一种基于时域滚动控制的交直流混合微电网运行优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种有源配电网能源优化管理方法，特别是涉及一种基于时域滚动控 制的交直流混合微电网运行优化方法。
【背景技术】
[0002] 目前，国内外电动汽车产业正在飞速发展，电动汽车大规模化为解决分布式电源 出力波动大的问题提供了契机。然而，大量的电动汽车充放电也给现在以交流结构为主的 配电网带来许多问题。目前电动汽车能量单元使用的主要是直流蓄电池，直流蓄电池并网 充电必然会经过逆变器，而大量的逆变器并网必然会对电网产生大量的谐波污染，同时由 于电动汽车蓄电池的充电负荷较大，且具有较强的随机性，不利于电网的安全调度运行。将 电动汽车等其他直流负荷与分布式电源通过直流配电网相连是一种可行的解决方案，分布 式电源特别是光伏发电系统发出的直流电能不直接并网，而是通过直流母线优先给电动汽 车或者其他直流负荷供电，再将多余的电能并网供电。这样既大量降低了逆变器的使用，节 约投资成本，也减少了中间能量转化的环节，提高能源利用效率。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0004] 一种基于时域滚动控制的交直流混合微电网运行优化方法，包括如下步骤：
[0005] (1)建立目标配电网能量约束条件；
[0006] (2)建立基于历史数据与反馈校正的光伏发电系统出力预测模型，负荷预测模型， 电动汽车负荷预测模型；
[0007] (3)建立针对交直流混合微电网不同运行状态的优化目标函数，优化目标包括系 统离网运行状态下的鲁棒性与并网运行状态下的经济性；
[0008] (4)采用线性规划算法求解从t时刻起的时域p内满足约束条件的最优控制策略， 输出首个控制策略对系统进行优化控制；同时监测t时刻预测值与实际值的误差，将误差 反馈给下一时刻的步骤2,校正预测精度；
[0009] (5)滚动时域控制，在t+Ι时刻重复步骤⑵~（4)，直到控制结束。
[0010] 步骤（1)中，所述目标配电网包括：光伏发电系统，交流负荷，交流可调负荷，直流 负荷，直流可调负荷，电动汽车，储能单元，逆变器。
[0011] 步骤（1)中，所述的目标配电网能量约束条件包括电能平衡约束与容量限制约 束，其中直流侧功率平衡表示为：
[0013] 式中，Ε?.(/)为直流母线侧的光伏发电系统t时刻的功率；⑴为直流母线侧 的储能单元t时刻的功率，正值代表放电，负值代表充电；为逆变器t时刻的功率， 正值代表功率从交流侧流向直流侧，负值代表功率从直流侧流向交流侧；ii/W为直流负 荷t时刻的功率；为直流可控负荷t时刻的功率；为直流母线侧的电动汽车t时刻的功率；
[0014] 交流侧功率平衡表示为：
[0016]式中，⑴为交流母线侧的光伏发电系统t时刻的功率；为交流母线侧 的储能单元t时刻的功率，正值代表放电，负值代表充电；Pg"d(t)为电网t时刻的功率，正 值代表功率从电网流向交流母线，负值代表功率从交流母线流向电网；为交流负荷 t时刻的功率；为交流可控负荷t时刻的功率；/$(〇为交流母线侧的电动汽车t时 刻的功率，为逆变器t时刻的功率，正值代表功率从交流侧流向直流侧，负值代表 功率从直流侧流向交流侧；
[0017] 容量约束表示为：
[0020] 式中，分别为直流侧光伏发电系统t时刻预测功率最小值与 最大值；Pf_(〇、i^'max(0分别为交流侧光伏发电系统t时刻预测功率最小值与最大 值；
[0023]式中，、/￡；^>分别为直流负荷t时刻预测功率最小值与最大值； &:no、分别为交流负荷t时刻预测功率最小值与最大值；
[0026]式中，禮._(〇、禮:·⑴分别为直流侧电动汽车t时刻预测功率最小值与最大 值；/fmm(/)、Pg'max(〇分别为交流侧电动汽车t时刻预测功率最小值与最大值；
[0029]式中，Ρ^Γ1、分别为直流侧储能单元最大充电功率与最大放电功率； G:max分别为交流侧储能单元最大充电功率与最大放电功率；
[0031]式中，、€?；ΓΧ分别为逆变器工作最大逆变功率与最大整流功率；
[0034]式中，、€：ΓΧ(0分别为直流侧和交流侧在t时刻最大可控功率；
[0037]式中，双)Ci(〇，从)?^(?)分别为直流侧和交流侧储能单元剩余电量；
[0040]式中，、从)ci胃分别为直流侧储能单元最小、最大荷电状态； 拟q，、分别为交流侧储能单元最小、最大荷电状态。
[0041] 步骤⑵中，所述的光伏发电系统出力预测模型，采用改进的半正弦模型，其中太 阳辐射量预测值表示为：
[0044] 式中，QT(t)为t时刻太阳辐射量预测值；Q为日太阳总辐射量，由历史统计数据得 至IJ;a、b分别为日出、日落时刻；ΔQjt-Ι)为反馈误差；Qjt-Ι)为t-Ι时刻太阳辐射量实 际测量值；ηPV为光伏系统误差控制系数；
[0045] 光伏发电系统输出功率预测值表示为：
[0046]PpV(t) =npvnSystemQT(t)S[l-0. 005(t0+25)]
[0047] 式中，npv为光电转换效率；nSystem为光伏发电系统综合效率；s为光伏阵列面积； t。为太阳能电池工作温度。
[0048] 步骤（2)中，所述的负荷预测模型，采用改进的负荷求导法表示：
[0051]式中，⑴为t时刻负荷预测值；为t_l时刻负荷实际测 量值；为反馈误差；D为选用历史数据天数屯为第i天的合适因子，
v⑴为第i天t时刻的反馈误差。
[0052] 步骤（2)中，所述的电动汽车负荷预测模型，采用基于历史数据和反馈误差的拟 合方法预测：
[0054] 式中，D为选用历史数据天数；δi为第i天的合适因子， 声(〇为历史数 EV 据中第i天t时刻的电动汽车负荷；PEV(t)为电动汽车负荷预测值。
[0055] 步骤（3)中，所述的交直流混合微电网不同运行状态的优化目标函数，表示为：
[0057] 式中，σρσ2表示目标交直流配电网运行状态，离网运行时σι= 1、σ2= 〇,并 网运行时σ 〇、σ2= 1 ;αρα2、α3、α4、α5为罚系数。
[0058] 本发明的有益效果是：本发明的一种基于时域滚动控制的交直流混合微电网运行 优化方法，预测分布式电源出力，采集负荷需求、储能系统容量与能源市场价格，在给定周 期内综合权衡分布式电源出力、储能系统剩余容量等预测与约束，针对不同的电网运行状 态合理安排源、网、储、荷的运行，以实现系统整体鲁棒性与经济性的最优。本发明通过反馈 校正消除由于可再生能源输出功率、能源价格波动和负荷预测误差带来的影响，针对交直 流混合微电网不同的运行状态采用不同的优化目标提高离网运行状态下的鲁棒性和并网 运行状态下的经济性。
【附图说明】
[0059] 图1为交直流混合微电网示意图；
[0060] 图2为时域滚动控制流程图；
[0061]图3为滚动时域优化原理图。
【具体实施方式】
[0062] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0063] 下面结合实例和附图对本发明的一种基于时域滚动控制的交直流混合微电网运 行优化方法做出详细说明。
[0064] 本发明的一种基于时域滚动控制的交直流混合微电网运行优化方法用于有源交 直流混合配电网能量优化管理，配电网中包括光伏发电系统，交流负荷，交流可调负荷，直 流负荷，直流可调负荷，电动汽车，储能单元，逆变器，如图1所示。
[0065] 本发明的一种基于时域滚动控制的交直流混合微电网运行优化方法，如图2所 示，包括如下步骤：
[0066] 1)建立目标配电网能量约束条件。该配电网中包括：光伏发电系统，交流负荷，交 流可调负荷，直流负荷，直流可调负荷，电动汽车，储能单元，逆变器。
[0067]目标配电网能量约束条件包括电能平衡约束与容量限制约束，其中直流侧功率平 衡可表示为：
[0069]式中，五为直流母线侧的光伏发电系统t时刻的功率；为直流母线侧 的储能单元t时刻的功率，正值代表放电，负值代表充电；为逆变器t时刻的功率， 正值代表功率从交流侧流向直流侧，负值代表功率从直流侧流向交流侧；为直流负 荷t时刻的功率；为直流可控负荷t时刻的功率；/g(i)为直流母线侧的电动汽车t时刻的功率。
[0070]交流侧功率平衡表示为：
[0072]式中，⑴为交流母线侧的光伏发电系统t时刻的功率；为交流母线侧 的储能单元t时刻的功率，正值代表放电，负值代表充电；Pg"d(t)为电网t时刻的功率，正 值代表功率从电网流向交流母线，负值代表功率从交流母线流向电网；乃1/(0为交流负荷t 时刻的功率；(?)为交流可控负荷t时刻的功率；/^ (〇为交流母线侧的电动汽车t时刻 的功率。
[0073] 容量约束表示为：
[0076]式中，校咖⑴、Pf⑴分别为直流侧光伏发电系统t时刻预测功率最小值与 最大值；Pfmm(〇、i^'max(0分别为交流侧光伏发电系统t时刻预测功率最小值与最大 值。
[0079]式中，分别为直流负荷t时刻预测功率最小值与最大值； 分别为交流负荷t时刻预测功率最小值与最大值。
[0082]式中，#_(1)、p#max⑴分别为直流侧电动汽车t时刻预测功率最小值与最大 值；、％'max(〇分别为交流侧电动汽车t时刻预测功率最小值与最大值。
[0085]式中，Pif""分别为直流侧储能单元最大充电