -3ala^ + 2a K4 = a4 - 3a; -4or,a, + 12α2α, -6α,' 式中，Km為隨機變量的m階半不變量，v = 1，2, 3, 4, a i為隨機變量的i階原點矩，i = 1,2, 3,4 ； 由Gram-Charlier級數(shù)把隨機變量的分布函數(shù)表達為由正態(tài)隨機變量各階導數(shù)組成 的級數(shù)，而其中級數(shù)的系數(shù)則由該隨機變量的各階半不變量構成，由此儲能充放電功率的 概率密度分布函數(shù)可由式（5)得到：
式中，gm = Km/ σ m，m = 3、4、一4,1為隨機變量的m階半不變量，σ m為隨機變量標準 差的m次冪；Ν(γ) (X) ( γ = 1，2,. . .，4)為標準正態(tài)分布函數(shù)的γ階導數(shù)，X為隨機變量。
5.根據(jù)權利要求1所述的含DG區(qū)域電網(wǎng)孤島模式下儲能設備容量的優(yōu)化配置方法，其 特征在于，建立以儲能設備容量最小化為目標函數(shù)，儲能設備荷電狀態(tài)作為不等式約束，具 體由以下獲得： 以設備儲能容量最小化為目標函數(shù)，如式（6): F = minS (6) 式中，S分別為儲能設備額定容量； 以儲能設備充放電功率的置信度作為不等式約束，如式（7):
式中：仏￡和&為儲能設備荷電狀態(tài)的上下限，Soct為儲能設備t時刻的荷電狀態(tài)； ηΑ，ndis分別為儲能設備充放電效率；p^，pd&分別為充放電功率；Z為儲能設備額定容 量，△ t為儲能設備充放電相鄰兩個時刻時間差，Eini為儲能設備的初始容量，r為儲能設備 充放電的第一個時刻，t為儲能設備充放電的第t個時刻。
【文檔編號】H02J3/38GK104092230SQ201410312857
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月2日 優(yōu)先權日:2014年7月2日
【發(fā)明者】魏承志, 周紅陽, 劉之堯, 文安, 蘇杰和, 黃維芳, 劉年, 金鑫, 楊穎安, 史文博 申請人:中國南方電網(wǎng)有限責任公司