一种适用于交直流混合的分布式可再生能源系统优化配置方法与流程

本发明涉及分布式能源
技术领域：
，具体涉及一种适用于交直流混合的分布式可再生能源系统优化配置方法。
背景技术：
：随着以变频空调、it类负载及电动汽车为代表的广义直流用能设备比例快速增长，分布式可再生能源快速发展，传统交流配网中交直流变流环节多、损耗高、配用电灵活性差等问题日益凸出。采用交直流混合配用电技术是解决这些问题的重要手段。而采用交直流混合技术的分布式可再生能源系统则是分布式发电未来的发展趋势。分布式可再生能源系统的优化配置是系统安全、可靠、经济运行的前提，国内外科研机构从经济性、可靠性、环保性等方面考虑优化配置方法，针对含光储或风光储的微电网进行了优化配置研究。这些优化配置方法通常针对单个系统，且存在对系统实际运行情况的考虑不充分，导致方法适用性、可行性较低等问题。此外，对于含有分布式可再生能源发电、多电压等级的交直流混合系统的优化配置缺少相关研究。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种适用于交直流混合的分布式可再生能源系统优化配置方法，以满足交直流混联系统中多种负荷需求，提高系统运行的可靠性、经济性、环保性，可以根据用户需求采用单目标和多目标优化方法，为系统规划和扩容提供多种能源互补优化配置方案。为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种适用于交直流混合的分布式可再生能源系统优化配置方法，包括如下步骤：(1)交直流网络的拓扑结构设定，确定各个电压等级及其连接方式；(2)模型参数设定，包括系统设备技术参数和成本参数、地理位置、系统寿命，通过设定参数形成系统元件模型；(3)设定系统各元件运行约束条件；(4)设定负荷及其运行方式；(5)设置系统运行情况，包括并网逆流方式、系统运行策略、可再生能源补贴形式、电价方案、可再生能源并网电压等级约束、可再生能源发电量占比和装机场地约束；(6)选择系统优化目标，包括经济性方面的生命周期成本、能源标准化成本、净现值，可靠性方面的负荷缺电概率、供电不足期望值，以及环保性方面的co2排放量、蕴藏能量；(7)采用单目标或多目标算法求解优化配置目标函数，给出优化配置方案。步骤(1)中，通过设定交流、直流的母线电压，选择各个母线电压之间及系统与电网的连接关系，确定网络拓扑，其中多个母线电压可以通过多端口电力电子变压器连接。步骤(2)中，系统设备包括电力变换设备、变压器、储电和储热设备、热利用转化设备，其中，电力变换设备包括光伏系统、风力发电机、光热发电系统、柴油发电机、燃气轮机、电力电子变压器；通过设置地理位置获取全年逐时太阳辐照、风速和温度。步骤(3)中，系统各元件运行约束条件包括储能充放电约束和发电机出力约束。步骤(4)中，负荷包括冷热电负荷；负荷设定方法包括3种：第一种是根据典型负荷进行设定，包括工业负荷、商业负荷、住宅负荷，通过输入平均负荷或最大负荷，根据负荷特性生成全年负荷；第二种是根据季节性对负荷进行设置，并设置一定的波动，输入平均负荷或最大负荷后生成全年负荷；第三种是直接设定全年负荷大小；负荷的运行方式包括可控方式、不可控方式、具有需求侧响应方式，若为需求侧响应运行方式，则可设定为基于激励的需求侧响应和基于电价的需求侧响应，基于激励的需求侧响应，需要设定用户响应参与度、负荷约束及激励形式，基于电价的需求侧响应，需要设定用户响应参与度、负荷约束及电价形式。步骤(5)中，通过设定并网逆流方式确定系统与电网的运行关系；通过设定系统运行策略确定系统内各元件运行优先次序；为准确反映系统的经济性设定可再生能源补贴形式和电价方案；为提高优化配置方案的可行性，需要设置可再生能源并网电压等级约束，并根据需要设置可再生能源发电量占比和装机场地约束。步骤(6)中，根据系统配置需求设定优化目标，包括经济性方面的生命周期成本、能源标准化成本、净现值，可靠性方面的负荷缺电概率、供电不足期望值，以及环保性方面的co2排放量、蕴藏能量。步骤(7)中，若为现有系统扩容，则需要先设置系统中已确定的设备装机容量；若为新系统规划，则直接根据负荷确定待优化配置的设备类型和容量搜索范围；若为多目标优化，则采用带精英策略的非支配排序的遗传算法求解多目标函数的pareto最优前沿，得到pareto最优解，最后给出优化配置方案。与现有技术相比，本发明具有以下优点：1.本发明解决了包含多种可再生能源、多种电压等级、冷热电联供的交直流混合系统的复杂优化配置问题。2.本发明优化目标多样化，包括经济性、可靠性、环保性等多种目标，可以根据需要选择多个目标函数对系统配置进行优化。3.本发明充分考虑了系统运行的多种情况，包括并网方式、并网逆流方式、系统运行策略、可再生能源补贴形式、电价方案、需求侧响应方式、可再生能源发电量占比和装机场地约束，能够满足不同系统的配置需求，具有较高的可行性。附图说明图1为本发明实施例方法流程图；图2为本发明实施例系统结构图；图3为本发明实施例交流负荷年变化曲线；图4为本发明实施例直流负荷年变化曲线。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。本发明的目的在于提供一种适用于交直流混合的分布式可再生能源系统优化配置方法，该方法适用于交直流混合的分布式可再生能源系统，充分考虑了当前此类系统的运行情况和各类优化指标，以满足不同系统的配置需求，提高优化配置方法的适用性。这里以办公生活场景的低压交直流混联系统为例进行说明。如图1所示，本发明实施例的一种适用于交直流混合的分布式可再生能源系统优化配置方法，包括以下步骤：(1)交直流网络的拓扑结构设定，确定各个电压等级及其连接方式；(2)模型参数设定，包括系统设备技术参数和成本参数、地理位置、系统寿命等，通过设定参数形成系统元件模型；(3)设定系统各元件运行约束条件；(4)设定负荷及其运行方式；(5)设置系统运行情况，包括并网逆流方式、系统运行策略、可再生能源补贴形式、电价方案、可再生能源并网电压等级约束、可再生能源发电量占比和装机场地约束等；(6)选择系统优化目标，包括经济性方面的生命周期成本、能源标准化成本、净现值，可靠性方面的负荷缺电概率、供电不足期望值，以及环保性方面的co2排放量、蕴藏能量；(7)采用单目标或多目标算法求解优化配置目标函数，给出优化配置方案。为了便于说明本发明方法的具体实施步骤，上述方法具体实施例如下：(1)交直流网络的拓扑结构设定，设定交流、直流的母线电压，选择各个母线电压之间及系统与电网的连接关系，确定网络拓扑，如图2所示。(2)模型参数设定，选择系统设备为光伏系统、风力发电机、光热发电系统、储能电池及其变换器、连接低压交直流网络的变流器、变压器等，地理位置设置为珠三角地区某市，将1991～2010年的气象数据通过插值法得到系统所在地1年8760小时的太阳总辐射量和风速。(3)设置系统各元件运行约束条件，默认约束包括功率平衡约束和电源出力约束，对于本实施例的并网交直流混联系统，需要设置的约束条件为储能约束，储能约束条件具体如下：soc充电状况要满足：soc≥socmin充放电功率应满足：其中，p+和p-分别为单位时间内的充放电功率。(4)设定负荷及其运行方式，这里将冷负荷直接作为电负荷进行考虑，负荷分类如表1所示。表1负荷分类采用第二种负荷设置方式，根据季节性和负荷特性对负荷进行设置并设置一定的波动，输入最大负荷后生成全年负荷，交流负荷如图3所示，直流负荷如图4所示。负荷运行方式为不可控方式。(5)设定系统运行情况，设定系统为并网、不可逆流、分时电价价格。根据储能度电成本和分时电价的关系，制定系统运行策略为：当新能源发电量不能满足负荷时，谷时电价时直接从电网购电，并为蓄电池充电；峰时和平时电价时优先蓄电池放电，当蓄电池soc降到设定的socmin时改为向电网购电。当新能源发电量超过负荷时为蓄电池充电，当蓄电池充满电后多余的新能源发电量弃掉。设定可再生能源补贴形式为电价补贴，可再生能源发电量占比为0％～100％，可再生能源并网电压等级约束如表2所示。表2可再生能源并网电压等级要求项目规模接入电压等级8kw220v8-40kw380v400-6000kw10kv5000-30000kw35kv(6)选择系统优化目标，这里选取生命周期成本为优化目标，生命周期成本由系统的初始投资成本、更换设备的成本和运行维护成本的现值总和。生命周期成本为：lcc＝cinv+com×k1+crep×k2+cg-bsub1×k1-bsub2×k3其中，cinv为初始投资成本；com为每一年的运行维护成本；crep为蓄电池更换成本；cg为交直流混联系统从电网买电的成本；bsub1为光伏发电国家补贴；bsub2为光伏发电省市补贴；k1为20年折算系数(系统生命周期设置为20年)，将每一年的成本折算到第一年，与贴现率有关；k2为蓄电池更换成本折算系数，将蓄电池更换成本折算到第一年，与贴现率有关；k3为光伏发电盛世补贴折算系数，将补贴折算到第一年，与补贴时间和贴现率有关。(7)采用单目标遗传算法求解目标函数，本实施例为新系统规划，根据负荷确定待优化配置的设备(光伏发电系统、风力发电系统、储能系统、ac-dc转换器、变压器)的容量搜索范围。当系统中没有可再生能源发电，仅由电网供电时，系统的生命周期成本为3842.6万元，可再生能源比例为0％。可再生能源发电比例为0％～100％时系统的最优配置如表3所示表3可再生能源比例为0％～100％的系统最优配置风力机组/台0接10kv交流的光伏电池/kwp1879接380v交流的光伏电池/kwp400接±375v直流的光伏电池/kwp400蓄电池/kwh3227ac-dc转换器容量/kw750光伏升压变压器容量/kva1600总成本lcc/万元2289新能源发电比例72.57％上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本
发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。当前第1页12