一种热电联产型微电网的经济性优化运行方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力系统经济运行技术领域，具体设及一种热电联产型微电网的经济 性优化运行方法，属于电力系统经济调度技术领域。
【背景技术】
[0002] 热电联产（Combined化atand化wer，缩写为CHP)和风力发电是近年来电力行业 大力发展的两项技术。热电联产是既产电又产热的先进能源利用形式，能对能源进行梯级 利用，将发电后产生的余热进一步利用从而提高能源的综合利用率，可W降低能源消耗，提 高空气质量，节约用地，提高供热质量，便于能源综合利用。另外，随着全球能源、环境问题 的日益凸显，风能等可再生能源得到了广泛的关注。但风能、太阳能发电出力具有间歇性和 不确定性，接入电网后，其运行、调度的难度增加，而微电网的出现为可再生能源的综合利 用提供了一种有效的技术手段，其可通过分布式电源对内部负荷供电，也可脱离电网长期 稳定地运行在孤岛模式下。
[0003] 在各种型式微电网中，热电联产型微电网是一个重要的发展方向，其将各种分布 式电源、负荷、储能单元及控制装置等结合在一起，形成一个单一可控的单元，向用户同时 提供电能和热能。热电联产型微电网最优经济运行的实质是在满足电、热负荷需求的前提 下，根据各单元配置制定系统未来一段时间内的调度运行方案，W获得最佳经济效益。
[0004] 目前，国内外对于微网经济运行的研究主要集中在电能利用层面上，对热电联产 型微电网设及较少。鲜有文献考虑热电联产型微电网中过剩风电的消纳问题。如在电负荷 低谷时，为满足热负荷需要，CHP机组（即热电联产机组）必须承担相应比例的电负荷，其 在电负荷低谷时已能满足微电网中大部分电力需求，若此时储能装置已饱和，将导致风机 被迫停机或减小出力，造成风能浪费。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种热电联产型微电网的经济性优化 运行方法，其综合考虑了热电联产型微电网中热电联产机组的电热特性和损耗W及储能装 置的储能寿命损耗等因素，建立微电网最优经济运行模型后采用粒子群算法进行求解，确 定热电联产型微电网最优经济运行方案，W减少热电联产型微电网中出现发电量过盛、电 力及能源等资源浪费的情况，在满足供电负荷需求的情况下帮助降低微电网系统运行成 本。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
[0007] -种热电联产型微电网的经济性优化运行方法，包括如下步骤：
[0008] 1)建立计及热电联产型微电网中热电联产机组的电热特性和损耗W及储能装置 的储能寿命损耗的微电网最优经济运行模型；所述微电网最优经济运行模型如下：
[0009] 微电网最优经济运行模型的目标函数为：
[0010]
[0011] 其中，E为热电联产型微电网调度周期内的总费用，N为微燃机台数，T为一个调度 周期所包含的时段数，为t时段第n台微燃机的燃料费用，ESt"为第n台微燃机单次开 机费用，Et"E为t时段风电机组弃风损失费用，Eb为调度周期内储能装置损耗费用；且有：
[0014]其中，Pf为单位天然气价格；A"、q分别为t时段第n台微燃机的供热出力W及 天然气热值；n。"、n1"为t时段第n台微燃机发电效率、散热损失系数；Xt"为t时段第n 台微燃机的状态变量，Xt"= 1表示t时段第n台微燃机开机，Xt"= 0表示t时段第n台微 燃机停机； 为t-1时段第n台微燃机的状态变量，记1=1表示t-1时段第n台微燃机开 机，冷.1=0表示t-1时段第n台微燃机停机；0。、丫。、。。为第n台微燃机的开机费用系数，t'。,,为第n台微燃机在t时刻前的停运时间；At为相邻两时段间的时间间隔；
[0017] 其中，P为单位弃风量的弃风惩罚系数，Pt"为风电机组输出功率，Pt"a为微电网消 纳的风电功率，Nt为调度周期内储能设备充放电次数，E。为储能设备投资费用，Nk为铅酸 蓄电池故障前最大循环充放电深度；其中，风电机组输出功率Pt"利用预测的风速由风电机 组出力模型计算得到：
[0018]
[001引其中，V"、Vr、V。。分别为切入风速、额定风速和切出风速；P。rate为风电机组额定输 出功率；
[0020] 当铅酸蓄电池充放电循环深度为化时，故障前最大循环充放电深度Nk表示为：
[0021]
[002引其中，a1、a2、a3、a4和a5为铅酸蓄电池的损耗相关系数，运些相关系数由铅酸 蓄电池厂商提供的寿命测试数据得到；
[0023] 微电网最优经济运行模型的约束条件为：
[0024] ①功率平衡约束条件：
[0027] 其中，Pfd、Hfd分别为预测得到的微电网电、热负荷；化EW、/分别为热累装置 t时刻的供热出力和输入功率；P戸S为t时段铅酸蓄电池的充放电功率；yt为热累装置状 态变量，yt= 1表示热累装置开机，yt= 0表示热累装置停机；Ht"为t时段第n台微燃机 的发电出力，且有巧"=巧如;巧为t时段第n台微燃机的消耗的天然气量， rU"、ni"为t时段第n台微燃机发电效率、散热损失系数，5 4"为第n台微燃机的制热系数，q为t时段第n台微燃机的天然气热值；
[0028] ②微燃机开机状态下的功率约束条件：
[0029]
[0030]其中，喘、输分别为第n台微燃机的最小、最大发电出力限制钱^分 别为第n台微燃机的最小、最大供热出力限制；
[0031] ③热累装置开机状态下的功率约束条件：
[0032]
[0033] 其中，端f、巧f分别为热累装置开机状态下输入功率的最小限制和最大限制； /社f'、巧Sf分别为热累装置开机状态下供热出力的最小限制和最大限制；
[0034] ④铅酸蓄电池约束条件：
[0038]S(T-l) =S(0)；
[003引其中，PfEss为t时段铅酸蓄电池的充放电功率，巧f、分别为铅酸蓄电池的 最大充、放电功率；Sm。、、Smi。分别为铅酸蓄电池荷电状态的上限、下限；S(t+1)、S(t)分别为t+1时段和t时段铅酸蓄电池的荷电状态，n为铅酸蓄电池的充放电效率，Cht为铅酸蓄电 池的初始容量值；S(0)、S(T-l)分别为调度周期中最初始的一个时段酸蓄电池的剩余容量 值和最后一个时段铅酸蓄电池的剩余容量值；
[0040] 2)采用粒子群算法对所建立的微电网最优经济运行模型进行求解，并在求解过程 中对微电网最优经济运行模型中的各组微燃机出力、热累装置出力W及铅酸蓄电池的充放 电功率进行调整，确定热电联产型微电网最优经济运行方案；
[0041] 3)按照该最优经济运行方案，对热电联产型微电网在调度周期内各时段的各组微 燃机出力、热累装置出力W及铅酸蓄电池的充放电功率加W控制。
[0042] 上述热电联产型微电网的经济性优化运行方法中，作为一种优选方案，所述步骤 2)中，采用粒子群算法对微电网最优经济运行模型的求解过程具体包括如下步骤：
[0043] (2. 1)统计热电联产型微电网的系统历史数据，根据系统历史数据对调度周期内 热电联产型微电网的各时段的电负荷、热负荷和风电机组输出功率进行预测，并作为微电 网最优经济运行模型的输入参数；所述热电联产型微电网的系统历史数据包括历史的电负 荷数据、热负荷数据、风速数据和微源参数数据；
[0044] (2. 2)初始化粒子位置与速度，随机产生初始化种群；具体为：针对调度周期内每 一个时段，随机生成该时段内N组微燃机的出力值，并随机生成该时段内的热累装置出力 值和铅酸蓄电池的充放电功率值，构成一个包含N巧个数值元素的数组，从而针对调度周 期内包含的T个时段，随机生成得到T个数组，形成一个（N+2)XT维的捜索空间矩阵，作为 粒子群中的一个粒子的位置值，并随机生成该粒子的速度值；由此，根据设定的粒子群规模 M，随机生成包含M个粒子的粒子群；
[0045] (2. 3)采用推回代法对当前粒子群中各个粒子中的各组微燃机出力、热累装置出 力W及铅酸蓄电池的充放电功率进行调整，使得各个粒子满足微电网最优经济运行模型的 约束条件；
[0046] (2. 4)计算当前粒子群中的每个粒子的适应度，并计算当前粒子群的粒子个体极 值和全局极值；
[0047] (2. 5)根据当前第k代粒子群中各个粒子的位置和速度，更新第k+1代粒子群中各 个粒子的位置和速度：
[004引 Vi(k+1) ="Vi似+(3江1 似（Pbest_i似-1;似）+02。似化似-li(k));
[0049] li化+1) =liGO+Vi化+1);
[0050] 式中，《为惯性权重系数，为一个常数；Ci、C2为加速常数，在化引之间取值；k为 粒子群算法的当前迭代代数；ri化)、。化）为[0, 1]之间取值的随机数；i表示粒子群中第 i个粒子；Vi似表示第k代粒子群中第i个粒子的速度值；Vi化+1)表示第k+1代粒子群中 第i个粒子的速度值；li似表示第k代粒子群中第i个粒子的位置值；li化+1)表示第k+1 代粒子群中第i个粒子的位置值；Pg(k)为第k代粒子群的全局极优值，PbMt1 (k)为第k代 粒子群中第i个粒子的个体极优值；
[0051] (2. 6)分别判断第k+1代粒子群中各个粒子是否满足预设定的变异条件，对于满 足变异条件的粒子，按照预设定的变异函数和变异概率进行变异；
[0052] (2. 7)重复步骤化3)~（2. 6)，直到达到粒子群算法预先设定的最大迭代代数；
[0053] (2. 8)将最终所得粒子群中作为全局极值的粒子所表示的调度周期内包含的T个 时段中各组微燃机出力、热累装置出力W及铅酸蓄电池的充放电功率，作为调度周期内各 时段的各组微燃机出力、热累装置出力W及铅酸蓄电池的充放电功率的最优经济运行方 案。
[0054] 上述热电联产型微电网的经济性优化运行方法中，作为一种优选方案，所述采用 粒子群算法对微电网最优经济运行模型的求解过程中的步骤（2.6)中，预设定的变异条件 具体为：
[00巧]
[0056] 其中，fi(k)表示粒子群中第i个粒子