CN109193812A - 一种园区光储荷微电网经济调度实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种园区光储荷微电网经济调度实现方法，包括：利用现有的BP神经网络算法预测未来一天各时段的光伏发电功率以及负荷功率；建立储能系统的运行维护成本函数；建立园区光储荷微电网经济调度运行成本最低目标函数：结合分时电价信息，根据峰谷电价时微电网经济运行的基本策略，利用遗传算法对园区微电网目标函数寻优，得到园区微电网各个单元的具体运行状态，合理配置园区微电网光伏、储能、负荷、与大电网的交换能量，制定园区微电网经济调度策略。本发明充分结合工业园区微电网实际特点，建立了园区微电网运行成本函数，解决了工业园区微电网经济调度面临的问题，同时也给工业园区微电网经济调度提供一种借鉴方法。
Description
计数领域
本发明涉及于电力系统技术领域，尤其是一种园区光储荷微电网经济调度实现方法。
背景技术
随着社会经济的发展和科学技术的进步，能源短缺和环境污染问题越来越受到人们的关注。为了应对这一严峻问题，人们加大了可再生能源的研究和开发，以太阳能为基础的光伏微电网逐渐成为了可再生能源的研究方向。
现有的微电网适用于人口稀少、空间较大的偏远地区或者岛屿，另一部分微电网起示范工程作用，对工业园区用电有一定的借鉴作用，但其系统结构和控制方法过于复杂，无法满足工业园区用电要求。基于光伏发电利用最大化的原则，现有的园区屋顶光伏发电单元都处于MPPT运行模式，没有相应的储能系统与之配合，在负荷低谷时造成光伏发电的大量浪费，工业园区光伏无法做到自身完全消纳，既不经济又不实用。
目前，采用园区光储荷微电网解决工业园区光伏发电面临的相关问题，园区光储荷微电网的特点包括：充分利用自身条件和优势，搭建一套功能比较完善的微电网系统，以最大化利用光伏发电、节省储能系统建设运行维护成本为目标，使微电网系统和大电网协调运行。园区微电网充分利用园区内的楼顶及空地安装光伏发电系统，并接入储能系统，和大电网一起为园区内的负荷供电，远没有现有微电网复杂，并且功能未受到太大影响，既经济又实用。迄今为止，尚无专门针对园区光储荷微电网经济调度的实现方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种考虑分时电价，将储能电池运行维护成本、园区光储荷微电网与大电网能量交换成本之和作为目标函数，以智能优化算法求解目标函数使其总成本最低，由此得到园区光储荷微电网经济调度最优策略，实现经济调度的园区光储荷微电网经济调度实现方法。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种园区光储荷微电网经济调度实现方法，该方法包括下列顺序的步骤：
(1)微电网日前经济调度过程中，将一天分为24小时时段，假定每一时段园区微电网各个单元的功率输出或吸收为定值，利用现有的BP神经网络算法预测未来一天各时段的光伏发电功率以及负荷功率
(2)建立储能系统的运行维护成本函数；
(3)建立园区光储荷微电网经济调度运行成本最低目标函数：
(4)结合分时电价信息，根据峰谷电价时微电网经济运行的基本策略，利用遗传算法对园区微电网目标函数寻优，得到园区微电网各个单元的具体运行状态，合理配置园区微电网光伏、储能、负荷、与大电网的交换能量，制定园区微电网经济调度策略；
微电网调度过程中的各个时间段满足多个条件约束。
所述步骤(2)中的运行维护成本函数为：
其中，FESS(X)为储能电池的运行成本，为储能电池的运行维护成本，MESS为储能电池的总成本，T为储能电池最大充放电循环次数，为储能电池的初始SOC值，为储能电池的最终SOC值；为储能电池的自放电成本，为储能电池的自放电系数，RCN为储能电池额定容量，SOCt为t时段SOC值，pt为t时段储能电池自放电成本。
所述步骤(3)中的园区光储荷微电网经济调度运行成本最低目标函数为：
minF(X)＝FGRID(X)+FESS(X)
其中，F(X)表示园区光储荷微电网运行的总成本；FGRID(X)表示园区光储荷微电网与大电网能量交换成本，其值为园区微电网向大电网购电成本和售电收益之差，即：
其中，分别为t时段园区微电网向大电网购电和售电的功率，即PCC点的交换功率，PCC点交换功率为正时即为微电网向大电网购电功率，PCC点交换功率为负时即为微电网向大电网售电功率；分别为t时段微电网向大电网购电和售电的电价，为时间段间隔，为1h。
所述步骤(4)具体是指：
园区微电网经济调度在分时电价模式下的基本策略为：园区微电网并网运行时，考虑分时电价，储能电池在谷电价时从大电网购买电能给自身充电，在峰电价时给园区微电网供电；储能电池SOC初始值设定在20％，在谷电价时，储能电池充电直至SOC达到60％，在平电价时，继续充电直到SOC达到80％，在峰电价时，储能电池放电储能电池放电直至SOC从80％变位20％，储能电池完成一次循环充放电；园区微电网一天进行一次储能电池循环充放电；
在谷、平电价时，储能电池从大电网购电为自身充电达到设定的SOC值；当园区微电网发电功率无法满足负荷需求时，为使运行成本最小化，储能电池不放电，微电网缺少的电能向大电网购买；高电价时，微电网缺少电能的一部分由储能系统供给，剩下的向大电网购电；利用遗传算法对微电网运行成本目标函数寻优，得到微电网各个单元的具体运行状态，制定优化调度策略，并下发优化调度指令给园区微电网设备，完成园区微电网经济调度。
所述多个条件约束是指：
5a)功率平衡约束：
其中，分别为t时段园区微电网向大电网购电和售电的功率，即PCC点的交换功率；为t时段储能电池的充电功率、为t时段储能电池的放电功率，分别为未来一天t时段预测的光伏发电功率和负荷功率；
5b)联络线交互功率约束：
其中，分别为t时段园区微电网向大电网购电和售电的功率，即PCC点的交换功率；分别为微电网向大电网最大购电功率和最大售电功率；
5c)储能电池充放电约束：
其中，分别为储能电池最大的充放电功率；为t时段储能电池的充放电功率；
5d)储能电池SOC约束：
SOCmin≤SOCt≤SOCmax
其中，SOCmin，SOCmax分别为储能电池的最大和最小荷电状态。
由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：由于现有微电网系统结构和控制方法过于复杂，本发明充分结合工业园区微电网实际特点，考虑储能电池每天运行维护成本、园区微电网与大电网交换电能成本，建立了园区微电网运行成本函数，提出了一种针对工业园区微电网的经济调度实现方法，解决了工业园区微电网经济调度面临的问题，同时也给工业园区微电网经济调度提供一种借鉴方法。
附图说明
图1为本发明的园区光储荷微电网系统结构图；
图2为本发明中的遗传算法对园区微电网运行成本最低目标函数寻优流程图。
具体实施方式
图1为本发明的园区光储荷微电网系统结构图；包括园区屋顶光伏、园区负荷、园区储能系统、园区配网系统、优化调度五个模块。五个模块共同组成园区光储荷微电网系统，园区屋顶光伏带一部分或全部园区负荷，园区屋顶光伏里面的光伏数据采集模块将光伏数据存入数据库供神经算法预测光伏发电功率使用，园区负荷里的负荷采集模块将园区负荷数据存入数据库供神经算法预测负荷功率使用。园区储能系统包括储能电池和双向储能变流器(PCS)，储能电池可运行在恒功率(PQ)和恒压恒频(VF)模式，可根据指令运行在任一模式下进行充放电，双向储能变流器支持双向整流逆变。园区配电网系统实为大电网，为使园区微电网每日运行成本最低，考虑分时电价情况下园区配电网系统需和园区储能系统通过PCC点交换功率。优化调度模块基于光伏预测功率、负荷预测功率、已建立的园区微电网运行成本函数，根据遗传算法给出经济调度结果。
一种园区光储荷微电网经济调度实现方法，该方法包括下列顺序的步骤：
(1)微电网日前经济调度过程中，将一天分为24小时时段，假定每一时段园区微电网各个单元的功率输出或吸收为定值，利用现有的BP神经网络算法预测未来一天各时段的光伏发电功率以及负荷功率
(2)建立储能系统的运行维护成本函数；
(3)建立园区光储荷微电网经济调度运行成本最低目标函数：
(4)结合分时电价信息，根据峰谷电价时微电网经济运行的基本策略，利用遗传算法对园区微电网目标函数寻优，得到园区微电网各个单元的具体运行状态，合理配置园区微电网光伏、储能、负荷、与大电网的交换能量，制定园区微电网经济调度策略；
微电网调度过程中的各个时间段满足多个条件约束。
所述步骤(2)中的运行维护成本函数为：
其中，FESS(X)为储能电池的运行成本，为储能电池的运行维护成本，MESS为储能电池的总成本，T为储能电池最大充放电循环次数，为储能电池的初始SOC值，为储能电池的最终SOC值；为储能电池的自放电成本，为储能电池的自放电系数，RCN为储能电池额定容量，SOCt为t时段SOC值，pt为t时段储能电池自放电成本。
所述步骤(3)中的园区光储荷微电网经济调度运行成本最低目标函数为：
minF(X)＝FGRID(X)+FESS(X)
其中，F(X)表示园区光储荷微电网运行的总成本；FGRID(X)表示园区光储荷微电网与大电网能量交换成本，其值为园区微电网向大电网购电成本和售电收益之差，即：
其中，分别为t时段园区微电网向大电网购电和售电的功率，即PCC点的交换功率，PCC点交换功率为正时即为微电网向大电网购电功率，PCC点交换功率为负时即为微电网向大电网售电功率；分别为t时段微电网向大电网购电和售电的电价，为时间段间隔，为1h。
所述步骤(4)具体是指：
园区微电网经济调度在分时电价模式下的基本策略为：园区微电网并网运行时，考虑分时电价，储能电池在谷电价时从大电网购买电能给自身充电，在峰电价时给园区微电网供电；储能电池SOC初始值设定在20％，在谷电价时，储能电池充电直至SOC达到60％，在平电价时，继续充电直到SOC达到80％，在峰电价时，储能电池放电储能电池放电直至SOC从80％变位20％，储能电池完成一次循环充放电；园区微电网一天进行一次储能电池循环充放电；
在谷、平电价时，储能电池从大电网购电为自身充电达到设定的SOC值；当园区微电网发电功率无法满足负荷需求时，为使运行成本最小化，储能电池不放电，微电网缺少的电能向大电网购买；高电价时，微电网缺少电能的一部分由储能系统供给，剩下的向大电网购电；利用遗传算法对微电网运行成本目标函数寻优，如图2所示，得到微电网各个单元的具体运行状态，制定优化调度策略，并下发优化调度指令给园区微电网设备，完成园区微电网经济调度。
所述多个条件约束是指：
5a)功率平衡约束：
其中，分别为t时段园区微电网向大电网购电和售电的功率，即PCC点的交换功率；为t时段储能电池的充电功率、为t时段储能电池的放电功率，分别为未来一天t时段预测的光伏发电功率和负荷功率；
5b)联络线交互功率约束：
其中，分别为t时段园区微电网向大电网购电和售电的功率，即PCC点的交换功率；分别为微电网向大电网最大购电功率和最大售电功率；
5c)储能电池充放电约束：
其中，分别为储能电池最大的充放电功率；为t时段储能电池的充放电功率；
5d)储能电池SOC约束：
SOCmin≤SOCt≤SOCmax
其中，SOCmin，SOCmax分别为储能电池的最大和最小荷电状态。
图2为遗传算法对园区微电网运行成本目标函数寻优流程图，其过程包括：第一步，根据已建立的微电网运行成本函数，初始化遗传算法的输入参数，包括预测的园区光伏发电功率、预测的园区负荷功率、微电网运行成本函数所需的各个参数；第二步，根据园区微电网功率平衡约束、联络线PCC点功率约束、储能电池约束、储能电池SOC约束以及输入的初始化参数计算储能电池的充放电功率、与大电网的交换功率，再计算园区微电网运行成本函数值；第三步，根据设定的种群适应度函数计算个体的适应度大小，对个体按适应度大小排序，进行复制、交叉、变异操作产生下一代种群。第四步，计算微电网运行成本函数，以迭代次数是否达到最大值和使用度函数是否保持稳定，若满足条件，则输出经济调度结果，否则，返回第二步。
综上所述，本发明充分结合工业园区微电网实际特点，考虑储能电池每天运行维护成本、园区微电网与大电网交换电能成本，建立了园区微电网运行成本函数，提出了一种针对工业园区微电网的经济调度实现方法，解决了工业园区微电网经济调度面临的问题，同时也给工业园区微电网经济调度提供一种借鉴方法。
Claims (5)
1.一种园区光储荷微电网经济调度实现方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：
(1)微电网日前经济调度过程中，将一天分为24小时时段，假定每一时段园区微电网各个单元的功率输出或吸收为定值，利用现有的BP神经网络算法预测未来一天各时段的光伏发电功率以及负荷功率
(2)建立储能系统的运行维护成本函数；
(3)建立园区光储荷微电网经济调度运行成本最低目标函数：
(4)结合分时电价信息，根据峰谷电价时微电网经济运行的基本策略，利用遗传算法对园区微电网目标函数寻优，得到园区微电网各个单元的具体运行状态，合理配置园区微电网光伏、储能、负荷、与大电网的交换能量，制定园区微电网经济调度策略；
微电网调度过程中的各个时间段满足多个条件约束。
2.根据权利要求1所述的园区光储荷微电网经济调度实现方法，其特征在于：所述步骤(2)中的运行维护成本函数为：
其中，FESS(X)为储能电池的运行成本，为储能电池的运行维护成本，MESS为储能电池的总成本，T为储能电池最大充放电循环次数，为储能电池的初始SOC值，为储能电池的最终SOC值；为储能电池的自放电成本，为储能电池的自放电系数，RCN为储能电池额定容量，SOCt为t时段SOC值，pt为t时段储能电池自放电成本。
3.根据权利要求1所述的园区光储荷微电网经济调度实现方法，其特征在于：所述步骤(3)中的园区光储荷微电网经济调度运行成本最低目标函数为：
minF(X)＝FGRID(X)+FESS(X)
其中，F(X)表示园区光储荷微电网运行的总成本；FGRID(X)表示园区光储荷微电网与大电网能量交换成本，其值为园区微电网向大电网购电成本和售电收益之差，即：
其中，分别为t时段园区微电网向大电网购电和售电的功率，即PCC点的交换功率，PCC点交换功率为正时即为微电网向大电网购电功率，PCC点交换功率为负时即为微电网向大电网售电功率；分别为t时段微电网向大电网购电和售电的电价，为时间段间隔，为1h。
4.根据权利要求1所述的园区光储荷微电网经济调度实现方法，其特征在于：所述步骤(4)具体是指：
园区微电网经济调度在分时电价模式下的基本策略为：园区微电网并网运行时，考虑分时电价，储能电池在谷电价时从大电网购买电能给自身充电，在峰电价时给园区微电网供电；储能电池SOC初始值设定在20％，在谷电价时，储能电池充电直至SOC达到60％，在平电价时，继续充电直到SOC达到80％，在峰电价时，储能电池放电储能电池放电直至SOC从80％变位20％，储能电池完成一次循环充放电；园区微电网一天进行一次储能电池循环充放电；
在谷、平电价时，储能电池从大电网购电为自身充电达到设定的SOC值；当园区微电网发电功率无法满足负荷需求时，为使运行成本最小化，储能电池不放电，微电网缺少的电能向大电网购买；高电价时，微电网缺少电能的一部分由储能系统供给，剩下的向大电网购电；利用遗传算法对微电网运行成本目标函数寻优，得到微电网各个单元的具体运行状态，制定优化调度策略，并下发优化调度指令给园区微电网设备，完成园区微电网经济调度。
5.根据权利要求1所述的园区光储荷微电网经济调度实现方法，其特征在于：所述多个条件约束是指：
5a)功率平衡约束：
其中，分别为t时段园区微电网向大电网购电和售电的功率，即PCC点的交换功率；为t时段储能电池的充电功率、为t时段储能电池的放电功率，分别为未来一天t时段预测的光伏发电功率和负荷功率；
5b)联络线交互功率约束：
其中，分别为t时段园区微电网向大电网购电和售电的功率，即PCC点的交换功率；分别为微电网向大电网最大购电功率和最大售电功率；
5c)储能电池充放电约束：
其中，分别为储能电池最大的充放电功率；为t时段储能电池的充放电功率；
5d)储能电池SOC约束：
SOCmin≤SOCt≤SOCmax
其中，SOCmin，SOCmax分别为储能电池的最大和最小荷电状态。
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