CN107104429A - 一种计及分布式储能系统的电力系统负荷调度方法 - Google Patents

一种计及分布式储能系统的电力系统负荷调度方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种计及分布式储能系统的电力系统负荷调度方法，首先建立含分布式储能系统的电力系统模型；然后设定各节点功率初值，并根据约束条件，建立节点互联矩阵；最后利用各节点功率初值和节点互联矩阵对各节点功率值进行更新，得到稳定状态时各节点平衡功率值。本发明将满足约束条件下重新计算的各节点平衡功率值与储能系统不受约束条件下的值进行比较，给出算例分析，验证所提方法有效性。

Description

一种计及分布式储能系统的电力系统负荷调度方法
技术领域：
发明涉及一种计及分布式储能系统的电力系统负荷调度方法，属于电力系统电力负荷调度领域。
背景技术：
近年来，随着智能电网、可再生能源发电、分布式发电与微电网、以及电动汽车的蓬勃发展，储能技术的研究和应用越来越受到世界各国的重视，取得了快速的发展。分布式储能系统的应用涉及到配用电系统中的各个环节，具有广泛的应用前景。充分发挥分布式储能设备的作用能够有效的提高系统的运行可靠性、改善系统的电能质量、提高配电网中可再生能源的接入能力、增加电网和用户的经济效益，为智能配电网的发展提供有力支撑。与大规模、集中式的储能系统相比，分布式储能系统对接入位置的环境、自然条件限制较少，接入电网的方式更加灵活，在配电网、微电网、分布式电源侧，以及用户侧都可以发挥独特的作用。
电力系统的稳定运行要求各节点功率稳定，在有储能装置的节点上，保证其节点功率稳定在约束范围内，是电力工作者研究的重要课题，目前含约束条件的储能装置被广泛应用到各种系统中，并且取得较好效果；然而，对含约束条件的分布式储能系统的研究却很少涉及，因此本发明提出一种计及分布式储能系统的电力系统负荷调度方法，在满足约束条件下，对电力负荷进度调度，以期达到良好效果。
发明内容
发明目的：针对传统集中式储能系统的不足，本发明提供一种计及分布式储能系统的电力系统负荷调度方法。
技术方案：本发明提出一种计及分布式储能系统的电力系统负荷调度方法，包括如下步骤：
(1)建立含分布式储能系统的电力系统模型，得到系统净有功功率最大化的目标函数。所述电力系统模型为：
式中，PG,t表示电机t的发电功率，Sg表示分布式储能系统中电机集合；PL,i表示负荷节点i的功率，Sl表示负荷节点集；PB,r表示储能节点r的功率，Sb表示储能节点集。
(2)设定各储能节点功率初值，建立节点互联矩阵。为了仿真方便，各节点功率初值设定为[35 30 35 20 30]；节点互联矩阵D由节点互联系数组成，以dij表示节点i和节点j之间的互联系数，则dij须满足约束条件：
式中，Ni表示与节点i相邻的节点总数，Nj表示与节点j相邻的节点总数，由所有节点互联系数可组成节点互联矩阵D为：
(3)利用各节点功率初值和节点互联矩阵对各节点功率值进行更新，判断更新后的功率值是否满足功率上下界约束，若满足，则得到稳定状态时各节点平衡功率值，否则，继续进行更新。考虑到各储能节点的功率上下界约束，各节点功率须满足：
式中，表示储能节点i在k次迭代的功率，表示储能节点i最小功率，表示储能节点i最大功率，ai和bi表示节点i的常系数值，表示节点i的成本增量在k次迭代值。
在该约束条件下，总净有功功率最大化的目标函数为：
各节点功率值的更新方法为：
式中，ε是一个很小的正值，可以控制收敛速度，表示节点i在第k次迭代的净有功功率。
有益效果：分布式电源的接入，给电网的安全稳定运行带来新的挑战，虽然分布式电源大多都是清洁能源，但是清洁能源的稳定控制至今仍是一项重要的技术问题；现有技术中，不少专家学者对分布式电源进行稳定研究，取得一些成果；但基于一致性算法，并且考虑分布式电源上下界约束的问题至今鲜有研究，因此本发明提出一种计及分布式储能系统的电力系统负荷调度方法，在满足约束条件下，对电力负荷进度调度，并达到了良好效果。
附图说明
图1：本发明方法流程图；
图2：含分布式电源的IEEE5节点系统图；
图3：约束条件下各节点功率图；
图4：约束条件下总功率图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
(1)建立含分布式储能系统的电力系统模型。微网中的有功功率平衡方程可表示为：
式中，PG,t表示电机t的发电功率，Sg表示分布式储能系统中电机集合；PL,i表示负荷节点i的功率，Sl表示负荷节点集；PB,r表示储能节点r的功率，Sb表示储能节点集，本发明中用到的储能装置为蓄电池，其工作状态有两种，即充电状态和放电状态；令ηC,r表示蓄电池充电系数，ηD,r表示蓄电池放电系数，当储能装置工作在充电状态时，其充电功率为：
PBC,r＝PB,rηC,r
反之当放电功率为：
PBD,r＝PB,r/ηC,r
(2)微网中来自储能装置的总的净有功功率可表示为：
当PT为正时，须要求储能装置工作在充电状态；当PT为负时，须要求储能装置工作在放电状态。为了确保微网中功率供需平衡，需要调整储能装置的充放电状态，故有：
在储能系统不受约束时，目标函数可表示为：
(3)在储能系统不受约束条件下，各节点功率值更新方法为：
式中，表示节点i的成本增量在k+1次迭代值，Ni表示与节点i相邻的节点总数，dij表示节点i和节点j之间的互联系数，且满足约束条件：
ε是一个很小的正值，可以控制收敛速度，表示节点i在第k次迭代的净有功功率，表示储能节点i在第k+1次迭代功率值，ai和bi表示节点i的常系数值。对以上更新方法进行处理，得到矩阵形式：
式中， G＝[a1/b1,a2/b2,…,an/bn]，B＝diag([1/2b1,1/2b2,…,1/2bn])，D表示节点互联矩阵，有
(4)考虑储能装置受到约束时，储能节点功率须满足：
式中，表示储能节点i最大功率，表示储能节点i最大功率，当储能节点功率值小于该节点容许最小值时，则该节点功率值用最小功率值代替，反之如果储能节点功率值大于该节点容许最大值，那么该节点功率值等于最大值。在该约束条件下，可得目标函数：
在储能装置受到约束条件时，各节点功率更新值为：
A:初始值设定
B:更新方程
算例分析：
将利用本发明方法得到的满足约束条件的储能系统各节点平衡功率值与不受约束条件下的值相比较，来验证所提方法有效性：
本发明测试的算例为含分布式储能装置的IEEE5节点系统，其系统图如图2所示。利用本发明提出的方法，得到仿真结果如图3和图4所示，图3给出各节点功率值，图4给出总功率值，可以看出各节点功率值在第5s后保持恒定，并且没有功率超出限制，总功率值收敛到150kW，从而验证所提方法有效性。

Claims (5)

1.一种计及分布式储能系统的电力系统负荷调度方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)建立含分布式储能系统的电力系统模型，得到系统净有功功率最大化的目标函数；
(2)设定各储能节点的功率初值，建立节点互联矩阵；
(3)利用各节点功率初值和节点互联矩阵对各节点功率值进行更新，判断更新后的功率值是否满足功率上下界约束，若满足，则得到稳定状态时各节点平衡功率值，否则，继续进行更新。
2.根据权利要求1所述的计及分布式储能系统的电力系统负荷调度方法，其特征在于，所述电力系统模型为：
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式中，PG,t表示电机t的发电功率，Sg表示分布式储能系统中电机集合；PL,i表示负荷节点i的功率，Sl表示负荷节点集；PB,r表示储能节点r的功率，Sb表示储能节点集。
所述系统净有功功率最大化的目标函数为：
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式中，ηC,r表示蓄电池充电系数，PT表示净有功功率。
3.根据权利要求1所述的计及分布式储能系统的电力系统负荷调度方法，其特征在于，所述步骤2中各节点功率初值设定为[35 30 35 20 30]。
4.根据权利要求1所述的计及分布式储能系统的电力系统负荷调度方法，其特征在于，所述步骤2中节点互联矩阵D由节点互联系数组成，以dij表示节点i和节点j之间的互联系数，则dij须满足约束条件：
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式中，Ni表示与节点i相邻的节点总数，Nj表示与节点j相邻的节点总数，由所有节点互联系数可组成节点互联矩阵D为：
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5.根据权利要求1所述的计及分布式储能系统的电力系统负荷调度方法，其特征在于，所述步骤3中考虑到各储能节点的功率上下界约束，各节点功率须满足：
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式中，表示储能节点i在k次迭代的功率，表示储能节点i最小功率，表示储能节点i最大功率，ai和bi表示节点i的常系数值，表示节点i的成本增量在k次迭代值。
各节点功率值的更新方法为：
<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>r</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <msub> <mi>N</mi> <mi>i</mi> </msub> </munderover> <msub> <mi>d</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <msubsup> <mi>r</mi> <mi>j</mi> <mi>k</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>&amp;epsiv;P</mi> <mrow> <mi>T</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> <mi>k</mi> </msubsup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> <mi>min</mi> </msubsup> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>a</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>r</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>b</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>&lt;</mo> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> <mi>min</mi> </msubsup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>a</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>r</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>b</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> <mi>min</mi> </msubsup> <mo>&amp;le;</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>a</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>r</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>b</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;le;</mo> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> <mi>max</mi> </msubsup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> <mi>max</mi> </msubsup> <mo>,</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>a</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>r</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>b</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>&gt;</mo> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> <mi>max</mi> </msubsup> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>T</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <msub> <mi>N</mi> <mi>i</mi> </msub> </munderover> <msub> <mi>d</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>T</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> <mi>k</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>B</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> <mi>k</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
式中，ε是一个很小的正值，可以控制收敛速度。
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