CN108199369A - 面向多种电力市场准入关联的地域性微电网低成本优化运营方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向多种电力市场准入关联的地域性微电网低成本优化运营方法，首先建立微电网低成本运行目标函数模型；其次，计算出微电网低成本运行目标函数模型的最优值，确立微电网的低成本优化运行模式；最后，按微电网的低成本优化运行模式运行电网。本发明采用的技术方案，能获得更佳的优化策略，提升微电网运行效率和经济性。

Description

面向多种电力市场准入关联的地域性微电网低成本优化运营 方法

技术领域

本发明涉及电力运行控制技术领域，具体涉及微电网优化运营方法。

背景技术

近年来，分布式电源(DG)与微网技术的应用在智能电网建设中的作用越来越凸显。微电网技术为不同种类的分布式电源在不同电压等级接入电网提供了接口，是提高可再生能源利用效率的有效方式。

在微电网规划与综合运行中，如何综合考虑常规用电设备群、电储能、光伏系统以及用户转变，制定微电网经济运行策略，有助于解决分布式电源的大规模接入给电网带来的问题，提高可再生能源利用效率、电力系统可靠性和灵活性等方面具有显著的意义和价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种面向多种电力市场准入关联的地域性微电网低成本优化运营方法，提升电网运行的经济性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：面向多种电力市场准入关联的地域性微电网低成本优化运营方法，首先建立微电网低成本运行目标函数模型；其次，计算出微电网低成本运行目标函数模型的最优值，确立微电网的低成本优化运行模式；最后，按微电网的低成本优化运行模式运行电网；

其中，微电网运行模型包含综合市场参与模式和大用户微网控制两个子系统，

综合市场参与模式包括日内时序电价、容量电价、辅助服务补偿、光伏补偿四个子模块，

日内时序电价子模块表示一日内不同时刻用电的电价，定价方式是我国大企业峰谷定价，微电网在该电价下所产生的用电成本如公式(1)所示：

其中，Puse_t表示日内第t个时刻微电网的总用电功率；Ggen_t表示日内第t个时刻微电网的总发电功率；ρ_t表示日内第t个时刻微电网参与辅助服务市场中电储能的充电功率；TL表示时间步长长度，price表示目录电价中日内时序电价水平向量；PRbu_t日内第t个时刻的目录电价水平；PD表示微电网竞价所获得的价格差异；Panci表示辅助服务市场竞价成功后合同中约定的充电功率；h_t表示日内第t个时刻是否参与辅助服务市场的逻辑判断变量；

其中，S_t表示微电网单向潮流结算判断量，计算方法如公式(2)所示：

容量电价子模块表示电网基本电价的收费机制，微电网在该电价下所产生的用电成本如公式(3)所示：

Cap_cha＝Max[S⊙(Puse-Ggen)]·PRba (3)

其中，S为由日内所有S_t组成的向量，Puse表示为由日内所有Puse_t组成的向量，Ggen表示由日内所有Ggen_t组成的向量，PRba表示基本电价水平；

辅助服务子模块表示我国第二次电力体制改革下推出的一种辅助服务市场机制，微电网在该电价下所产生的用电成本如公式(4)所示：

其中，PRanci_t表示日内第t个时刻微电网参与辅助服务市场的交易价格；

光伏补偿子模块表示分布式光伏发电的微电网向电网供应电力所获得的利益，采用“自发自用、余电上网”模式，微电网在该电价下所产生的用电成本如公式(5)所示，包含由国家给予的光伏补贴Comp和余电上网的利益Ben两部分：

PV_cha＝Comp+Ben (5)

其中，国家给予的光伏补贴计算方法如公式(6)所示：

其中，PRsub_t表示第t个时刻的光伏补贴价格水平；

其中，余电上网的利益计算方法如公式(7)所示：

其中，PRcoal表示当地的脱硫燃煤价格，Gb_t表示第t个时刻微电网中光伏的上网发电功率；

大用户微网控制子系统包括常规用电设备群、光伏系统、电储能、用户专变和带冰储能的中央空调系统，总的行为优化目标是以最低的成本满足运行要求，计算方法如公式(8)所示：

Min：J＝En_cha+cap_cha+ancil_cha+PV_cha (8)

其中，En_cha是电度电费，cap_cha是容量电费，ancil_cha是辅助服务市场申报费用，PV_cha是光伏发电盈利的相反数，

公式(8)中的目标函数是非凸的问题，因此优化解空间中存在多个极值，因此，相同的成本可能有超过一种解决方案，在这些可行的解决方案中，工业实施需要一种在类似运行成本下波动较小的解决方案，为了实现这个特征，列出了公式(9)：

假设有一天内有J个时期，每个时期的动态日电价格是一样的，(σ_j)代表Puset在第j个时期的标准偏差，公式(9)增加了目标函数波动的调节来控制波动程度，

其中，常规用电设备群模块，电网的总功率负载计算方法如公式(10)所示：

其中Pothert表示第t个时间步长除了电气存储和冷却系统中的设备负载；Pes表示电储能充电功率；Pcool表示冷却系统的设备负载；

冷却系统的设备负载计算方法如公式(10)所示：

其中，Phvacit为某一冷水机在第t个时间步长的功率；Ppump为某一泵在第t个时间步长的功率；Swit表示冷却器i的开关状态，0表示关断，1表示打开；

其中，电储能模块中电气存储器的操作方面的物理极限需要加以考虑，第一个限制是充电或放电的速率应满足存储的安全性，如公式(11)所示：

Const1：Pes^min≤Pes_t≤Pes^max (11)

其中，Pesmax表示最大充电速率，Pesmin表示最大放电速率；

第二个限制是任何时刻存储在电气存储器中的电能都不能超过其最大和最小限制，如公式(12)所示：

Const2：

其中，Eesmax表示电储能最大值，Eesmin表示电储能最小值；

如果用户加入MRGPAS并在规定的时间内与发电厂签约，充电权将被固定在投标和合同的要求上，这种约束表明电气存储的行为应符合市场合约的要求如公式(13)所示：

Const3：Pes_t＝Panci，if h_t＝1 (13)

其中，冷储能模块中，从电力到冷量的转化计算方法如公式(14)所示：

Cgen_it＝Phvac_it·COP_it (14)

其中，Phvacit为某一冷水机在第t个时间步长的功率；COP为性能系数，广泛地用于评估冷水机组的冷产生效率，COP不是一个常数值，当Phvac增加时，COP逐渐降低，因此在Phvac范围内有一个Cgen的峰值点，冷量存储器的操作方面的物理极限需要加以考虑，第一个限制是Phvac限制条件，如公式(15)所示：

Const4：Phvac^min≤Phvac_t≤Phavc^max (15)

某日室内温度的时间序列要求是通过职业工作的要求来确定的，所以时间序列的冷量要求是恒定的，第二个限制是为了平衡冷却和消耗的冷却网络，产生的冷量将被微电冰冷的要求消耗或者被冷藏储存，如公式(17)所示：

Const5：

其中，Qtott表示第t个时间步长的微电网的冷消耗率，Qint表示在第t个时间步骤的冷藏的冷充电率；

通过切换相应的阀门，能够通过热能交换区域来控制冷库的电力交换速度，第三个限制是冷库中充放电率的控制，如公式(17)所示：

Const6：Qin^min≤Qin_t≤Qin^max (17)

第四个限制是冷库中储存冷藏的局限性，一天中任何时刻的冷库存储不能超过最大和最小操作限制，如公式(18)所示：

Const7：

本发明采用的技术方案，能获得更佳的优化策略，提升微电网运行效率和经济性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1是本发明微电网运行模型原理框图；

图2是综合市场参与模式原理框图；

图3是大用户微网控制子系统原理框图；

图4是带冰储能的制冷系统的原理框图。

具体实施方式

本发明面向中国第二次电力体制改革生成的新市场结构，以及仍留存的传统市场结构，构建了一个与微电网管理的高关联市场环境。同时，构建微电网中包含传统负荷、电储存、制冷系统以及蓄冷储能的相关模型。此外，制冷系统中制冷机的COP确定采用真实数据的拟合方法。最终，方案形成一个非线性混合整数优化模型，并通过传统优化方法，辅助微电网决策者分析了多个市场对能源储存的影响。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

如图1至图4所示，面向多种电力市场准入关联的地域性微电网低成本优化运营方法，首先建立微电网低成本运行目标函数模型；其次，计算出微电网低成本运行目标函数模型的最优值，确立微电网的低成本优化运行模式；最后，按微电网的低成本优化运行模式运行电网；

其中，微电网运行模型包含综合市场参与模式和大用户微网控制两个子系统，

综合市场参与模式包括日内时序电价、容量电价、辅助服务补偿、光伏补偿四个子模块，

日内时序电价子模块表示一日内不同时刻用电的电价，定价方式是我国大企业峰谷定价，微电网在该电价下所产生的用电成本如公式(1)所示：

其中，Puse_t表示日内第t个时刻微电网的总用电功率；Ggen_t表示日内第t个时刻微电网的总发电功率；ρ_t表示日内第t个时刻微电网参与辅助服务市场中电储能的充电功率；TL表示时间步长长度，price表示目录电价中日内时序电价水平向量；PRbu_t日内第t个时刻的目录电价水平；PD表示微电网竞价所获得的价格差异；Panci表示辅助服务市场竞价成功后合同中约定的充电功率；h_t表示日内第t个时刻是否参与辅助服务市场的逻辑判断变量；

其中，S_t表示微电网单向潮流结算判断量，计算方法如公式(2)所示：

容量电价子模块表示电网基本电价的收费机制，微电网在该电价下所产生的用电成本如公式(3)所示：

Cap_cha＝Max[S⊙(Puse-Ggen)]·PRba (3)

其中，S为由日内所有S_t组成的向量，Puse表示为由日内所有Puse_t组成的向量，Ggen表示由日内所有Ggen_t组成的向量，PRba表示基本电价水平；

辅助服务子模块表示我国第二次电力体制改革下推出的一种辅助服务市场机制，微电网在该电价下所产生的用电成本如公式(4)所示：

其中，PRanci_t表示日内第t个时刻微电网参与辅助服务市场的交易价格；

光伏补偿子模块表示分布式光伏发电的微电网向电网供应电力所获得的利益，采用“自发自用、余电上网”模式，微电网在该电价下所产生的用电成本如公式(5)所示，包含由国家给予的光伏补贴Comp和余电上网的利益Ben两部分：

PV_cha＝Comp+Ben (5)

其中，国家给予的光伏补贴计算方法如公式(6)所示：

其中，PRsub_t表示第t个时刻的光伏补贴价格水平；

其中，余电上网的利益计算方法如公式(7)所示：

其中，PRcoal表示当地的脱硫燃煤价格，Gb_t表示第t个时刻微电网中光伏的上网发电功率；

大用户微网控制子系统包括常规用电设备群、光伏系统、电储能、用户专变和带冰储能的中央空调系统，总的行为优化目标是以最低的成本满足运行要求，计算方法如公式(8)所示：

Min：J＝En_cha+cap_cha+ancil_cha+PV_cha (8)

其中，En_cha是电度电费，cap_cha是容量电费，ancil_cha是辅助服务市场申报费用，PV_cha是光伏发电盈利的相反数，

公式(8)中的目标函数是非凸的问题，因此优化解空间中存在多个极值，因此，相同的成本可能有超过一种解决方案，在这些可行的解决方案中，工业实施需要一种在类似运行成本下波动较小的解决方案，为了实现这个特征，列出了公式(9)：

假设有一天内有J个时期，每个时期的动态日电价格是一样的，(σ_j)代表Puset在第j个时期的标准偏差，公式(9)增加了目标函数波动的调节来控制波动程度，

其中，常规用电设备群模块，电网的总功率负载计算方法如公式(10)所示：

其中Pothert表示第t个时间步长除了电气存储和冷却系统中的设备负载；Pes表示电储能充电功率；Pcool表示冷却系统的设备负载；

冷却系统的设备负载计算方法如公式(10)所示：

其中，Phvacit为某一冷水机在第t个时间步长的功率；Ppump为某一泵在第t个时间步长的功率；Swit表示冷却器i的开关状态，0表示关断，1表示打开；

其中，电储能模块中电气存储器的操作方面的物理极限需要加以考虑，第一个限制是充电或放电的速率应满足存储的安全性，如公式(11)所示：

Const1：Pes^min≤Pes_t≤Pes^max (11)

其中，Pesmax表示最大充电速率，Pesmin表示最大放电速率；

第二个限制是任何时刻存储在电气存储器中的电能都不能超过其最大和最小限制，如公式(12)所示：

Const2：

其中，Eesmax表示电储能最大值，Eesmin表示电储能最小值；

如果用户加入MRGPAS并在规定的时间内与发电厂签约，充电权将被固定在投标和合同的要求上，这种约束表明电气存储的行为应符合市场合约的要求如公式(13)所示：

Const 3：Pes_t＝Panci，if h_t＝1 (13)

其中，冷储能模块中，从电力到冷量的转化计算方法如公式(14)所示：

Cgen_it＝Phvac_it·COP_it (14)

其中，Phvacit为某一冷水机在第t个时间步长的功率；COP为性能系数，广泛地用于评估冷水机组的冷产生效率，COP不是一个常数值，当Phvac增加时，COP逐渐降低，因此在Phvac范围内有一个Cgen的峰值点，冷量存储器的操作方面的物理极限需要加以考虑，第一个限制是Phvac限制条件，如公式(15)所示：

Const 4：Phvac^min≤Phvac_t≤Phvac^max (15)

某日室内温度的时间序列要求是通过职业工作的要求来确定的，所以时间序列的冷量要求是恒定的，第二个限制是为了平衡冷却和消耗的冷却网络，产生的冷量将被微电冰冷的要求消耗或者被冷藏储存，如公式(17)所示：

Const5：

其中，Qtott表示第t个时间步长的微电网的冷消耗率，Qint表示在第t个时间步骤的冷藏的冷充电率；

通过切换相应的阀门，能够通过热能交换区域来控制冷库的电力交换速度，第三个限制是冷库中充放电率的控制，如公式(17)所示：

Const6：Qin^min≤Qin_t≤Qin^max (17)

第四个限制是冷库中储存冷藏的局限性，一天中任何时刻的冷库存储不能超过最大和最小操作限制，如公式(18)所示：

Const7：

Claims (1)

1.面向多种电力市场准入关联的地域性微电网低成本优化运营方法，其特征在于，首先建立微电网低成本运行目标函数模型；其次，计算出微电网低成本运行目标函数模型的最优值，确立微电网的低成本优化运行模式；最后，按微电网的低成本优化运行模式运行电网；

其中，微电网运行模型包含综合市场参与模式和大用户微网控制两个子系统，

综合市场参与模式包括日内时序电价、容量电价、辅助服务补偿、光伏补偿四个子模块，

日内时序电价子模块表示一日内不同时刻用电的电价，定价方式是我国大企业峰谷定价，微电网在该电价下所产生的用电成本如公式(1)所示：

其中，Puse_t表示日内第t个时刻微电网的总用电功率；Ggen_t表示日内第t个时刻微电网的总发电功率；ρ_t表示日内第t个时刻微电网参与辅助服务市场中电储能的充电功率；TL表示时间步长长度，price表示目录电价中日内时序电价水平向量；PRbu_t日内第t个时刻的目录电价水平；PD表示微电网竞价所获得的价格差异；Panci表示辅助服务市场竞价成功后合同中约定的充电功率；h_t表示日内第t个时刻是否参与辅助服务市场的逻辑判断变量；

其中，S_t表示微电网单向潮流结算判断量，计算方法如公式(2)所示：

容量电价子模块表示电网基本电价的收费机制，微电网在该电价下所产生的用电成本如公式(3)所示：

Cap_cha＝Max[S⊙(Puse-Ggen)]·PRba (3)

其中，S为由日内所有S_t组成的向量，Puse表示为由日内所有Puse_t组成的向量，Ggen表示由日内所有Ggen_t组成的向量，PRba表示基本电价水平；

辅助服务子模块表示我国第二次电力体制改革下推出的一种辅助服务市场机制，微电网在该电价下所产生的用电成本如公式(4)所示：

其中，PRanci_t表示日内第t个时刻微电网参与辅助服务市场的交易价格；

光伏补偿子模块表示分布式光伏发电的微电网向电网供应电力所获得的利益，采用“自发自用、余电上网”模式，微电网在该电价下所产生的用电成本如公式(5)所示，包含由国家给予的光伏补贴Comp和余电上网的利益Ben两部分：

PV_cha＝Comp+Ben (5)

其中，国家给予的光伏补贴计算方法如公式(6)所示：

其中，PRsub_t表示第t个时刻的光伏补贴价格水平；

其中，余电上网的利益计算方法如公式(7)所示：

其中，PRcoal表示当地的脱硫燃煤价格，Gb_t表示第t个时刻微电网中光伏的上网发电功率；

大用户微网控制子系统包括常规用电设备群、光伏系统、电储能、用户专变和带冰储能的中央空调系统，总的行为优化目标是以最低的成本满足运行要求，计算方法如公式(8)所示：

Min：J＝En_cha+cap_cha+ancil_cha+PV_cha (8)

其中，En_cha是电度电费，cap_cha是容量电费，ancil_cha是辅助服务市场申报费用，PV_cha是光伏发电盈利的相反数，

公式(8)中的目标函数是非凸的问题，因此优化解空间中存在多个极值，因此，相同的成本可能有超过一种解决方案，在这些可行的解决方案中，工业实施需要一种在类似运行成本下波动较小的解决方案，为了实现这个特征，列出了公式(9)：

假设有一天内有J个时期，每个时期的动态日电价格是一样的，(σ_j)代表Puset在第j个时期的标准偏差，公式(9)增加了目标函数波动的调节来控制波动程度，

其中，常规用电设备群模块，电网的总功率负载计算方法如公式(10)所示：

其中Pothert表示第t个时间步长除了电气存储和冷却系统中的设备负载；Pes表示电储能充电功率；Pcool表示冷却系统的设备负载；

冷却系统的设备负载计算方法如公式(10)所示：

其中，Phvacit为某一冷水机在第t个时间步长的功率；Ppump为某一泵在第t个时间步长的功率；Swit表示冷却器i的开关状态，0表示关断，1表示打开；其中，电储能模块中电气存储器的操作方面的物理极限需要加以考虑，第一个限制是充电或放电的速率应满足存储的安全性，如公式(11)所示：

Const 1：Pes^min≤Pes_t≤Pes^max (11)

其中，Pesmax表示最大充电速率，Pesmin表示最大放电速率；

第二个限制是任何时刻存储在电气存储器中的电能都不能超过其最大和最小限制，如公式(12)所示：

其中，Eesmax表示电储能最大值，Eesmin表示电储能最小值；

如果用户加入MRGPAS并在规定的时间内与发电厂签约，充电权将被固定在投标和合同的要求上，这种约束表明电气存储的行为应符合市场合约的要求如公式(13)所示：

Const 3：Pes_t＝Panci，if h_t＝1 (13)

其中，冷储能模块中，从电力到冷量的转化计算方法如公式(14)所示：

Cgen_it＝Phvac_it·COP_it (14)

其中，Phvacit为某一冷水机在第t个时间步长的功率；COP为性能系数，广泛地用于评估冷水机组的冷产生效率，COP不是一个常数值，当Phvac增加时，COP逐渐降低，因此在Phvac范围内有一个Cgen的峰值点，冷量存储器的操作方面的物理极限需要加以考虑，第一个限制是Phvac限制条件，如公式(15)所示：

Const 4：Phvac^min≤Phvac_t≤Phvac^max (15)

某日室内温度的时间序列要求是通过职业工作的要求来确定的，所以时间序列的冷量要求是恒定的，第二个限制是为了平衡冷却和消耗的冷却网络，产生的冷量将被微电冰冷的要求消耗或者被冷藏储存，如公式(17)所示：

其中，Qtott表示第t个时间步长的微电网的冷消耗率，Qint表示在第t个时间步骤的冷藏的冷充电率；

通过切换相应的阀门，能够通过热能交换区域来控制冷库的电力交换速度，第三个限制是冷库中充放电率的控制，如公式(17)所示：

Const 6：Qin^min≤Qin_t≤Qin^max (17)

第四个限制是冷库中储存冷藏的局限性，一天中任何时刻的冷库存储不能超过最大和最小操作限制，如公式(18)所示：