专利名称：独立运行模式下的微电网多时间尺度能量优化调度方法
技术领域：
本发明涉及微电网规划、运行、调度领域，尤其涉及一种独立运行模式下的微电网多时间尺度能量优化调度方法。
背景技术：
在能源需求和环境保护的双重压力下，以光伏和风力发电为代表的分布式发电 (DG)技术获得了越来越多的重视与应用，上述DG系统通常接入配电网实现并网运行，接入位置和运行策略大多由用户自由确定，且各DG之间处于分散无联络的自由状态。随着可再生能源发电系统的增加，DG系统日前增多，这种运行模式不公对原有电网的安全性构成威胁，而且也不得于整体能源综合利用效率的提高。微电网概念的提出为DG运行提供了一个新的模式，微电网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控系统、保护装置汇集而成的小型发配电系统，既可以与外部电网并网运行，也可以独立运行。通常情况下，微电网以联网模式运行，以增强微电网运行的灵活性和可靠性。然而在某些情况下微电网却不得不独立自治运行，比如，大电网故障时微电网与大电网断开而独立运行，偏远孤岛、牧场、边防等电网建设难度大、设备投资成本高的地区由于无大电网存在微电网只能独立自治运行。微电网中可再生能源发电占据一定的比例，如光伏电池、风力发电机等，它们对环境和气候的变化比较敏感，其发电所依赖的光照资源和风资源具有随机波动特性，使得它们的出力是不稳定的，尤其当天气发生剧变时，它们的出力随之发生更大的改变。独立运行时，由于没有大电网的支撑，为平衡可再生能源发电的随机波动，改善电能质量，维持系统稳定，一般会配备一定容量的储能设备。铅酸蓄电池因其较为低廉的价格、能满足应用于微电网时的功率密度需求和响应速度需求，被认为是最合适的储能设备。目前，有关微电网经济运行方面的研究主要集中于并网运行模式下的研究，而在独立运行模式下的微电网经济运行研究却很少，目前尚无公认成熟的解决方案；现有少量的研究只是集中于微网实时经济运行优化调度，忽视了大时间尺度规划(如日前)对系统运行经济性的影响；同时，现有的少量研究也都是对独立运行微电网进行统一化建模，而没有考虑独立运行微电网在通过其内部压频控制单元吸收间歇式能源发电的出力波动性与负荷的波动功率时会引起储能单元能量状态的频繁改变，甚至超出其安全能量状态范围， 以至缩减储能单元使用寿命，增加微电网运行维护成本；另外，现有的少量研究也没考虑间歇式能源发电过剩与负荷过重等极端情况，而在现实微电网中又不得不考虑微电网的各种运行情况，以保证微电网安全、可靠及经济运行。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种独立运行模式下的微电网多时间尺度能量优化调度方法。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，它包括如下步骤
1)统计微电网运行历史数据，建立微电网内所有可控型微电源的成本-出力曲线的非线性函数，并将其分段线性化；2)采集微电网负荷信息数据、气象信息数据，综合微电网运行的历史数据，对负荷 /风能/太阳能进行未来一天的预测，得到未来一天内微电网的负荷/风能/太阳能预测数据；3)将微电网未来一天内的经济运行分为对个时段，以微电网全天运行成本最小为目标函数，其中所有可控型微电源使用分段线性化模型，考虑微电网内部的各时段能量平衡、各设备元件的出力限制/爬坡率限制/开停机成本，基于步骤2、中的日前负荷/风能/太阳能预测数据，将此微电网日前计划问题构成一个混合整数线性规划问题的数学模型进行求解，得到各时段可控型微电源的机组日前启停优化计划方案；4)在微电网实时运行过程中，以每15分钟为一调度周期，即将每小时划分为4个调度时段，全天划分为nT = 24*4 = 96个调度时段，在每次调度时刻监测储能单元的能量状态S0S，采集微电网负荷信息数据、气象信息数据以，对负荷/风能/太阳能进行超短期预测，得到本调度时段内微电网的负荷/风能/太阳能预测数据；5)根据步骤幻的机组日前启停优化计划方案得到当前时段处于开机状态的可控型微电源集合，确定处于开机状态的各可控型微电源的基点运行功率的上下限/^η、ΡαΓ' 根据步骤4)得到的本调度时段内微电网的负荷/风能/太阳能预测数据确定净负荷功率大小；6)根据步骤4)监测到的该调度时段储能单元的能量状态所处不同状态区间， 以及步骤幻确定的不同净负荷功率大小，为独立运行模式下的微电网制定不同的能量优化策略，并建立相应的能量优化模型，通过模型求解得到该时段的微电网经济运行调度方案；7)由步骤6)得到的微电网经济运行调度方案形成微电网调度指令，发布给微电网中的可控型微电源、可再生能源发电微电源、卸荷装置以及负荷的控制器，使得微电网在下一时段按照指定方式安全经济运行；8)在下一调度时刻，判断是否达到第nT个时段，如果不是，则重复步骤4)，如果是，则重复步骤2)。与背景技术相比，本发明具有的有益效果是(1)传统的独立运行微电网能量优化调度没有进行长时间的计划，本发明方法将微电网的经济运行分为日前计划和实时调度两个阶段，长时间尺度的日前计划能确保微电网运行的整体经济性，短时间尺度的实时调度考虑了微电网运行的实时运行情况，能兼顾微电网运行的安全性与经济性。(2)传统的独立运行微电网能量优化调度都是对微电网建立统一化的经济模型， 其只考虑了微电网运行的多数情况，而没考虑微电网运行的少数极端情况，本发明方法将储能单元的能量状态划分为多个区间，根据微电网实时运行时所处的不同储能状态与净负荷状态采取不同的能量优化策略，考虑了微电网运行的所有可能情况，提高了微电网运行的安全性与储能单元的使用寿命。(3)在涉及的能量优化模型中引入了需求侧负荷响应与过剩能量的切除控制，确保微电网运行的安全稳定性。本发明方法将储能单元的能量状态划分为多个区间，通常情况下不对储能单元进行充放电功率调度，即指定其功率运行基点为0，而只是用作为压频控制单元吸纳微电网内的不平衡功率，减少了微电网对储能单元容量的需求，提高了微电网的投资成本与维护成本，搞高了经济性。
图1是独立运行模式下的微电网多时间尺度能量优化调度方法流程图。图2是独立运行模式下的微电网实时能量优化调度流程图a。图3是独立运行模式下的微电网实时能量优化调度流程图b。图4是独立运行模式下的微电网实时能量优化调度流程图C。图5是实施例微电网结构图。图6是可控型微电源成本-出力曲线分段线性化示意图。图7是日前计划得到的可控型微电源日前启停优化计划安排。图8是采用本发明得到的微电网运行结果。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。如图1所示，本发明一种独立运行模式下的微电网多时间尺度能量优化调度方法，包括如下步骤1)统计微电网运行历史数据，建立微电网内所有可控型微电源的成本-出力曲线的非线性函数，并将其分段线性化；2)采集微电网负荷信息数据、气象信息数据，综合微电网运行的历史数据，对负荷 /风能/太阳能进行未来一天的预测，得到未来一天内微电网的负荷/风能/太阳能预测数据；3)将微电网未来一天内的经济运行分为对个时段，以微电网全天运行成本最小为目标函数，其中所有可控型微电源使用分段线性化模型，考虑微电网内部的各时段能量平衡、各设备元件的出力限制/爬坡率限制/开停机成本，基于步骤2、中的日前负荷/风能/太阳能预测数据，将此微电网日前计划问题构成一个混合整数线性规划问题的数学模型进行求解，得到各时段可控型微电源的机组日前启停优化计划方案，上述混合整数线性规划问题模型的数学模型为minf(x，u)
权利要求
1.一种独立运行模式下的微电网多时间尺度能量优化调度方法，其特征在于，包括如下步骤1)统计微电网运行历史数据，建立微电网内所有可控型微电源的成本-出力曲线的非线性函数，并将其分段线性化；2)采集微电网负荷信息数据、气象信息数据，综合微电网运行的历史数据，对负荷/风能/太阳能进行未来一天的预测，得到未来一天内微电网的负荷/风能/太阳能预测数据；3)将微电网未来一天内的经济运行分为M个时段，以微电网全天运行成本最小为目标函数，其中所有可控型微电源使用分段线性化模型，考虑微电网内部的各时段能量平衡、 各设备元件的出力限制/爬坡率限制/开停机成本，基于步骤2、中的日前负荷/风能/太阳能预测数据，将此微电网日前计划问题构成一个混合整数线性规划问题的数学模型进行求解，得到各时段可控型微电源的机组日前启停优化计划方案；4)在微电网实时运行过程中，以每15分钟为一调度周期，即将每小时划分为4个调度时段，全天划分为nT = 24*4 = 96个调度时段，在每次调度时刻监测储能单元的能量状态 S0S，采集微电网负荷信息数据、气象信息数据以，对负荷/风能/太阳能进行超短期预测， 得到本调度时段内微电网的负荷/风能/太阳能预测数据；5)根据步骤幻的机组日前启停优化计划方案得到当前时段处于开机状态的可控型微电源集合，确定处于开机状态的各可控型微电源的基点运行功率的上下限巧Γ、ΡΓ，根据步骤4)得到的本调度时段内微电网的负荷/风能/太阳能预测数据确定净负荷功率大小；6)根据步骤4)监测到的该调度时段储能单元的能量状态所处不同状态区间，以及步骤5)确定的不同净负荷功率大小，为独立运行模式下的微电网制定不同的能量优化策略， 并建立相应的能量优化模型，通过模型求解得到该时段的微电网经济运行调度方案；7)由步骤6)得到的微电网经济运行调度方案形成微电网调度指令，发布给微电网中的可控型微电源、可再生能源发电微电源、卸荷装置以及负荷的控制器，使得微电网在下一时段按照指定方式安全经济运行；8)在下一调度时刻，判断是否达到第nT个时段，如果不是，则重复步骤4)，如果是，则重复步骤2)。
2.根据权利要求1所述的一种独立运行模式下的微电网多时间尺度能量优化调度方法，其特征在于所述步骤幻中的混合整数线性规划问题的数学模型为
3.根据权利要求2所述的一种独立运行模式下的微电网多时间尺度能量优化调度方法，其特征在于所述的不等式约束中(6)参与压频控制的微电源或储能单元运行状态约束，其压频控制是指，微电网在独立运行时，必须要有至少一个微电源或储能单元参与压频控制，以为微电网提供稳定的电压和频率，如果多个微电源或储能单元同时参与压频控制， 则它们将通过下垂控制分摊微电网内的功率波动，其中，储能单元始终参与压频控制，部分可控型微电源也可参与压频控制，其余可控型微电源均为定有功无功控制，即PQ控制。
4.根据权利要求1所述的一种独立运行模式下的微电网多时间尺度能量优化调度方法，其特征在于所述步骤4)的储能单元的能量状态SOS是反映其剩余存储能量占其总容量比例的技术参数，定义为
5.根据权利要求1所述的一种独立运行模式下的微电网多时间尺度能量优化调度方法，其特征在于所述步骤5)的确定处于开机状态的各可控型微电源的基点运行功率的上下限 是指包括如下步骤A)确定该时段參与压频控制的単元总共需提供的上调或下调功率裕量为
6.根据权利要求1所述的ー种独立运行模式下的微电网多时间尺度能量优化调度方 法，其特征在于所述步骤5)的净负荷功率指总负荷超短期预测功率减去不可控微电源总 超短期预测输出功率，即
7.根据权利要求1所述的一种独立运行模式下的微电网多时间尺度能量优化调度方法，其特征在于所述步骤6)的为独立运行模式下的微电网制定不同的能量优化策略，并建立相应的能量优化模型，是指包括如下步骤a)判断净负荷功率Pnrt是否满足Pnrt^ 0，如满足，则进行步骤b) g)，如不满足，则转到步骤h)；b)如满足Pnrt^ 0，则判断净负荷功率Pnrt与由权利要求4所确定的处于开机状态的各可控型微电源的基点运行功率的下限之和Σ^^Τ1的关系是否满足，如满足 Pnet彡ο，不满足Pne, <，则转到步骤d)，如满足Pnrt彡ο，且满足<，则进一步判断是否满足SOS < SOSfflaxl, SOSmaxl为设定的储能单元的最大允许储能状态，如满足 SOS < SOSmaxl,则确定处于开机状态的各可控型微电源的输出功率指令均取为Pfn，同时卸荷功率指令为一 iL，无切负荷指令，得到该时段的微电网经济运行调度方案；如满足 Pnet 彡 0,Pnel < YjPq^ ,不满足 SOS < SOSmaxl，则进行步骤 C)；C)当步骤b)中不满足SOS < SOSmaxl时，进一步判断是否满足SOS > SOSmin， 如果满足SOS > SOSmin，则计算储能单元的允许充电功率Pehmax，并判断是否满足YjPt -Pnet <&_，如满足— 4 S^nnax，则确定处于开机状态的各可控型微电源的输出功率指令均取为/^in，同时卸荷功率指令为0，无切负荷指令，得到该时段的微电网经济运行调度方案，如不满足Σ户(f1 —幺&max，则确定处于开机状态的各可控型微电源的输出功率指令均取为Pfn，同时卸荷功率指令为Zi^f1 -iL，无切负荷指令，得到该时段的微电网经济运行调度方案；如果不满足SOS > SOSmin，则需要对储能单元充电，确定其充电功率P。hl，
全文摘要
本发明公开了一种独立运行模式下的微电网多时间尺度能量优化调度方法。将微电网的经济运行分为日前计划和实时调度两个阶段，在日前计划阶段，将一个调度周期分为24个时段，基于日前预测数据，建立日前机组启停优化计划模型；在实时调度阶段，将遵循日前计划的开停机结果，基于实时超短期预测数据，并实时监测储能单元的能量状态，根据净负荷大小及储能单元所处的不同能量状态区间采取不同的能量优化，以确定各可控型微电源的有功功率调度指令、卸荷功率指令及切负荷指令。本发明适用于微电网在独立运行模式下的能量优化调度，既可提高微电网运行的经济性和可靠性，又可使储能设备的能量状态处于安全的工作范围内，利于延长储能单元的使用寿命。
文档编号H02J3/28GK102289566SQ20111019147
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月8日 优先权日2011年7月8日
发明者江全元, 石庆均, 耿光超 申请人:浙江大学