CN103972929A - 一种微网功率分配优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微网功率分配优化控制方法，包括步骤：建立微网内各个分布式电源模型；以微网内功率平衡作为约束条件，应用拉格朗日乘子法，形成微网运行成本的目标函数；通过最优控制算法实时计算出使目标函数达到最小值所对应的各分布式电源的输出功率；将所述计算出的各输出功率下发到各分布式电源控制器。本发明能自动跟随负荷的变化，合理分配微网内各分布式电源输出功率，使微网运行成本达到最小。

Description

一种微网功率分配优化控制方法

技术领域

本发明涉及分布式发电和智能电网控制领域，具体涉及一种微网中各分布式电源功率分配的控制方法。

背景技术

微网系统中，所包含的发电单元的类型及渗透率、负荷特性和电能质量的约束、微网系统的运行方式、所采取的电力市场和能源政策，与传统电力系统存在较大区别。若想使微网系统成功并入现有电力系统运行并得以推广，其经济性、环境友好性将是关键之所在。因而，在确保微网系统及主网系统安全稳定的基础上，微网系统的经济运行优化成为对其微网控制及能量管理研究中的一个重要内容。

微网经济运行控制是在保证微网稳定运行的前提条件下，以微网系统运行成本最低为目的，充分利用可再生能源，合理分配微网内各分布式电源的输出功率，保证整个微网的经济最优运行。因此，设计有效的功率分配优化控制方法，是本领域技术人员致力于努力的方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微网功率分配优化控制方法，能自动跟随负荷的变化，合理分配微网内各分布式电源输出功率，使微网运行成本达到最小。

实现上述目的的技术方案是：

一种微网功率分配优化控制方法，包括下列步骤：

步骤S1，建立微网内各个分布式电源模型；

步骤S2，以微网内功率平衡作为约束条件，应用拉格朗日乘子法，形成微网运行成本的目标函数；

步骤S3，通过最优控制算法实时计算出使目标函数达到最小值所对应的各分布式电源的输出功率；

步骤S4，将所述计算出的各输出功率下发到各分布式电源控制器。

进一步地，所述分布式电源模型包括：

同步发电机燃料消耗成本与输出功率之间的模型，表示为：

F₁＝a₁P₁ ²+b₁P₁+c₁

式中：F₁——同步发电机燃料消耗成本；

P₁——同步发电机的输出功率；

a₁——同步发电机的燃料消耗成本与输出功率表达式二次项系数；

b₁——同步发电机的燃料消耗成本与输出功率表达式一次项系数；

c₁——同步发电机的燃料消耗成本与输出功率表达式常数项系数；

光伏发电功率与光伏运行管理成本之间模型，表示为：

F₂＝f(P₂)

式中：F₂——光伏运行管理成本；

P₂——光伏发电功率；

储能电池输出功率与储能运行管理成本之间模型，表示为：

F₃＝f(P₃)

式中：F₃——储能电池输出功率；

P₃——储能运行管理成本。

进一步地，所述步骤S2中的约束条件：

$\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}P=P_L,$ P_iMin≤P_i≤P_iMAX；

其中：表示微网内各分布式电源输出功率之和；P_L表示微网内负荷总消耗功率；P_i、P_iMin、P_iMAX分别表示微网内各分布式电源的发电功率、最小发电功率和最大发电功率。

进一步地，应用拉格朗日乘子法求解，引入拉格朗日条件条件乘子λ，形成如下目标函数：

$F={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{n}f\left(p\right)-\mathrm{\λ}({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{n}P-P_L)$

式中：表示综合了同步发电机、光伏、储能等微网内各种分布式电源的模型；

F表示微网系统内各分布式电源的燃料消耗成本和运行管理成本等之和；

通过最优控制算法实时计算出使目标函数达到最小值，也就是使微网运行成本达到最小值，所对应的各分布式电源输出功率。

本发明的有益效果是：本发明基于最优控制原理，通过机理或测试法建立微网内各分布式电源的模型(各分布式电源与消耗成本、管理运行成本之间的关系)，以求微网运行成本的最小值为目标函数，并且以微网内功率平衡最为约束条件，最后通过最优控制原理中的拉格朗日乘子法对其求解。通过相应计算，可以得到各分布式电源所应发出的功率。微网系统能自动跟随负荷的变化，通过微网功率分配优化控制算法，在满足微网系统稳定运行的前提下，自动分配微网内各分布式电源的输出功率，使微网运行成本达到最小。

附图说明

图1是本发明的微网功率分配优化控制方法的流程图；

图2是微网控制系统结构图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1，本发明的微网功率分配优化控制方法，包括步骤：

步骤S1，建立微网内各个分布式电源模型，包括：

同步发电机燃料消耗成本与输出功率之间的模型，表示为：

F₁＝a₁P₁ ²+b₁P₁+c₁

式中：F₁——同步发电机燃料消耗成本；

P₁——同步发电机的输出功率；

a₁——同步发电机的燃料消耗成本与输出功率表达式二次项系数；

b₁——同步发电机的燃料消耗成本与输出功率表达式一次项系数；

c₁——同步发电机的燃料消耗成本与输出功率表达式常数项系数；

光伏发电功率与光伏运行管理成本之间模型，表示为：

F₂＝f(P₂)

式中：F₂——光伏运行管理成本；

P₂——光伏发电功率；

储能电池输出功率与储能运行管理成本之间模型，表示为：

F₃＝f(P₃)

式中：F₃——储能电池输出功率；

P₃——储能运行管理成本；

步骤S2，以微网内功率平衡作为约束条件，即：

$\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}P=P_L,$ P_iMin≤P_i≤P_iMAX；

其中：表示微网内各分布式电源输出功率之和；P_L表示微网内负荷总消耗功率；P_i、P_iMin、P_iMAX分别表示微网内各分布式电源的发电功率、最小发电功率和最大发电功率。

并应用拉格朗日乘子法，引入拉格朗日条件乘子λ，形成微网运行成本的目标函数：

$F={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{n}f\left(p\right)-\mathrm{\λ}({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{n}P-P_L)$

式中：(a)表示综合了同步发电机、光伏、储能等微网内各种分

布式电源的模型。

(b)F表示微网系统内各分布式电源的燃料消耗成本和运行管理成本等之和。

目标函数选取原则：在维持微网电压和频率稳定的前提下，通过最优控制算法计算出微网中各分布式电源所应发出的功率，使微网系统总的运行成本最低。

步骤S3，通过最优控制算法实时计算出使目标函数达到最小值，也就是使微网运行成本达到最小值，所对应的各分布式电源的输出功率；

步骤S4，将计算出的各输出功率下发到各分布式电源控制器，实现分配优化控制。

请参阅图2，微网控制系统结构分三层结构，最下面的是第一层，是微电源控制器(如DG表示分布式电源控制器和ES表示储能控制器)根据本地信息就地对各种微电源进行控制；第二层是微网中央控制系统，负责微网整体协调控制，本发明所涉及的微网功率分配优化控制算法，是基于微网中央控制系统这个平台上，进行编程实现。第三层是微网能源管理系统(MEMS)，实现对分布式发电供能系统的电源进行优化调度和合理分配出力，保证微网安全、稳定、经济运行。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (4)

1.一种微网功率分配优化控制方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤S1，建立微网内各个分布式电源模型；

步骤S2，以微网内功率平衡作为约束条件，应用拉格朗日乘子法，形成微网运行成本的目标函数；

步骤S3，通过最优控制算法实时计算出使目标函数达到最小值所对应的各分布式电源的输出功率；

步骤S4，将所述计算出的各输出功率下发到各分布式电源控制器。

2.根据权利要求1所述的微网功率分配优化控制方法，其特征在于，所述分布式电源模型包括：

同步发电机燃料消耗成本与输出功率之间的模型，表示为：

F₁＝a₁P₁ ²+b₁P₁+c₁

式中：F₁——同步发电机燃料消耗成本；

P₁——同步发电机的输出功率；

a₁——同步发电机的燃料消耗成本与输出功率表达式二次项系数；

b₁——同步发电机的燃料消耗成本与输出功率表达式一次项系数；

c₁——同步发电机的燃料消耗成本与输出功率表达式常数项系数；

光伏发电功率与光伏运行管理成本之间模型，表示为：

F₂＝f(P₂)

式中：F₂——光伏运行管理成本；

P₂——光伏发电功率；

储能电池输出功率与储能运行管理成本之间模型，表示为：

F₃＝f(P₃)

式中：F₃——储能电池输出功率；

P₃——储能运行管理成本。

3.根据权利要求1所述的微网功率分配优化控制方法，其特征在于，所述步骤S2中的约束条件：

$\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}P=P_L,$ P_iMin≤P_i≤P_iMAX；

其中：表示微网内各分布式电源输出功率之和；P_L表示微网内负荷总消耗功率；P_i、P_iMin、P_iMAX分别表示微网内各分布式电源的发电功率、最小发电功率和最大发电功率。

4.根据权利要求3所述的微网功率分配优化控制方法，其特征在于，应用拉格朗日乘子法求解，引入拉格朗日条件条件乘子λ，形成如下目标函数：

$F={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{n}f\left(p\right)-\mathrm{\λ}({\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{n}P-P_L)$

式中：表示综合了同步发电机、光伏、储能等微网内各种分布式电源的模型；

F表示微网系统内各分布式电源的燃料消耗成本和运行管理成本等之和；

通过最优控制算法实时计算出使目标函数达到最小值，也就是使微网运行成本达到最小值，所对应的各分布式电源输出功率。