專利名稱：獨立運行模式下的微電網多時間尺度能量優化調度方法
技術領域：
本發明涉及微電網規劃、運行、調度領域，尤其涉及一種獨立運行模式下的微電網多時間尺度能量優化調度方法。
背景技術：
在能源需求和環境保護的雙重壓力下，以光伏和風力發電為代表的分布式發電 (DG)技術獲得了越來越多的重視與應用，上述DG系統通常接入配電網實現并網運行，接入位置和運行策略大多由用戶自由確定，且各DG之間處于分散無聯絡的自由狀態。隨著可再生能源發電系統的增加，DG系統日前增多，這種運行模式不公對原有電網的安全性構成威脅，而且也不得于整體能源綜合利用效率的提高。微電網概念的提出為DG運行提供了一個新的模式，微電網是指由分布式電源、儲能裝置、能量變換裝置、相關負荷和監控系統、保護裝置匯集而成的小型發配電系統，既可以與外部電網并網運行，也可以獨立運行。通常情況下，微電網以聯網模式運行，以增強微電網運行的靈活性和可靠性。然而在某些情況下微電網卻不得不獨立自治運行，比如，大電網故障時微電網與大電網斷開而獨立運行，偏遠孤島、牧場、邊防等電網建設難度大、設備投資成本高的地區由于無大電網存在微電網只能獨立自治運行。微電網中可再生能源發電占據一定的比例，如光伏電池、風力發電機等，它們對環境和氣候的變化比較敏感，其發電所依賴的光照資源和風資源具有隨機波動特性，使得它們的出力是不穩定的，尤其當天氣發生劇變時，它們的出力隨之發生更大的改變。獨立運行時，由于沒有大電網的支撐，為平衡可再生能源發電的隨機波動，改善電能質量，維持系統穩定，一般會配備一定容量的儲能設備。鉛酸蓄電池因其較為低廉的價格、能滿足應用于微電網時的功率密度需求和響應速度需求，被認為是最合適的儲能設備。目前，有關微電網經濟運行方面的研究主要集中于并網運行模式下的研究，而在獨立運行模式下的微電網經濟運行研究卻很少，目前尚無公認成熟的解決方案；現有少量的研究只是集中于微網實時經濟運行優化調度，忽視了大時間尺度規劃(如日前)對系統運行經濟性的影響；同時，現有的少量研究也都是對獨立運行微電網進行統一化建模，而沒有考慮獨立運行微電網在通過其內部壓頻控制單元吸收間歇式能源發電的出力波動性與負荷的波動功率時會引起儲能單元能量狀態的頻繁改變，甚至超出其安全能量狀態范圍， 以至縮減儲能單元使用壽命，增加微電網運行維護成本；另外，現有的少量研究也沒考慮間歇式能源發電過剩與負荷過重等極端情況，而在現實微電網中又不得不考慮微電網的各種運行情況，以保證微電網安全、可靠及經濟運行。

發明內容
針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供了一種獨立運行模式下的微電網多時間尺度能量優化調度方法。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的，它包括如下步驟
1)統計微電網運行歷史數據，建立微電網內所有可控型微電源的成本-出力曲線的非線性函數，并將其分段線性化；2)采集微電網負荷信息數據、氣象信息數據，綜合微電網運行的歷史數據，對負荷 /風能/太陽能進行未來一天的預測，得到未來一天內微電網的負荷/風能/太陽能預測數據；3)將微電網未來一天內的經濟運行分為對個時段，以微電網全天運行成本最小為目標函數，其中所有可控型微電源使用分段線性化模型，考慮微電網內部的各時段能量平衡、各設備元件的出力限制/爬坡率限制/開停機成本，基于步驟2、中的日前負荷/風能/太陽能預測數據，將此微電網日前計劃問題構成一個混合整數線性規劃問題的數學模型進行求解，得到各時段可控型微電源的機組日前啟停優化計劃方案；4)在微電網實時運行過程中，以每15分鐘為一調度周期，即將每小時劃分為4個調度時段，全天劃分為nT = 24*4 = 96個調度時段，在每次調度時刻監測儲能單元的能量狀態S0S，采集微電網負荷信息數據、氣象信息數據以，對負荷/風能/太陽能進行超短期預測，得到本調度時段內微電網的負荷/風能/太陽能預測數據；5)根據步驟幻的機組日前啟停優化計劃方案得到當前時段處于開機狀態的可控型微電源集合，確定處于開機狀態的各可控型微電源的基點運行功率的上下限/^η、ΡαΓ' 根據步驟4)得到的本調度時段內微電網的負荷/風能/太陽能預測數據確定凈負荷功率大小；6)根據步驟4)監測到的該調度時段儲能單元的能量狀態所處不同狀態區間， 以及步驟幻確定的不同凈負荷功率大小，為獨立運行模式下的微電網制定不同的能量優化策略，并建立相應的能量優化模型，通過模型求解得到該時段的微電網經濟運行調度方案；7)由步驟6)得到的微電網經濟運行調度方案形成微電網調度指令，發布給微電網中的可控型微電源、可再生能源發電微電源、卸荷裝置以及負荷的控制器，使得微電網在下一時段按照指定方式安全經濟運行；8)在下一調度時刻，判斷是否達到第nT個時段，如果不是，則重復步驟4)，如果是，則重復步驟2)。與背景技術相比，本發明具有的有益效果是(1)傳統的獨立運行微電網能量優化調度沒有進行長時間的計劃，本發明方法將微電網的經濟運行分為日前計劃和實時調度兩個階段，長時間尺度的日前計劃能確保微電網運行的整體經濟性，短時間尺度的實時調度考慮了微電網運行的實時運行情況，能兼顧微電網運行的安全性與經濟性。(2)傳統的獨立運行微電網能量優化調度都是對微電網建立統一化的經濟模型， 其只考慮了微電網運行的多數情況，而沒考慮微電網運行的少數極端情況，本發明方法將儲能單元的能量狀態劃分為多個區間，根據微電網實時運行時所處的不同儲能狀態與凈負荷狀態采取不同的能量優化策略，考慮了微電網運行的所有可能情況，提高了微電網運行的安全性與儲能單元的使用壽命。(3)在涉及的能量優化模型中引入了需求側負荷響應與過剩能量的切除控制，確保微電網運行的安全穩定性。本發明方法將儲能單元的能量狀態劃分為多個區間，通常情況下不對儲能單元進行充放電功率調度，即指定其功率運行基點為0，而只是用作為壓頻控制單元吸納微電網內的不平衡功率，減少了微電網對儲能單元容量的需求，提高了微電網的投資成本與維護成本，搞高了經濟性。


圖1是獨立運行模式下的微電網多時間尺度能量優化調度方法流程圖。圖2是獨立運行模式下的微電網實時能量優化調度流程圖a。圖3是獨立運行模式下的微電網實時能量優化調度流程圖b。圖4是獨立運行模式下的微電網實時能量優化調度流程圖C。圖5是實施例微電網結構圖。圖6是可控型微電源成本-出力曲線分段線性化示意圖。圖7是日前計劃得到的可控型微電源日前啟停優化計劃安排。圖8是采用本發明得到的微電網運行結果。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。如圖1所示，本發明一種獨立運行模式下的微電網多時間尺度能量優化調度方法，包括如下步驟1)統計微電網運行歷史數據，建立微電網內所有可控型微電源的成本-出力曲線的非線性函數，并將其分段線性化；2)采集微電網負荷信息數據、氣象信息數據，綜合微電網運行的歷史數據，對負荷 /風能/太陽能進行未來一天的預測，得到未來一天內微電網的負荷/風能/太陽能預測數據；3)將微電網未來一天內的經濟運行分為對個時段，以微電網全天運行成本最小為目標函數，其中所有可控型微電源使用分段線性化模型，考慮微電網內部的各時段能量平衡、各設備元件的出力限制/爬坡率限制/開停機成本，基于步驟2、中的日前負荷/風能/太陽能預測數據，將此微電網日前計劃問題構成一個混合整數線性規劃問題的數學模型進行求解，得到各時段可控型微電源的機組日前啟停優化計劃方案，上述混合整數線性規劃問題模型的數學模型為minf(x，u)
權利要求
1.一種獨立運行模式下的微電網多時間尺度能量優化調度方法，其特征在于，包括如下步驟1)統計微電網運行歷史數據，建立微電網內所有可控型微電源的成本-出力曲線的非線性函數，并將其分段線性化；2)采集微電網負荷信息數據、氣象信息數據，綜合微電網運行的歷史數據，對負荷/風能/太陽能進行未來一天的預測，得到未來一天內微電網的負荷/風能/太陽能預測數據；3)將微電網未來一天內的經濟運行分為M個時段，以微電網全天運行成本最小為目標函數，其中所有可控型微電源使用分段線性化模型，考慮微電網內部的各時段能量平衡、 各設備元件的出力限制/爬坡率限制/開停機成本，基于步驟2、中的日前負荷/風能/太陽能預測數據，將此微電網日前計劃問題構成一個混合整數線性規劃問題的數學模型進行求解，得到各時段可控型微電源的機組日前啟停優化計劃方案；4)在微電網實時運行過程中，以每15分鐘為一調度周期，即將每小時劃分為4個調度時段，全天劃分為nT = 24*4 = 96個調度時段，在每次調度時刻監測儲能單元的能量狀態 S0S，采集微電網負荷信息數據、氣象信息數據以，對負荷/風能/太陽能進行超短期預測， 得到本調度時段內微電網的負荷/風能/太陽能預測數據；5)根據步驟幻的機組日前啟停優化計劃方案得到當前時段處于開機狀態的可控型微電源集合，確定處于開機狀態的各可控型微電源的基點運行功率的上下限巧Γ、ΡΓ，根據步驟4)得到的本調度時段內微電網的負荷/風能/太陽能預測數據確定凈負荷功率大小；6)根據步驟4)監測到的該調度時段儲能單元的能量狀態所處不同狀態區間，以及步驟5)確定的不同凈負荷功率大小，為獨立運行模式下的微電網制定不同的能量優化策略， 并建立相應的能量優化模型，通過模型求解得到該時段的微電網經濟運行調度方案；7)由步驟6)得到的微電網經濟運行調度方案形成微電網調度指令，發布給微電網中的可控型微電源、可再生能源發電微電源、卸荷裝置以及負荷的控制器，使得微電網在下一時段按照指定方式安全經濟運行；8)在下一調度時刻，判斷是否達到第nT個時段，如果不是，則重復步驟4)，如果是，則重復步驟2)。
2.根據權利要求1所述的一種獨立運行模式下的微電網多時間尺度能量優化調度方法，其特征在于所述步驟幻中的混合整數線性規劃問題的數學模型為
3.根據權利要求2所述的一種獨立運行模式下的微電網多時間尺度能量優化調度方法，其特征在于所述的不等式約束中(6)參與壓頻控制的微電源或儲能單元運行狀態約束，其壓頻控制是指，微電網在獨立運行時，必須要有至少一個微電源或儲能單元參與壓頻控制，以為微電網提供穩定的電壓和頻率，如果多個微電源或儲能單元同時參與壓頻控制， 則它們將通過下垂控制分攤微電網內的功率波動，其中，儲能單元始終參與壓頻控制，部分可控型微電源也可參與壓頻控制，其余可控型微電源均為定有功無功控制，即PQ控制。
4.根據權利要求1所述的一種獨立運行模式下的微電網多時間尺度能量優化調度方法，其特征在于所述步驟4)的儲能單元的能量狀態SOS是反映其剩余存儲能量占其總容量比例的技術參數，定義為
5.根據權利要求1所述的一種獨立運行模式下的微電網多時間尺度能量優化調度方法，其特征在于所述步驟5)的確定處于開機狀態的各可控型微電源的基點運行功率的上下限 是指包括如下步驟A)確定該時段參與壓頻控制的単元總共需提供的上調或下調功率裕量為
6.根據權利要求1所述的ー種獨立運行模式下的微電網多時間尺度能量優化調度方 法，其特征在于所述步驟5)的凈負荷功率指總負荷超短期預測功率減去不可控微電源總 超短期預測輸出功率，即
7.根據權利要求1所述的一種獨立運行模式下的微電網多時間尺度能量優化調度方法，其特征在于所述步驟6)的為獨立運行模式下的微電網制定不同的能量優化策略，并建立相應的能量優化模型，是指包括如下步驟a)判斷凈負荷功率Pnrt是否滿足Pnrt^ 0，如滿足，則進行步驟b) g)，如不滿足，則轉到步驟h)；b)如滿足Pnrt^ 0，則判斷凈負荷功率Pnrt與由權利要求4所確定的處于開機狀態的各可控型微電源的基點運行功率的下限之和Σ^^Τ1的關系是否滿足，如滿足 Pnet彡ο，不滿足Pne, <，則轉到步驟d)，如滿足Pnrt彡ο，且滿足<，則進一步判斷是否滿足SOS < SOSfflaxl, SOSmaxl為設定的儲能單元的最大允許儲能狀態，如滿足 SOS < SOSmaxl,則確定處于開機狀態的各可控型微電源的輸出功率指令均取為Pfn，同時卸荷功率指令為一 iL，無切負荷指令，得到該時段的微電網經濟運行調度方案；如滿足 Pnet 彡 0,Pnel < YjPq^ ,不滿足 SOS < SOSmaxl，則進行步驟 C)；C)當步驟b)中不滿足SOS < SOSmaxl時，進一步判斷是否滿足SOS > SOSmin， 如果滿足SOS > SOSmin，則計算儲能單元的允許充電功率Pehmax，并判斷是否滿足YjPt -Pnet <&_，如滿足— 4 S^nnax，則確定處于開機狀態的各可控型微電源的輸出功率指令均取為/^in，同時卸荷功率指令為0，無切負荷指令，得到該時段的微電網經濟運行調度方案，如不滿足Σ戶(f1 —幺&max，則確定處于開機狀態的各可控型微電源的輸出功率指令均取為Pfn，同時卸荷功率指令為Zi^f1 -iL，無切負荷指令，得到該時段的微電網經濟運行調度方案；如果不滿足SOS > SOSmin，則需要對儲能單元充電，確定其充電功率P。hl，
全文摘要
本發明公開了一種獨立運行模式下的微電網多時間尺度能量優化調度方法。將微電網的經濟運行分為日前計劃和實時調度兩個階段，在日前計劃階段，將一個調度周期分為24個時段，基于日前預測數據，建立日前機組啟停優化計劃模型；在實時調度階段，將遵循日前計劃的開停機結果，基于實時超短期預測數據，并實時監測儲能單元的能量狀態，根據凈負荷大小及儲能單元所處的不同能量狀態區間采取不同的能量優化，以確定各可控型微電源的有功功率調度指令、卸荷功率指令及切負荷指令。本發明適用于微電網在獨立運行模式下的能量優化調度，既可提高微電網運行的經濟性和可靠性，又可使儲能設備的能量狀態處于安全的工作范圍內，利于延長儲能單元的使用壽命。
文檔編號H02J3/28GK102289566SQ20111019147
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月8日 優先權日2011年7月8日
發明者江全元, 石慶均, 耿光超 申請人:浙江大學