CN102510080A - 一种微电网中储能系统的调度方法 - Google Patents

一种微电网中储能系统的调度方法 Download PDF

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陆志刚
陈波
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Abstract

本发明是一种微电网中储能系统的调度方法。该方法步骤如下：将微电网中储能系统的状态离散化；由微电网一个周期的运行成本构成目标函数；设置分布式电源的出力和爬坡约束条件、储能系统的功率和能量约束条件、微电网的功率平衡约束条件等；设计动态规划算法，在满足约束条件的前提下，求得储能系统的最优调度方案。本发明针对微电网的特点，对储能系统进行优化调度，能够降低微电网的运行成本，提高可再生能源的渗透率，充分发挥储能系统的效益。

Description

一种微电网中储能系统的调度方法
技术领域
本发明涉及微电网技术领域，具体为微电网中储能系统的调度方法。属于微电网中储能系统的调度方法的创新技术。
背景技术
微电网实现了分布式电源和负荷的一体化运行，能够灵活接入配电网，提高供电可靠性，满足用户多样化需求，已经成为智能电网建设的一个重要组成部分。但是风、光等可再生能源的高渗透率，使得微电网承受扰动的能力较弱，尤其在孤岛运行模式下，将会面临更高的风险。为了平抑可再生能源功率波动、维护系统稳定，微电网中一般包含分布式储能系统。
对于微电网中储能系统的调度，目前采用的方法主要是按某种预先设定的策略进行。比如，当风机和光伏电池的出力和大于负荷时，将多余的发电量存入储能系统；而当所有分布式电源的最大出力之和尚不能满足负荷需求时，储能系统开始供电。这种调度方法虽然简单，但没有针对整个微电网进行优化，也未考虑各时段间的关联，因而无法充分发挥储能系统的效益。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种实现对储能系统的合理调度的微电网中储能系统的调度方法。本发明以微电网的整体运行成本最低为目标，在一个周期内对储能系统进行最优控制。
本发明的技术方案是：本发明的微电网中储能系统的调度方法，包括以下步骤：
(1) 根据微电网中储能系统的存储能量，将储能系统状态离散化为N个；所述状态离散化是按储量系统存储能量的范围平均划分为N个区间，各区间的中值对应N个状态：                                               
Figure 2011103522512100002DEST_PATH_IMAGE002
,
Figure 2011103522512100002DEST_PATH_IMAGE004
,…,
Figure 2011103522512100002DEST_PATH_IMAGE006
；
(2) 由微电网一个周期共T个时段的运行成本构成目标函数；所述微电网的运行成本包括M个分布式电源的发电成本、储能系统的运行成本和从配电网获取能量的成本，表达式为
Figure 2011103522512100002DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure 2011103522512100002DEST_PATH_IMAGE010
表示第i个发电单元在时段t的功率输出；当
Figure 2011103522512100002DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure 2011103522512100002DEST_PATH_IMAGE014
取正值时，分别表示主网和储能单元在时段t的功率输出，反之表示功率输入；
Figure 2011103522512100002DEST_PATH_IMAGE016
,
Figure 2011103522512100002DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 2011103522512100002DEST_PATH_IMAGE020
分别为第i个发电单元、主网和储能单元的费用函数。
(3) 设置分布式电源的出力约束条件和爬坡约束条件、储能系统的功率约束条件和能量约束条件、配电网功率传输约束条件以及微电网功率平衡约束条件；
(4) 设计动态规划算法，求得储能系统的最优调度方案；所述最优调度方案就是储能系统在该周期内的一条最优状态变化路径。
上述步骤(3)中：分布式电源的出力约束条件和爬坡约束条件分别限定微电网中各分布式电源的出力范围和在相邻时段的变化范围；储能系统的功率约束条件和能量约束条件分别限定储能系统的充放电功率范围和存储能量范围；配电网功率传输约束条件限定配电网的输出功率范围；微电网功率平衡约束条件要求各分布式电源、储能系统和配电网的功率之和满足负荷需求。
上述步骤(4)中的动态规划算法按以下步骤进行：
①给定周期开始时刻储能系统所存储的能量；
②对时段1的每个状态
Figure 2011103522512100002DEST_PATH_IMAGE022
，计算储能系统的充放电功率，并采用优先顺序法计算各分布式电源和配电网的输出功率；若无法满足约束条件，则为无效状态，否则计算该状态对应的微电网运行成本
Figure 2011103522512100002DEST_PATH_IMAGE024
；
③置
Figure 2011103522512100002DEST_PATH_IMAGE026
；
④对于时段t的每个状态
Figure 243568DEST_PATH_IMAGE022
，计算储能系统的充放电功率，并采用优先顺序法计算各分布式电源和配电网的输出功率，得到满足约束条件的有效状态集合；
⑤计算
Figure 2011103522512100002DEST_PATH_IMAGE030
，其中
Figure 2011103522512100002DEST_PATH_IMAGE032
为储能系统由时段
Figure 2011103522512100002DEST_PATH_IMAGE034
的状态
Figure 2011103522512100002DEST_PATH_IMAGE036
变为时段t的状态所对应的微电网运行成本；
⑥
Figure 2011103522512100002DEST_PATH_IMAGE038
；
⑦若
Figure 2011103522512100002DEST_PATH_IMAGE040
，转入步骤④，否则进入下一步；
⑧找到最小的
Figure 2011103522512100002DEST_PATH_IMAGE042
，并反向追踪得到一条最优的状态变化路径。
本发明针对微电网中储能系统的特点，以微电网的整体运行成本最低为目标，在一个周期内对储能系统进行最优调度，能够降低微电网的运行成本，提高可再生能源的渗透率，充分发挥储能系统的效益。本发明是一种可实现对储能系统的合理调度的微电网中储能系统的调度方法。
附图说明
图1为本发明的微电网中储能系统的调度流程示意图。
图2 为本发明所涉及的求解储能系统最优调度方案的算法流程示意图。
图3 为本发明实施例所涉及的储能系统的最优调度方案示意图。
具体实施方式
本发明的实施例流程参见图1，具体包括如下步骤：
1．按储能系统存储能量的范围平均划分为N个区间，求各区间的中值
Figure 896845DEST_PATH_IMAGE002
,,…,
Figure 76209DEST_PATH_IMAGE006
，对应储能系统的N个状态；
2．由微电网一个周期内T个时段的运行成本之和构成目标函数，具体包括各分布式电源的发电成本、储能系统的运行成本和从配电网获取能量的成本； 
3．设置约束条件：限定微电网中各分布式电源的出力范围和在相邻时段的变化范围；限定储能系统的充放电功率范围和存储能量范围；限定配电网的输出功率范围；要求各分布式电源、储能系统和配电网的功率之和满足负荷需求；
4．设计动态规划算法，求得储能系统的最优调度方案，求解算法的流程参见图2；
在这一步骤中，算法按如下步骤进行：
①给定周期开始时刻储能系统所存储的能量；
②对时段1的每个状态
Figure 274101DEST_PATH_IMAGE022
，计算储能系统的充放电功率，并采用优先顺序法计算各分布式电源和配电网的输出功率；若无法满足约束条件，则为无效状态，否则计算该状态对应的微电网运行成本
Figure 153065DEST_PATH_IMAGE024
；
③置
Figure 77027DEST_PATH_IMAGE026
；
④对于时段t的每个状态
Figure 787363DEST_PATH_IMAGE022
，计算储能系统的充放电功率，并采用优先顺序法计算各分布式电源和配电网的输出功率，得到满足约束条件的有效状态集合
Figure 404158DEST_PATH_IMAGE028
；
⑤计算
Figure 770417DEST_PATH_IMAGE030
，其中
Figure 238351DEST_PATH_IMAGE032
为储能系统由时段
Figure 68772DEST_PATH_IMAGE034
的状态
Figure 590890DEST_PATH_IMAGE036
变为时段t的状态
Figure 444445DEST_PATH_IMAGE022
所对应的微电网运行成本；
⑥
Figure 710210DEST_PATH_IMAGE038
；
⑦若
Figure 389279DEST_PATH_IMAGE040
，转入步骤④，否则进入下一步；
⑧找到最小的
Figure 347876DEST_PATH_IMAGE042
，并反向追踪得到一条最优的状态变化路径。
具体实施例1：以一个包含风机、光伏电池、燃料电池、柴油机的并网运行微电网为例。储能系统由铅酸蓄电池构成，充、放电的功率上限均为30kW，存储能量的变化范围为60kWh~300kWh。
1．设定区间大小为3kWh，对储能系统存储能量的范围进行划分，并求各区间的中值，得到储能系统的80个状态；
2．时段长度为1小时，全天24个时段作为一个周期，以微电网全天的运行成本构造目标函数；
3．给出各分布式电源的功率上下限、爬坡率等参数，设置微电网运行的约束条件；
4．采用动态规划算法，求得储能系统的最优调度方案见图3，对应的微电网运行成本为339.44元。

Claims (3)

1.一种微电网中储能系统的调度方法，其特征在于包括以下步骤：
(1) 根据微电网中储能系统的存储能量，将储能系统状态离散化为N个；所述状态离散化是按储量系统存储能量的范围平均划分为N个区间，各区间的中值对应N个状态：                                                
Figure 2011103522512100001DEST_PATH_IMAGE001
,
Figure 306683DEST_PATH_IMAGE002
,…,；
(2) 由微电网一个周期共T个时段的运行成本构成目标函数；所述微电网的运行成本包括M个分布式电源的发电成本、储能系统的运行成本和从配电网获取能量的成本，表达式为
Figure 413704DEST_PATH_IMAGE004
其中，
Figure 2011103522512100001DEST_PATH_IMAGE005
表示第i个发电单元在时段t的功率输出；当
Figure 629659DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 2011103522512100001DEST_PATH_IMAGE007
取正值时，分别表示主网和储能单元在时段t的功率输出，反之表示功率输入；
Figure 413418DEST_PATH_IMAGE008
,
Figure 2011103522512100001DEST_PATH_IMAGE009
和分别为第i个发电单元、主网和储能单元的费用函数；
 (3) 设置分布式电源的出力约束条件和爬坡约束条件、储能系统的功率约束条件和能量约束条件、配电网功率传输约束条件以及微电网功率平衡约束条件；
(4) 设计动态规划算法，求得储能系统的最优调度方案；所述最优调度方案就是储能系统在该周期内的一条最优状态变化路径。
2.根据权利要求1所述的微电网中储能系统的调度方法，其特征在于上述步骤(3)中：分布式电源的出力约束条件和爬坡约束条件分别限定微电网中各分布式电源的出力范围和在相邻时段的变化范围；储能系统的功率约束条件和能量约束条件分别限定储能系统的充放电功率范围和存储能量范围；配电网功率传输约束条件限定配电网的输出功率范围；微电网功率平衡约束条件要求各分布式电源、储能系统和配电网的功率之和满足负荷需求。
3.根据权利要求1所述的微电网中储能系统的调度方法，其特征在于上述步骤(4)中的动态规划算法按以下步骤进行：
①给定周期开始时刻储能系统所存储的能量；
②对时段1的每个状态
Figure 2011103522512100001DEST_PATH_IMAGE011
，计算储能系统的充放电功率，并采用优先顺序法计算各分布式电源和配电网的输出功率；若无法满足约束条件，则为无效状态，否则计算该状态对应的微电网运行成本
Figure 489401DEST_PATH_IMAGE012
；
③置；
④对于时段t的每个状态
Figure 195582DEST_PATH_IMAGE011
，计算储能系统的充放电功率，并采用优先顺序法计算各分布式电源和配电网的输出功率，得到满足约束条件的有效状态集合
Figure 456799DEST_PATH_IMAGE014
；
⑤计算
Figure 2011103522512100001DEST_PATH_IMAGE015
，其中
Figure 564826DEST_PATH_IMAGE016
为储能系统由时段
Figure 2011103522512100001DEST_PATH_IMAGE017
的状态
Figure 745140DEST_PATH_IMAGE018
变为时段t的状态
Figure 802265DEST_PATH_IMAGE011
所对应的微电网运行成本；
⑥；
⑦若
Figure 726228DEST_PATH_IMAGE020
，转入步骤④，否则进入下一步；
⑧找到最小的
Figure 2011103522512100001DEST_PATH_IMAGE021
，并反向追踪得到一条最优的状态变化路径。
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