CN102710013A - 基于微电网的园区能源网能量优化管理系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于微电网的园区能源网能量优化管理系统及其实现方法。该能量优化管理系统由园区能源调度和微电网能量管理来实现，微电网能量管理系统为三层结构：微网能量调度层、微电网集中控制层，微电源、储能和负荷就地控制层。能量优化管理方法的约束条件由微电网集中控制层来保证，各微电源或储能的出力由微电网中央控制器中的微电源与储能协调控制策略来决定；目标函数包含三个不同等级的子目标函数集，通过基于权重的多目标优化算法计算各种状态下的目标函数值，本发明克服了分布式电源随机性和间歇性的缺陷，解决了园区能源网中多个微电网之间以及微电网内多种微电源之间的互补问题，实现了清洁能源的最优化利用和系统能效最大化。

Description

基于微电网的园区能源网能量优化管理系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种能量优化管理系统及其优化管理方法，具体涉及一种基于微电网的园区能源网能量优化管理系统及其实现方法。

背景技术

能源紧缺和过度开发对环境和生态的破坏，迫使人们再次面临能源消费结构的转变，新的能源消费模式将以太阳能、风能、地热、潮汐等可再生能源为主，同时石油、煤炭、核燃料、天然气等一次能源并存。然而，由于水、电、气、热网各行业间相互隔离，使得其自身无法解决各种能源供需的峰谷差。这就使得本来有限的资源不能得到充分利用或被白白浪费，造成了巨大的经济损失。因此将冷、热、电三种产品的独立生产变为高科技联产，建立新的生产关系，打造新的高效能源交互网。

微电网是一种由微型电源和负荷共同组成的供用电与供能系统，它不仅为用户提供电能，还可以通过热电联产CHP或者冷热电三联供CCHP的形式向用户供热或制冷。微型电源由包含风电、光伏等可再生能源与微型微型燃气轮机、燃料电池等清洁能源，以及蓄电池、超级电容器、超导储能、飞轮储能、压缩空气储能等储能装置组成。微电网技术实现了分布式电源的灵活高效利用，削弱其并网运行对电网造成的冲击和负面影响，整合其优势，能够充分发挥分布式电源的效益和价值。微电网在公共连接点PCC与大电网连接，以实现并网运行与孤网运行之间的模式转换，从而提高了微电网内负荷的供电可靠性。在必要的情况下微电网还可以作为备用电源向大电网输送电能，为大电网提供支撑。智能微网采用智能装置实时调整各种微电源发电与供热制冷功率，使各种微电源协同配合，同时对用户的能量使用情况进行优化控制，以提高能源利用效率、优化能源消费结构、减少能源浪费、提升用户的生活舒适度、降低用户的能源消费支出。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于微电网的园区能源网能量优化管理系统及其实现方法，该能量优化管理系统及其实现方法充分利用智能微电网技术，克服分布式电源随机性和间歇性的缺陷，减小其并网对配电网造成的影响，优化能源结构，解决园区能源网中多个微电网之间以及微电网内多种微电源之间的互补问题，满足微电网内各种负荷的电能和热能需求，实现各种清洁能源的最优化利用和系统能效最大化。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种基于微电网的园区能源网能量优化管理系统，其改进之处在于，所述能量优化管理系统由园区能源调度中心和n个微电网能量管理系统组成；n为自然数；

所述n个微电网能量管理系统接收来自所述园区能源调度中心的指令；

每个所述微电网能量管理系统包括微电网能量调度层、微电网集中控制层以及微电源、储能和负荷就地控制层；所述微电网能量调度层与微电网集中控制层之间采用通信方式进行通信；所述微电网集中控制层与微电源、储能和负荷就地控制层之间采用通信方式进行通信。

优选的，所述通信方式可为现场总线协议，如BACnet、LonWorks、ModBus或电力系统通信协议，如IEC101、IEC104。

优选的，所述微电网能量调度层接收来自所述园区能源调度中心的指令，将微电网内的电气量信息传送到所述园区能源调度中心，并向微电网集中控制层下发指令。

优选的，所述微电网集中控制层包括能量管理主站、微电网中央控制器、电力测控终端、热力测控终端和环境监测仪；

所述微电网控制器接收来自所述能量管理主站的指令；

所述电力测控终端、热力测控终端和环境监测仪采集的微电源、储能和负荷的各种运行数据及气象环境数据；所述各种运行数据包括微电网的电压、电流、频率和功率。

较优选的，所述能量管理主站包括运行监控系统和能量管理系统；

所述运行监控系统接收由所述电力测控终端、热力测控终端和环境监测仪采集的微电源、储能和负荷的各种运行数据及气象环境数据，并存储在微电网运行监控系统数据库中；

所述能量管理系统对微电网进行风电、光伏出力预测和负荷预测。

优选的，所述微电源、储能和负荷就地控制层包括就地控制器和就地保护设备；

所述就地控制器和就地保护设备接收微电网集中控制层的指令，实现对微电源、储能和负荷就地控制，以及对微电源、储能和负荷的投切。

较优选的，所述就地控制器包括微型燃气轮机控制器、储能控制器、光伏控制器、风机控制器和负荷控制器；所述就地保护设备为微电网内配置的各类保护装置，包括线路保护、母线保护及各种电气设备的保护；

所述微型燃气轮机控制器、储能控制器、光伏控制器、风机控制器和负荷控制器分别对微型燃气轮机、储能装置、光伏、风机和负荷进行控制。

本发明基于另一目提供的一种基于微电网的园区能源网能量优化管理系统的实现方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

A、确定约束条件；

B、确定目标函数；

C、确定协调控制策略；

D、对所述园区能源网的能量进行优化管理。

优选的，所述步骤A中，所述约束条件为微电网的实时电功率平衡、热功率平衡、冷功率平衡、电压稳定和频率稳定；所述约束条件用下述式（1）-（6）表示：

P_W+P_PV+P_BAT+P_EMT=P_l1+P_l2+……+P_ln+P_loss+P_TL    （1）；

Q_W+Q_PV+Q_BAT+Q_EMT+Q_SVC=Q_l1+Q_l2+……+Q_ln+Q_loss+Q_TL    （2）；

P_HMT=P_hl1+P_hl2+……+P_hln+P_hloss    （3）；

P_CMT=P_cl1+P_cl2+……+P_cln+P_closs    （4）；

f_min≤f≤f_max    （5）；

U_min≤U≤U_max    （6）；

式（1）-（4）中：

P_W为所述风机输出的有功功率；Q_W为所述风机输出的无功功率；

P_PV为所述光伏输出的有功功率；Q_PV为所述光伏输出的无功功率；

P_BAT为所述储能装置输出的有功功率；Q_BAT为所述储能装置输出的无功功率；令放电时P_BAT为正，充电时为负；放电时Q_BAT为正或0，放电时为0；

P_EMT为所述微型燃气轮机输出的有功功率；Q_EMT为所述微型燃气轮机输出的无功功率；

P_l1，P_l2，……P_ln为负荷l1，l2……ln的有功功率；

Q_l1，Q_l2，……Q_ln为负荷l1，l2……ln的无功功率；

P_loss为微电网输电线路上损耗的有功功率；Q_loss为微电网输电线路上损耗的无功功率；

P_TL为微电网与配电网之间的联络线上传输的有功功率；Q_TL为微电网与配电网之间的联络线上传输的无功功率；令功率从微电网流向配电网为正，从配电网流向微电网为负；

Q_SVC为无功功率补偿设备发出的无功功率；

P_HMT为所述微型燃气轮机的热循环功率；P_CMT为所述微型燃气轮机的冷循环功率；

P_hl1，P_hl2，……P_hln为热负荷hl1，hl2……hln的热功率；

P_cl1，P_cl2，……P_cln为冷负荷cl1，cl2……cln的冷功率；

式（5）-（6）中：

f为微电网频率；U为微电网并网点电压；

f_max，f_min为微电网正常运行所允许的最大、最小频率；

U_max，U_min为微电网正常运行所允许的最大、最小电压。

优选的，所述步骤B中，以微电网系统能效最大化为总目标函数，通过三个子目标函数集来实现；

所述子目标函数集包括最高优先级子目标函数集、第二优先级子目标函数集和第三优先级子目标函数集。

较优选的，所述最高优先级子目标函数集和第二优先级子目标函数集根据所述能量管理主站发送的指令实现；所述第三优先级的目标函数集根据所述微网能量调度层的指令实现。

较优选的，所述最高优先级子目标函数集为∑₁={F₁₁,F₁₂,F₁₃,F₁₄,F₁₅}，对应的目标函数分别用下述式（7）-（11）表示：

F₁₁：P_W+P_PV+P_BAT+P_MT≥P_l1+P_l2+……+P_ln+P_loss    （7）；

F₁₂：Q_W+Q_PV+Q_BAT+Q_MT+Q_SVC≥Q_l1+Q_l2+……+Q_ln+Q_loss    （8）；

F₁₃：W_W+W_PV-W_BAT+W_MT≥W_l1+W_l2+……+W_ln+W_loss    （9）；

$F_{14}:\underset{\mathrm{\Δt}\→0}{\lim }\frac{\mathrm{\Δf}}{\mathrm{\Δt}}=0---\left(10\right);$

$F_{15}:\underset{\mathrm{\Δt}\→0}{\lim }\frac{\mathrm{\ΔU}}{\mathrm{\Δt}}=0---\left(11\right);$

式（9）-（11）中：

W_W为一定时间内风机的发电量；W_PV为一定时间内光伏的发电量；

W_BAT为储能装置一定时间内的自耗电量，即为储能装置发出电量与吸收电量之差；

W_MT为微型燃气轮机一定时间内的发电量；

W_l1为负荷l1，l2……ln一定时间内消耗的电量；

W_loss为微电网输电线路上一定时间内损耗的电量；

为微电网母线上的频率波动率；为微电网母线上的电压波动率。

较优选的，所述第二优先级子目标函数集为∑₂={F₂₁}，对应的目标函数用下述式（12）表示：

F₂₁：C_MT=Min{C_MT}    （12）；

式（12）中：

C_MT为所述微型燃气轮机的耗气量；

Min{C_MT}为在满足约束条件和最高优先级子目标函数的前提下，所述微型燃气轮机的最小耗气量集合。

较优选的，所述第三优先级子目标函数集为∑₃={F₃₁,F₃₂}，对应的目标函数分别为：

F₃₁：P_W=P_WMAX；P_PV=P_PVMAX    （13）；

F₃₂：P_BCMT=Min{P_BCMT}    （14）；

式（13）-（14）中：

P_WMAX为风机某一时刻能发出的最大有功功率；

P_PVMAX为光伏某一时刻能发出的最大有功功率；

P_BCMT为储能装置的充电功率中来自于微型燃气轮机的部分；

Min{P_BCMT}为在满足约束条件和最高优先级子目标函数及第二优先级子目标函数的前提下，所述储能装置的充电功率中来自于微型燃气轮机部分最小的集合。

较优选的，所述总目标函数用下式（15）表示：

F=max{f_ee}    （15）；

=w₁(w₁₁+w₁₂+w₁₃+w₁₄+w₁₅)+w₂(w₂₁)+w₃(w₃₁+w₃₂)

式（15）中：

f_ee为所述微电网能量管理系统能效因子；

w₂、w₂、w₃分别为子目标函数集∑₁、∑₂、∑₃的权重系数；

w₁₁、w₁₂、w₁₃、w₁₄、w₁₅、w₂₁、w₃₁、w₃₂分别为子目标函数F₁₁、F₁₂、F₁₃、F₁₄、F₁₅、F₂₁、F₃₁、F₃₂的权重系数，且有w₁+w₂+w₃=1，w₁₁+w₁₂+w₁₃+w₁₄+w₁₅=1，w₂₁=1，w₃₁+w₃₁=1；

分别设w₁=0.7，w₂=0.2，w₃=0.1，w₁₁=w₁₂=0.3，w₁₃=0.2，w₁₄=w₁₅=0.1，w₃₁=w₃₂=0.5，当其中一个子目标函数未能实现时，其权重系数为0。

优选的，所述步骤C中，确定微电源与储能的协调控制策略；所述协调管理策略按照运行工况分为并网运行时微电源与储能的协调控制策略、孤网运行时微电源与储能的协调控制策略、并网转孤网时微电源与储能的协调控制策略和孤网转并网时微电源与储能的协调控制策略。

优选的，所述步骤D中，根据所述约束条件、总目标函数和协调控制策略对所述微电网能量优化管理系统进行优化管理。

较优选的，所述约束条件由所述微电网中央控制器中的不同工况下的微电源与储能协调控制策略保证；根据不同工况下的微电源与储能协调控制策略的执行结果向所述微电源控制器发送指令。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

1、本发明提供的基于微电网的园区能源网能量优化管理系统及其实现方法，其中，能量优化管理系统采用智能微电网技术，对多种形式的能源进行优化配置，将冷、热、电等能量形式整合在一起，形成能量输入和输出的实时协同，实现系统全生命周期的最优化和能量的增效，从而提高能源利用效率，减少能源浪费，减小环境污染。

2、本发明提供的基于微电网的园区能源网能量优化管理系统及其实现方法，设计了由多种能源形式组成的园区能源网中微电网之间，微电网内多种能源之间的能量互动机制，以及相应的能量优化管理策略，发挥了微电网的优势，解决了不同能源形式之间的协调问题及园区能源网内多个微电网之间的互补，克服了存在间歇性和不稳定性的微电源接入对配电网造成的不良影响。

3、本发明提供的基于微电网的园区能源网能量优化管理系统及其实现方法，建立了基于清洁能源优化利用和可再生能源最大化利用的能源网能量优化管理架构，利用这种可靠高效的管理架构，使得复杂的微电网多种能源形式之间的协调问题得以简化。

4、本发明提供的基于微电网的园区能源网能量优化管理系统及其实现方法，设计了智能微网内不同运行工况下多种微电源与储能之间的协调控制策略，不仅保证了微电网的可靠持续运行，而且实现了冷、热、电等能量形式的联产及清洁能源的高效利用。

附图说明

图1是本发明提供的基于微电网的园区能源网能量优化管理系统图；

图2是本发明提供的并网运行时微电源与储能的协调控制策略；

图3是本发明提供的孤网运行时微电源与储能的协调控制策略；

图4是本发明提供的并网转孤网运行时微电源与储能的协调控制策略；

图5是本发明提供的孤网转并网运行时微电源与储能的协调控制策略；

图6是本发明提供的实施例的微电网1的结构图；

图7是本发明提供的实施例的微电网1并网运行曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

一、能量优化管理系统：

本发明采用的基于微电网的园区能源网能量优化管理系统通过园区能源统一调度和微电网能量管理系统来实现，如图1所示，图1是本发明提供的基于微电网的园区能源网能量优化管理系统图，其中园区能源统一调度由园区能源调度中心完成，园区能源调度中心统一协调调度园区内多个微网之间的能源流动，使得整个园区能源系统能效最大化。

微电网的能量管理分为三层：上层的微电网能量调度层、中间的微电网集中控制层、下层的微电源、储能和负荷就地控制层。微电网能量调度层与微电网集中控制层之间采用通信方式进行通信；微电网集中控制层与微电源、储能和负荷就地控制层之间采用通信方式进行通信。

通信方式可为现场总线协议，如BACnet、LonWorks、ModBus或电力系统通信协议，如IEC101、IEC104。

1、微网能量调度层

微网能量调度层的作用是通过与园区电网的信息交互，使微电网参与园区电网的统一调度，接收来自园区能源调度中心的指令，将微电网内的各种电气量信息上送到园区能源调度中心，并向微电网集中控制层下发指令。

2、微电网集中控制层

微电网集中控制层又分为上层的能量管理主站与下层的微电网中央控制器两部分，其所需的微电网各种运行数据及气象环境数据由电力测控终端、热力测控终端和环境监测仪提供。

能量管理主站是微电网的大脑，也是微电网优化管理、提高能源利用效率的基础。它由两个功能模块组成：微电网运行监控系统与能量管理系统。

微电网运行监控系统的功能分为两个方面：数据采集与存储，集中监控平台。数据采集与存储的功能是实时接收由电力测控终端、热力测控终端及环境监测仪采集的各种微电源、储能与负荷的各种运行数据、工作状态及环境温度、日照强度、日照角度、风速、风向等数据，并存储在数据库中；集中监控平台负责监视各种设备信息和相应支路计量信息，动态显示系统电压、电流、功率等电气量信息，继电保护及相应开关的动作信息。

能量管理系统的作用是根据微电网运行监控系统中存储的包括各种微电源出力、微电网内的负荷大小、气象资料在内的各种历史数据以及未来一段时间的天气预报数据，进行风电、光伏出力预测和负荷预测，并根据预测结果编制燃气轮机的发电计划，风机、光伏、负荷的投切计划、储能装置的充放电计划以及各种设备的检修计划，从而实现微电网实时功率分配。

微电网中央控制器的作用是根据微电网内各种微电源的运行工况按照微电源与储能的协调控制策略以及来自能量管理系统的指令，向各种微电源、储能及负荷的就地控制器发送调度与投切指令，合理调配微电网内各种微电源的输出功率，保持微电网内实时的功率平衡，保证系统的稳定高效运行。

电力测控终端、热力测控终端和环境监测仪采集微电源、储能和负荷的各种运行数据及气象环境数据。

3、微电源、储能和负荷就地控制层

微电源、储能和负荷就地控制层包括就地控制器和就地保护设备；

微电源、储能和负荷就地控制层由一系列就地保护设备和就地控制器组成，就地控制器和就地保护设备接受微电网集中控制层的指令实现对微电源和储能的就地控制，以及对微电源和负荷的投切。

就地控制器包括微型燃气轮机控制器、储能控制器、光伏控制器、风机控制器和负荷控制器等；就地保护设备为微电网内配置的各类保护装置，包括线路保护、母线保护及各种电气设备的保护等。

二、能量优化管理系统的实现方法：

约束条件和目标函数：

1、约束条件：

约束条件为微电网的实时电功率、热功率、冷功率平衡和电压、频率稳定，该约束条件由微电网中央控制器中预先设定好的微电源与储能协调控制策略来保证，依据该控制策略的执行结果向各微电源控制器发送指令。

约束条件用下述式（1）-（6）表示：

P_W+P_PV+P_BAT+P_EMT=P_l1+P_l2+……+P_ln+P_loss+P_TL    （1）；

Q_W+Q_PV+Q_BAT+Q_EMT+Q_SVC=Q_l1+Q_l2+……+Q_ln+Q_loss+Q_TL    （2）；

P_HMT=P_hl1+P_hl2+……+P_hin+P_hloss    （3）；

P_CMT=P_cl1+P_cl2+……+P_cln+P_closs    （4）；

f_min≤f≤f_max    （5）；

U_min≤U≤U_max    （6）；

式（1）-（4）中：

P_W为风机输出的有功功率；Q_W为风机输出的无功功率；

P_PV为光伏输出的有功功率；Q_PV为光伏输出的无功功率；

P_BAT为储能装置输出的有功功率；Q_BAT为储能装置输出的无功功率；设定放电时P_BAT为正，充电时为负；放电时Q_BAT为正或0，充电时为0；

P_EMT为微型燃气轮机输出的有功功率；Q_EMT为微型燃气轮机输出的无功功率；

P_l1，P_l2，……P_ln为负荷l1，l2……ln的有功功率；

Q_l1，Q_l2，……Q_ln为负荷l1，l2……ln的无功功率；

P_loss为微电网输电线路上损耗的有功功率；Q_loss为微电网输电线路上损耗的无功功率；

P_TL为微电网与配电网之间的联络线上传输的有功功率；Q_TL为微电网与配电网之间的联络线上传输的无功功率；设定功率从微电网流向配电网为正，从配电网流向微电网为负；

Q_SVC为无功功率补偿设备发出的无功功率；

P_HMT为微型燃气轮机的热循环功率；P_CMT为所述微型燃气轮机的冷循环功率；

P_hl1，P_hl2，……P_hln为热负荷hl1，hl2……hln的热功率；

P_cl1，P_cl2，……P_cln为冷负荷cl1，cl2……cln的冷功率；

式（5）-（6）中：

f为微电网频率；U为微电网并网点电压；

f_max，f_min为微电网正常运行所允许的最大、最小频率；

U_max，U_min为微电网正常运行所允许的最大、最小电压。

2、能量优化管理系统的实现方法

能量优化管理系统的实现方法包括下述步骤：

A、确定约束条件；

B、确定目标函数；

C、确定协调控制策略；

D、对园区能源网的能量进行优化管理。

能量优化管理系统的实现方法以微电网系统能效最大化为总目标函数，通过三个子目标函数集来实现。这三个子目标函数集采用不同的优先等级进行划分，最高优先级为微电网内电力电量自平衡及微电网电能质量最优，即微电源的总功率等于微电网内的负荷总功率与微电网内的总损耗之和，微电源发出的总电量与微电网内消耗的总电量实现平衡，使得配电网不用向微电网输送电能，且微电网母线上的频率和电压波动率最小；第二优先级为微电网内各种清洁能源的最优化利用，在保证最高等级目标函数的前提下，尽可能多的利用可再生能源，少用一次能源（燃气）；第三优先级为可再生能源利用的最大化，在微电网内各种电力和热力负荷均能满足需求的前提下，若可再生能源的发电量依然有盈余，可根据配电网调度中心下发的指令（发电计划）向配电网输送电能，在现有设备条件下最大化利用可再生能源，减少全网内的火力、天然气等机组发电所消耗的一次能源。以上子目标函数中，最高优先级和第二优先级子目标函数的实现有赖于微电网能量管理主站发送的指令，第三优先级的目标函数的实现依靠微网能量调度的指令。

Ⅰ、最高优先级子目标函数集

最高优先级子目标函数集为∑₁={F₁₁,F₁₂,F₁₃,F₁₄,F₁₅}，对应的目标函数分别用下述式（7）-（11）表示：

F₁₁：P_W+P_PV+P_BAT+P_MT≥P_l1+P_l2+……+P_ln+P_loss    （7）；

F₁₂：Q_W+Q_PV+Q_BAT+Q_MT+Q_SVC≥Q_l1+Q_l2+……+Q_ln+Q_loss    （8）；

F₁₃：W_W+W_PV-W_BAT+W_MT≥W_l1+W_l2+……+W_ln+W_loss    （9）；

$F_{14}:\underset{\mathrm{\Δt}\→0}{\lim }\frac{\mathrm{\Δf}}{\mathrm{\Δt}}=0---\left(10\right);$

$F_{15}:\underset{\mathrm{\Δt}\→0}{\lim }\frac{\mathrm{\ΔU}}{\mathrm{\Δt}}=0---\left(11\right);$

式（9）-（11）中：

W_W为一定时间内风机的发电量；W_PV为一定时间内光伏的发电量；

W_BAT为储能装置一定时间内的自耗电量，即为储能装置发出电量与吸收电量之差；

W_MT为微型燃气轮机一定时间内的发电量；

W_l1为负荷l1，l2……ln一定时间内消耗的电量；

W_loss为微电网输电线路上一定时间内损耗的电量；

为微电网母线上的频率波动率；

为微电网母线上的电压波动率；

所述“一定时间”可以是一个月，半年，一年等时间段。

Ⅱ、第二优先级子目标函数集

第二优先级子目标函数集为∑₂={F₂₁}，对应的目标函数用下述式（12）表示：

F₂₁：C_MT=Min{C_MT}    （12）；

式（12）中：

C_MT为所述微型燃气轮机的耗气量；

Min{C_MT}为在满足约束条件和最高优先级子目标函数的前提下，所述微型燃气轮机的最小耗气量集合。

Ⅲ、第三优先级子目标函数集

第三优先级子目标函数集为∑₃={F₃₁,F₃₂}，对应的目标函数分别为：

F₃₁：P_W=P_WMAX；P_PV=P_PVMAX    （13）；

F₃₂：P_BCMT=Min{P_BCMT}    （14）；

式（13）-（14）中：

P_WMAX为所述风机逆变器某一时刻能发出的最大有功功率；

P_PVMAX为光伏逆变器某一时刻能发出的最大有功功率；

所述“某一时刻”为任意一个时间点；

P_BCMT为储能装置的充电功率中来自于微型燃气轮机的部分；

Min{P_BCMT}为在满足约束条件和最高优先级子目标函数及第二优先级子目标函数的前提下，所述储能装置的充电功率中来自于微型燃气轮机部分最小的集合。

Ⅳ、总目标函数

考虑到微电网运行工况的复杂性及系统中各变量之间的耦合关系，为使微电网系统能效最大化，采用多目标优化的方法对以上三个优先等级的子目标函数集及其中的各子目标函数设置权重系数，利用基于权重的多目标优化算法求解最优解或次优解。

总目标函数用下式（15）表示：

F=max{f_ee}    （15）；

=w₁(w₁₁+w₁₂+w₁₃+w₁₄+w₁₅)+w₂(w₂₁)+w₃(w₃₁+w₃₂)

式（15）中：

f_ee为所述微电网能量管理系统能效因子；

w₂、w₂、w₃分别为子目标函数集∑₁、∑₂、∑₃的权重系数；

w₁₁、w₁₂、w₁₃、w₁₄、w₁₅、w₂₁、w₃₁、w₃₂分别为子目标函数F₁₁、F₁₂、F₁₃、F₁₄、F₁₅、F₂₁、F₃₁、F₃₂的权重系数，且有w₁+w₂+w₃=1，w₁₁+w₁₂+w₁₃+w₁₄+w₁₅=1，w₂₁=1，w₃₁+w₃₁=1；

分别设w₁=0.7，w₂=0.2，w₃=0.1，w₁₁=w₁₂=0.3，w₁₃=0.2，w₁₄=w₁₅=0.1，w₃₁=w₃₂=0.5，当其中一个子目标函数未能实现时，其权重系数为0。

微网能量调度根据当前微电网的状态判断可实现的子目标函数，并根据(15)式计算总目标函数值，从而得出最优组合，并将结果下发至微电网集中控制层，微电网集中控制层根据微电源与储能装置的协调控制策略和该结果确定各微电源与储能装置的运行状态及发出（吸收）的功率，并将结果上送至微电网能量调度层。所述储能装置可以是蓄电池储能、超级电容器储能、飞轮储能、超导储能、压缩空气储能等形式，以下储能装置简称为储能。

三、能量优化管理系统的实现方法的协调控制策略：

微型燃气轮机采用恒功率PQ方式运行，由能量管理主站根据微电网内的电功率、热功率及冷功率的实时需求设定其发出的有功、无功功率。微电网并网运行时，微型燃气轮机采用“以热（冷）定电”的模式运行，优先满足微网内的冷热负荷。当P_TL<0，即园区电网向微电网输送电功率，且微电网内冷热负荷功率有缺额时，则增大燃气轮机的出力以满足冷热负荷的能量需求，若仍不能满足冷热负荷的能量需求，则由能量管理主站向微型燃气轮机控制器发送指令，调整微型燃气轮机的运行方式，减少电功率的输出，增加其冷热循环功率，直至维持微型燃气轮机输出最低限度电功率而最大限度的输出冷热循环功率（输出电功率需维持最低限度，以保证微网非计划孤网时优先满足微网电功率的需求）；当P_TL>0，即微电网向园区电网输送电功率，且微电网内冷热负荷功率有缺额时，则可在微型燃气轮机输出最低限度电功率的前提下，通过直接燃烧天然气来为冷热负荷提供能量；微电网孤网运行时，微型燃气轮机需要优先满足负荷的电功率需求，保证系统稳定运行。

为最大化利用可再生能源，风机逆变器和光伏逆变器在微电网并网运行时一般以最大输出功率运行，由就地控制器控制风机逆变器和光伏逆变器的功率因数，在孤网运行时则根据微电网中央控制器下发的指令调整各自的功率因数及投切状态。

储能任意时刻的充放电功率在微电源并网运行时由微电网中央控制器设定，在微电网孤网运行时根据逆变器的恒频恒压VF控制策略自行确定，同时也接受能量管理主站下发的调节指令，在并网时削峰填谷平抑微网内的功率波动，孤网时作为主电源保持微电网的电压和频率稳定；无功功率补偿装置根据微电网内的无功功率波动自动调整其输出的无功功率。

电力测控终端每隔一定时间将采集的系统运行工况数据上送至微电网中央控制器，微电网中央控制器根据这些数据执行一次微电源与储能协调控制策略，并根据执行结果向微电网就地控制层发送指令，同时将这些数据和执行结果一并上送至上层的能量管理主站。热力测控终端同样每隔一定时间将采集的系统运行工况数据上送至微电网中央控制器，微电网中央控制器再将这些数据转送至上层的能量管理主站，能量管理主站根据微电源与储能协调控制策略及目标函数确定供热与制冷系统的运行状态。其中微电源与储能协调控制策略如图2~5所示，按照运行工况分为并网运行时微电源与储能的协调控制策略、孤网运行时微电源与储能的协调控制策略、并网转孤网时微电源与储能的协调控制策略和孤网转并网时微电源与储能的协调控制策略。

实施例1

并网运行时微电源与储能的协调控制策略：

并网运行时微电源与储能的协调控制策略如图2所示，图中式①-的表达式如下：

a、判断微电源的有功功率出力是否大于等于负荷与线损有功功率之和，并判断微电源的无功功率出力是否大于等于负荷与线损无功功率之和；用下组并①式表示：

并①：P_W+P_PV+P_EMT≥P_l1+P_l2+……+P_ln+P_loss；

Q_W+Q_PV+Q_EMT+Q_SVC≥Q_l1+Q_l2+……+Q_ln+Q_loss；

b、判断微电源的有功功率出力是否等于负荷与线损有功功率之和；并判断微电源的无功功率出力是否等于负荷与线损无功功率之和；用下组并②式表示：

并②：P_W+P_PV+P_EMT=P_l1+P_l2+……+P_ln+P_loss；

Q_W+Q_PV+Q_EMT+Q_SVC=Q_l1+Q_l2+……+Q_ln+Q_loss；

c、若微电源的有功功率出力小于负荷与线损有功功率之和，微电源的无功功率出力小于负荷与线损无功功率之和，且储能的荷电状态SOC＞SOC_min并选择储能优先模式；判断储能的最大放电有功功率是否能够满足微电网有功功率缺额，并判断储能的最大放电无功功率是否满足微电网无功功率缺额，其中，P_BATMAX为储能能够发出（或吸收）的最大有功功率，Q_BATMAX为储能能够发出（或吸收）的最大无功功率；用下组③式表示：

并③：P_BATMAX≥P_l1+P_l2+……+P_ln+P_loss-P_W-P_PV-P_EMT；

W_BATMAX≥Q_l1+Q_l2+……+Q_ln+Q_loss-Q_W-Q_PV-Q_EMT-Q_SVC；

d、若微电源的有功功率出力大于负荷与线损有功功率之和、微电源的无功功率出力大于负荷与线损无功功率之和，且储能未充满电，判断微电源多出的有功功率是否小于储能的最大充电功率；用下述并④式表示：

并④：P_BATMAX≥P_W+P_PV+P_EMT-P_l1-P_l2-……-P_ln-P_loss；

e、若微电源的有功功率出力小于负荷与线损有功功率之和、微电源的无功功率出力小于负荷与线损无功功率之和，且储能的荷电状态SOC≤SOC_min，则由配电网向微电网输送有功和无功功率，储能处于充电状态；用下组并⑤式表示：

并⑤：P_TL=-(P_l1+P_l2+……+P_ln+P_loss+P_BAT-P_W-P_PV-P_EMT)<0；

Q_TL=-(Q_l1+Q_l2+……+Q_ln+Q_loss-Q_W-Q_PV-Q_EMT-Q_SVC)<0；P_BAT<0；

f、市电优先供电，储能的荷电状态SOC≥SOC_max，则既不充电也不放电，微电网内有功和无功功率缺额依靠配电网补充；用下组并⑥式表示：

并⑥：P_TL=P_l1+P_l2+……+P_ln+P_loss-P_W-P_PV-P_EMT<0；

Q_TL=Q_l1+Q_l2+……+Q_ln+Q_loss-Q_W-Q_PV-Q_EMT-Q_SVC<0；

g、若不能满足微电网无功功率缺额，则储能以额定有功功率和最大无功功率放电依然不能满足上述缺额，配电网向微电网输送有功和无功功率；用下组并⑦式表示：

并⑦：P_BATMAX-P_TL=P_l1+P_l2+……+P_ln+P_loss-P_W-P_PV-P_EMT；

Q_BATMAX-Q_TL=Q_l1+Q_l2+……+Q_ln+Q_loss-Q_W-Q_PV-Q_EMT-Q_SVC；

h、若能满足微电网无功功率缺额，则储能按照功率缺额放电，配电网不向微电网输送有功和无功功率；用下组并⑧式表示：

并⑧：P_BAT=P_l1+P_l2+……+P_ln+P_loss-P_W-P_PV-P_EMT≥0；

Q_BAT=Q_l1+Q_l2+……+Q_ln+Q_loss-Q_W-Q_PV-Q_EMT-Q_SVC≥0；

P_TL=0；Q_TL=0；

i、微电源的有功功率恰好等于负荷有功与线损有功之和，但储能未充满电，则储能按照额定功率充电；用下述并⑨式表示：

并⑨：储能充电，P_TL=P_BAT=-P_BATMAX<0；

j、若微电源的有功功率出力等于负荷与线损有功功率之和、微电源的无功功率出力等于负荷与线损无功功率之和，且储能已充满电，则储能功率为0，微电网与配电网之间交换的有功、无功功率为0；用下述并⑩式表示：

并⑩：储能既不充电也不放电，P_BAT=0；P_TL=0；Q_BAT=0；Q_TL=0；

k、若微电源的有功功率出力大于负荷与线损有功功率之和、微电源的无功功率出力大于负荷与线损无功功率之和，且储能充满电，则微电网向配电网输送有功、无功功率（考虑到园区内各微电网间的距离较短，允许微电网向配电网输送无功功率）；用下组并

式表示：

并

P_TL=P_W+P_PV+P_EMT-P_l1-P_l2-……-P_ln-P_loss>0；

Q_TL=Q_W+Q_PV+Q_EMT+Q_SVC-Q_l1-Q_l2-……-Q_ln-Q_loss>0；

1、接④，微电源有功功率大于负荷有功与线损有功之和，但储能未充满电，则按照此功率差对储能进行充电；用下述并

式表示：

并

P_BAT=-(P_W+P_PV+P_EMT-P_l1-P_l2-……-P_ln-P_loss)<0；P_TL=0；

m、接④，储能以额定功率充电的情况下微网的功率仍有盈余，微电网向配电网输送有功、无功功率；用下组并

式表示：

并

P_BAT=-(P_W+P_PV+P_EMT-P_l1-P_l2-……-P_ln-P_loss)=-P_BATMAX<0；

P_TL=P_W+P_PV+P_EMT-P_BATMAX-P_l1-P_l2-……-P_ln-P_loss>0；

Q_TL=Q_W+Q_PV+Q_EMT+Q_SVC-Q_BATMAX-Q_l1-Q_l2-……-Q_ln-W_loss>0。

实施例2

孤网运行时微电源与储能的协调控制策略：

孤网运行时微电源与储能的协调控制策略如图3所示，图中孤①-

式的表达式如下：

i、判断微电源的有功功率出力是否大于等于负荷与线损有功功率之和，并判断微电源的无功功率出力是否大于等于负荷与线损无功功率之和；用下组孤①式表示：

孤①：P_W+P_PV+P_EMT≥P_l1+P_l2+……+P_ln+P_loss；

Q_W+Q_PV+Q_EMT+Q_SVC≥Q_l1+Q_l2+……+Q_ln+Q_loss；

ii、判断微电源的有功功率出力是否等于负荷与线损有功功率之和，并判断微电源的无功功率出力是否等于负荷与线损无功功率之和；用下组孤②式表示：

孤②：P_W+P_PV+P_EMT=P_l1+P_l2+……+P_ln+P_loss；

Q_W+Q_PV+Q_EMT+Q_SVC=Q_l1+Q_l2+……+Q_ln+Q_loss；

iii、若微电源的有功功率出力小于负荷与线损有功功率之和，并判断微电源的无功功率出力小于负荷与线损无功功率之和，且储能的SOC＞SOC_min，则判断储能的最大放电有功、无功功率是否能够满足微电网有功、无功功率缺额；用下组孤③式表示：

孤③：P_BATMAX≥P_l1+P_l2+……+P_ln+P_loss-P_W-P_PV-P_EMT；

W_BATMAX≥Q_l1+Q_l2+……+Q_ln+Q_loss-Q_W-Q_PV-Q_EMT-Q_SVC；

iv、若微电源的有功功率出力大于负荷与线损有功功率之和，并判断微电源的无功功率出力大于负荷与线损无功功率之和，且储能的SOC≥SOC_max，则判断储能是否能够完全吸收剩余的有功功率；用下述孤④式表示：

孤④：P_BATMAX≥P_W+P_PV+P_EMT-P_l1-P_l2-……-P_ln-P_loss；

v、若微电源的有功功率出力大于负荷与线损有功功率之和，并判断微电源的无功功率出力大于负荷与线损无功功率之和，且储能的SOC≤SOC_min，为了保持微电网在孤网运行时的稳定性，保证重要负荷的供电，必须切除部分非重要负荷，其中P_cl、Q_cl为必须切除的有功、无功负荷；用下组孤⑤式表示：

孤⑤：P_cl=P_l1+P_l2+……+P_ln+P_loss-P_W-P_PV-P_EMT；

Q_cl=Q_l1+Q_l2+……+Q_ln+Q_loss-Q_W-Q_PV-Q_EMT-Q_SVC；

vi、接孤③，储能放电以补充微电源出力缺额；用下组孤⑥式表示：

⑥：P_BAT=P_l1+P_l2+……+P_ln+P_loss-P_W-P_PV-P_EMT>0；

Q_BAT=Q_l1+Q_l2+……+Q_ln+Q_loss-Q_W-Q_PV-Q_EMT-Q_SVC>0；

vii、接孤③，储能以额定有功功率、最大无功功率放电，仍不能满足微网内的功率缺额，必须切除部分非重要负荷；用下组孤⑦式表示：

孤⑦：P_cl=P_l1+P_l2+……+P_ln+P_loss-P_W-P_PV-P_EMT-P_BATMAX；

Q_cl=Q_l1+Q_l2+……+Q_ln+Q_loss-Q_W-Q_PV-Q_EMT-Q_SVC-Q_BATMAX；

P_BAT=P_BATMAX>0；

viii、若微电源的有功功率出力恰好等于负荷与线损有功功率之和，并判断微电源的无功功率出力恰好等于负荷与线损无功功率之和，则储能既不充电也不放电；用下述孤⑧式表示：

孤⑧：P_BAT=0；

ix、若微电源的有功功率出力大于负荷与线损有功功率之和，并判断微电源的无功功率出力大于负荷与线损无功功率之和，且储能的SOC≥SOC_max，为了保持微电网内的功率平衡，必须切除部分不可控微电源（或减少部分可控微电源的出力）；用下组孤⑨式表示：

孤⑨：P_cp=P_W+P_PV+P_EMT-P_l1-P_l2-……-P_ln-P_loss；

Q_cp=Q_W+Q_PV+Q_EMT+Q_SVC-Q_l1-Q_l2-……-Q_ln-Q_loss；

x、接孤④：储能充电吸收微电网内多出的功率；

⑩：P_BAT=-(P_W+P_PV+P_EMT-P_l1-P_l2-……-P_ln-P_loss)<0；

xi、接孤④：储能充电，但不能完全吸收微电网内多出的功率，因此必须部分不可控微电源（或减少部分可控微电源的出力）；

P_cp=P_W+P_PV+P_EMT-P_BATMAX-P_l1-P_l2-……-P_ln-P_loss；

P_BAT=-P_BATMAX<0。

实施例3

微电网运行模式转换时微电源与储能的协调控制策略：

微电网并网转孤网时微电源与储能的协调控制策略如图4所示，图中式①-

与图2中的相同，式孤⑤-孤

分别与图3中的式⑤~

相同；微电网孤网转并网时微电源与储能的协调控制策略如图5所示，图中式①-

与图3中的相同，式并⑤-并

分别与图2中的式⑤-

相同。

在上述逻辑判断过程中，有功功率与无功功率分开来独立判断。

实施例4

以微电网1为例，其结构如图6所示。风电、光伏、负荷选取某典型日的功率曲线如附图7所示，按照并网运行时微电源与储能的协调控制策略，如图2所示。各微电源、储能运行状态及联络线功率状态见表1所示，微燃气轮机、储能及联络线功率曲线如图7所示。

00：00-05：00光伏出力为0，风机出力较小，微型燃气轮机按照以热定电的方式运行，出力减小，三者出力之和不能满足负荷需求，微电网中央控制器根据此时的系统运行状态进行判断，按照并网状态⑥进行控制，储能SOC≥SOC_max，但既不充电也不放电，微电源与负荷之间的差值由配电网提供，配电网向微电网送电。

05：00-06：00负荷逐渐减小，光伏出力为0，微燃气轮机出力减小，考虑到中午光伏出力会显著增加，但是考虑到上午负荷较小而光伏出力逐渐增加，风机出力亦会有所上升，微电源出力会大于负荷功率，因此，储能SOC≥SOC_max，从05：00开始放电，但由于风光储气功率仍不能满足负荷大小，因此储能采用智能增强模式放电，风光储气功率与负荷之间的差值由配电网进行补充，系统运行于并网状态⑦。

06：00-07：00负荷继续减小，光伏出力持续增加，微燃气轮机出力减小，储能放电，由于此时风光储气功率足以满足负荷的需求，因此联络线功率为0，系统运行于并网状态⑧。

07：00-08：30负荷增加，光伏出力依然增加，风机出力减小，微燃气轮机出力依然在减小，储能放电，但由于风光储气功率小于负荷功率，因此，配电网再次向微电网送电，系统再次运行于状态⑦。

08：30-09：30储能SOC＜SOC_min，从放电模式转为充电模式，配电网向微电网送电，系统运行于并网状态⑨。

09：30-10：30负荷增加，光伏出力增加，风机出力减小，微燃气轮机出力减小，由于储能SOC＜SOC_min，因此储能转为充电模式，风电、光伏与微燃气轮机出力之和小于负荷，因此配电网向微电网送电，系统运行于并网状态⑤。

10：30风光储气出力等于负荷与储能充电功率之和，系统运行于并网状态

10：30-11：00负荷大幅增加，光伏出力显著增加，风机出力增加，微燃气轮机出力增加，此时段内风光储气出力大于负荷与储能充电功率之和，微电网向配电网送电，因此系统运行于并网状态

11：00-13：40负荷增加，光伏出力先增加后减少，风机出力增加，微燃气轮机出力增加，此时储能SOC≥SOC_max，停止充电，由于风光储气出力大于负荷，微电网向配电网送电，系统运行于并网状态

13：40负荷持续增加，光伏出力迅速减小，风电、光伏与微燃气轮机出力之和等于负荷大小，联络线功率为0，系统运行于并网状态⑩。

13：40-21：00光伏出力显著减小直至17：00减小为0，风电、光伏与微燃气轮机出力之和小于负荷，储能SOC≥SOC_max不充不放，配电网向微电网送电，系统运行于并网状态⑥。

21：00风电与微燃气轮机出力之和等于负荷功率，联络线功率为0，储能SOC≥SOC_max不充不放，系统运行于并网状态⑩。

21：00-00：00负荷增加，光伏出力为0，风机出力增加，微燃气轮机出力增加，由于风电与微燃气轮机出力之和小于负荷，配电网向微电网送电，系统重新运行于并网状态⑥。微电网并网运行时微电源、储能运行状态及联络线功率状态如下表1所示：

表1微电网并网运行时微电源、储能运行状态及联络线功率状态

注：联络线功率设定为微电网向配电网输送功率为正，配电网向微电网输送功率为负。

由图7所示，按照并网运行时的协调控制策略，储能在微电源与负荷之间的功率差最大的时候进行充放电，能够显著的减小微电网联络线上的交换功率，充分发挥储能调节微电网功率平衡的作用，最大限度的利用可再生能源，实现微电网能量管理系统能效最大化。

本发明提供了一种应用于清洁能源优化管理领域的基于微网的园区能源网能量优化管理系统及其实现方法。该能量优化管理系统由园区能源调度和微电网能量管理来实现，其中微电网能量管理又分为三层结构：上层的微网能量调度层、中间的微电网集中控制层、下层的微电源、储能和负荷就地控制层。能量优化管理系统的实现方法的约束条件由微电网集中控制层来保证，各微电源或储能的出力由微电网中央控制器中的微电源与储能协调控制策略来决定；目标函数包含三个不同等级的子目标函数集，通过基于权重的多目标优化算法计算各种状态下的目标函数，最高优先级和第二优先级子目标函数的实现有赖于微电网能量管理主站发送的指令，第三优先级的目标函数的实现依靠微网能量调度的指令。

本发明充分利用智能微电网技术，克服分布式电源随机性和间歇性的缺陷，减小其并网对配电网造成的影响，优化能源结构，解决园区能源网中多个微电网之间以及微电网内多种微电源之间的互补问题，满足微电网内各种负荷的电能和热能需求，实现各种清洁能源的最优化利用和系统能效最大化。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (18)

1.一种基于微电网的园区能源网能量优化管理系统，其特征在于，所述能量优化管理系统由园区能源调度中心和n个微电网能量管理系统组成；

所述n个微电网能量管理系统接收来自所述园区能源调度中心的指令；

每个所述微电网能量管理系统包括微电网能量调度层、微电网集中控制层以及微电源、储能和负荷就地控制层；所述微电网能量调度层与微电网集中控制层之间采用通信方式进行通信；所述微电网集中控制层与微电源、储能和负荷就地控制层之间采用通信方式进行通信。

2.如权利要求1所述的能量优化管理系统，其特征在于，所述通信方式为现场总线协议，包括BACnet、LonWorks、ModBus或电力系统通信协议，包括IEC101、IEC104。

3.如权利要求1所述的能量优化管理系统，其特征在于，所述微电网能量调度层接收来自所述园区能源调度中心的指令，将微电网内的电气量信息传送到所述园区能源调度中心，并向微电网集中控制层下发指令。

4.如权利要求1所述的能量优化管理系统，其特征在于，所述微电网集中控制层包括能量管理主站、微电网中央控制器、电力测控终端、热力测控终端和环境监测仪；

所述微电网控制器接收来自所述能量管理主站的指令；

所述电力测控终端、热力测控终端和环境监测仪采集的微电源、储能和负荷的各种运行数据及气象环境数据；所述各种运行数据包括微电网的电压、电流、频率和功率。

5.如权利要求3所述的能量优化管理系统，其特征在于，所述能量管理主站包括运行监控系统和能量管理系统；

所述运行监控系统接收由所述电力测控终端、热力测控终端和环境监测仪采集微电源、储能和负荷的各种运行数据及气象环境数据，并存储在微电网运行监控系统数据库中；

所述能量管理系统对微电网进行风电、光伏出力预测和负荷预测。

6.如权利要求1所述的能量优化管理系统，其特征在于，所述微电源、储能和负荷就地控制层包括就地控制器和就地保护设备；

所述就地控制器和就地保护设备接收微电网集中控制层的指令，实现对微电源和储能就地控制，以及对微电源、储能和负荷的投切。

7.如权利要求6所述的能量优化管理系统，其特征在于，所述就地控制器包括微型燃气轮机控制器、储能控制器、光伏控制器、风机控制器和负荷控制器；所述就地保护设备为微电网内配置的各类保护装置，包括线路保护、母线保护及各种电气设备的保护；

所述微型燃气轮机控制器、储能控制器、光伏控制器、风机控制器和负荷控制器分别对微型燃气轮机、储能装置、光伏、风机和负荷进行控制。

8.一种基于微电网的园区能源网能量优化管理系统的实现方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

A、确定约束条件；

B、确定目标函数；

C、确定协调控制策略；

D、对所述园区能源网的能量进行优化管理。

9.如权利要求8所述的能量优化管理系统的实现方法，其特征在于，所述步骤A中，所述约束条件为微电网的实时电功率平衡、热功率平衡、冷功率平衡、电压稳定和频率稳定；所述约束条件用下述式（1）-（6）表示：

P_W+P_PV+P_BAT+P_EMT=P_l1+P_l2+……+P_ln+P_loss+P_TL    （1）；

Q_W+Q_PV+Q_BAT+Q_EMT+Q_SVC=Q_l1+Q_l2+……+Q_ln+Q_loss+Q_TL    （2）；

P_HMT=P_hl1+P_hl2+……+P_hln+P_hloss    （3）；

P_CMT=P_cl1+P_cl2+……+P_cln+P_closs    （4）；

f_min≤f≤f_max    （5）；

U_min≤U≤U_max    （6）；

式（1）-（4）中：

P_W为所述风机输出的有功功率；Q_W为所述风机输出的无功功率；

P_PV为所述光伏输出的有功功率；Q_PV为所述光伏输出的无功功率；

P_BAT为所述储能装置输出的有功功率；Q_BAT为所述储能装置输出的无功功率；令放电时P_BAT为正，充电时为负；放电时Q_BAT为正或0，充电时为0；

P_EMT为所述微型燃气轮机输出的有功功率；Q_EMT为所述微型燃气轮机输出的无功功率；

P_l1，P_l2，……P_ln为负荷l1，l2……ln的有功功率；

Q_l1，Q_l2，……Q_ln为负荷l1，l2……ln的无功功率；

P_loss为微电网输电线路上损耗的有功功率；Q_loss为微电网输电线路上损耗的无功功率；

P_TL为微电网与配电网之间的联络线上传输的有功功率；Q_TL为微电网与配电网之间的联络线上传输的无功功率；令功率从微电网流向配电网为正，从配电网流向微电网为负；

Q_SVC为无功功率补偿设备发出的无功功率；

P_HMT为所述微型燃气轮机的热循环功率；P_CMT为所述微型燃气轮机的冷循环功率；

P_hl1，P_hl2，……P_hln为热负荷hl1，hl2……hln的热功率；

P_cl1，P_cl2，……P_cln为冷负荷cl1，cl2……cln的冷功率；

式（5）-（6）中：

f为微电网频率；U为微电网并网点电压；

f_max，f_min为微电网正常运行所允许的最大、最小频率；

U_max，U_min为微电网正常运行所允许的最大、最小电压。

10.如权利要求8所述的能量优化管理系统的实现方法，其特征在于，所述步骤B中，以微电网系统能效最大化为总目标函数，通过三个子目标函数集来实现；

所述子目标函数集包括最高优先级子目标函数集、第二优先级子目标函数集和第三优先级子目标函数集。

11.如权利要求10所述的能量优化管理系统的实现方法，其特征在于，所述最高优先级子目标函数集和第二优先级子目标函数集根据所述能量管理主站发送的指令实现；所述第三优先级的目标函数集根据所述微网能量调度层的指令实现。

12.如权利要求10所述的能量优化管理系统的实现方法，其特征在于，所述最高优先级子目标函数集为∑₁={F₁₁,F₁₂,F₁₃,F₁₄,F₁₅}，对应的目标函数分别用下述式（7）-（11）表示：

F₁₁：P_W+P_PV+P_BAT+P_MT≥P_l1+P_l2+……+P_ln+P_loss    （7）；

F₁₂：Q_W+Q_PV+Q_BAT+Q_MT+Q_SVC≥Q_l1+Q_l2+……+Q_ln+Q_loss    （8）；

F₁₃：W_W+W_PV-W_BAT+W_MT≥W_l1+W_l2+……+W_ln+W_loss    （9）；

$F_{14}:\underset{\mathrm{\&Delta;t}\&RightArrow;0}{\lim }\frac{\mathrm{\&Delta;f}}{\mathrm{\&Delta;t}}=0---\left(10\right);$

$F_{15}:\underset{\mathrm{\&Delta;t}\&RightArrow;0}{\lim }\frac{\mathrm{\&Delta;U}}{\mathrm{\&Delta;t}}=0---\left(11\right);$

式（9）-（11）中：

W_W为一定时间内风机的发电量；W_PV为一定时间内的光伏发电量；

W_BAT为储能装置一定时间内的自耗电量，即为储能装置发出电量与吸收电量之差；

W_MT为微型燃气轮机一定时间内的发电量；

W_l1为负荷l1，l2……ln一定时间内消耗的电量；

W_loss为微电网输电线路上一定时间内损耗的电量；

为微电网母线上的频率波动率；为微电网母线上的电压波动率。

13.如权利要求10所述的能量优化管理系统的实现方法，其特征在于，所述第二优先级子目标函数集为∑₂={F₂₁}，对应的目标函数用下述式（12）表示：

F₂₁：C_MT=Min{C_MT}    （12）；

式（12）中：

C_MT为所述微型燃气轮机的耗气量；

Min{C_MT}为在满足约束条件和最高优先级子目标函数的前提下，所述微型燃气轮机的最小耗气量集合。

14.如权利要求10所述的能量优化管理系统的实现方法，其特征在于，所述第三优先级子目标函数集为∑₃={F₃₁,F₃₂}，对应的目标函数分别为：

F₃₁：P_W=P_WMAX；P_PV=P_PVMAX    （13）；

F₃₂：P_BCMT=Min{P_BCMT}    （14）；

式（13）-（14）中：

P_WMAX为风机某一时刻能发出的最大有功功率；

P_PVMAX为光伏某一时刻能发出的最大有功功率；

P_BCMT为储能装置的充电功率中来自于微型燃气轮机的部分；

Min{P_BCMT}为在满足约束条件和最高优先级子目标函数及第二优先级子目标函数的前提下，所述储能装置的充电功率中来自于微型燃气轮机部分最小的集合。

15.如权利要求10所述的能量优化管理系统的实现方法，其特征在于，所述总目标函数用下式（15）表示：

F=max{f_ee}    （15）；

=w₁(w₁₁+w₁₂+w₁₃+w₁₄+w₁₅)+w₂(w₂₁)+w₃(w₃₁+w₃₂)

式（15）中：

f_ee为所述微电网能量管理系统能效因子；

w₂、w₂、w₃分别为子目标函数集∑₁、∑₂、∑₃的权重系数；

w₁₁、w₁₂、w₁₃、w₁₄、w₁₅、w₂₁、w₃₁、w₃₂分别为子目标函数F₁₁、F₁₂、F₁₃、F₁₄、F₁₅、F₂₁、F₃₁、F₃₂的权重系数，且有w₁+w₂+w₃=1，w₁₁+w₁₂+w₁₃+w₁₄+w₁₅=1，w₂₁=1，w₃₁+w₃₁=1；

分别设w₁=0.7，w₂=0.2，w₃=0.1，w₁₁=w₁₂=0.3，w₁₃=0.2，w₁₄=w₁₅=0.1，w₃₁=w₃₂=0.5，当其中一个子目标函数未能实现时，其权重系数为0。

16.如权利要求8所述的能量优化管理系统的实现方法，其特征在于，所述步骤C中，确定微电源与储能的协调控制策略；所述协调管理策略按照运行工况分为并网运行时微电源与储能的协调控制策略、孤网运行时微电源与储能的协调控制策略、并网转孤网时微电源与储能的协调控制策略和孤网转并网时微电源与储能的协调控制策略。

17.如权利要求8所述的能量优化管理系统的实现方法，其特征在于，所述步骤D中，根据所述约束条件、总目标函数和协调控制策略对所述微电网能量优化管理系统进行优化管理。

18.如权利要求17所述的能量优化管理系统的实现方法，其特征在于，所述约束条件由所述微电网中央控制器中的不同工况下的微电源与储能协调控制策略保证；根据不同工况下的微电源与储能协调控制策略的执行结果向所述微电源控制器发送指令。

Images