CN109713718A - 一种基于电能路由器的微网能量优化管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电能路由器的微网能量优化管理系统。该系统包括输入层、转换层、存储层、输出层和信息层。输入层的风机、光伏、电力和天然气多种能源接入形式，通过转换层的电能路由器、热电联产机组、锅炉和制冷机实现不同能量之间的相互转换，以满足输出层的冷、热、电等负荷需求。由于电力负荷变化剧烈，需要实时平衡，基于分层控制的电能路由器被应用来控制电压、频率稳定性。为进一步提高系统可靠性和经济性，存储层在负荷侧配置一定储能来抑制可再生能源的随机性和波动性；信息层根据能源价格、负荷预测、可再生能源发电预测，在满足负荷需求的条件下以系统运行成本最小化为目标来优化管理可控设备的运行以及与互联网络的能源交易。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子设备和微网系统领域，更具体地说，涉及一种基于电能路由器的微网能量优化管理系统。
背景技术
近年来，能源危机和环境污染问题使得分布式可再生能源的发展受到高度重视。因分散性、间歇性、波动性等特点，大规模分布式能源直接并网会对公共能源网络的稳定性带来一定影响。因此，多种分布式能源以微网形式整合优化后并网成为一种趋势。
微网系统中，电力电子变换器已被提出并应用到分布式可再生能源的接入与集成。作为一种具有通信和控制功能的多端口电力电子变换设备，电能路由器可实现电压/频率转换、电能质量调节、无功补偿、可再生能源接入以及潮流控制等功能。然而，目前微网内多种分布式能源之间的优化调度较少考虑电能路由器的应用。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术的不足，提出一种基于电能路由器的微网能量优化管理系统，实现系统运行成本最小化
本发明通过构建基于电能路由器的能量优化管理模型，根据历史数据对分布式可再生能源发电和负荷进行预测，在满足负荷需求的条件下以系统运行成本最小化为目标来优化管理可控设备的运行计划、能源分配系数以及与之互联网络的能源交易。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于电能路由器的微网能量优化管理系统，其特征在于，系统包括：能源输入层(1)、能源转换层(2)、能源存储层(3)、能源输出层(4)和信息层(5)。
所述能源输入层(1)支持风、光、电和天然气多种能源接入形式，其中可再生能源光伏、风电采用最大功率点跟踪控制模式。
所述能源转换层(2)可实现不同能量形式之间的相互转化，并通过电能路由器为分布式能源提供多个不同电压等级的即插即用接口。
所述能源转换层(2)中电能路由器具有通信和控制功能，作为新型电力电子变换设备可实现电压/频率转换、电能质量调节、无功补偿、可再生能源接入以及潮流控制功能。
所述能源存储层(3)能够平抑分布式可再生能源的随机性和波动性，并配合能源输出层(4)的可控负荷参与需求响应实现削峰填谷。
所述能源输出层(4)电力负荷变化剧烈，需要实时平衡，因此基于分层控制的电能路由器被应用来控制电压、频率稳定性，调节电压、频率偏差。
所述信息层(5)根据历史数据利用大数据分析、云计算方法对分布式可再生能源发电和能源负荷进行预测，在满足负荷需求的条件下以系统运行成本最小化为目标来优化管理可控设备的运行计划、能源分配系数以及与之互联网络的能源交易。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：
本发明基于电能路由器，作为一种具有通信和控制功能的多端口电力电子变换设备，电能路由器可实现电压/频率转换、电能质量调节、无功补偿、可再生能源接入以及潮流控制等功能。
本发明通过构建基于电能路由器的能量优化管理模型，根据历史数据对分布式可再生能源发电和负荷进行预测，在满足负荷需求的条件下以系统运行成本最小化为目标来优化管理可控设备的运行计划、能源分配系数以及与之互联网络的能源交易。
附图说明
图1是基于电能路由器的微网能量优化管理系统框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例做详细说明。
实施例一：
参见图1，本基于电能路由器的微网能量优化管理系统，包括能源输入层(1)经能源转换层(2)和能源储存层(3)连接能源输出层(4)，能源输入层(1)、能源转换层(2)、能源储存层(3)和能源输出层(4)均连接信息层(5)，其特征在于：所述能源输入层(1)，包含风机、光伏、电力和天然气多种能源接入形式，为最大化利用可再生能源，光伏、风机采用最大功率点跟踪控制模式；所述能源转换层(2)，包含电能路由器、热电联产机组、锅炉、压缩式制冷、吸收式制冷设备，可实现电、热、气、冷等不同能源形式之间的耦合转化，或同一能源不同特性之间的转化；所述能源存储层(3)，包含电储能、热储能和冷储能，通常配置在负荷端一方面平抑分布式可再生能源的随机性和波动性，另一方面配合可控负荷参与需求响应实现削峰填谷；所述能源输出层(4)，包含电负荷、热负荷和冷负荷，分为不可控负荷和可控负荷；所述信息层(5)，包含大数据分析、云计算、能源交易、能量优化和经济调度的功能。
实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：
所述能源输入层(1)支持风、光、电和天然气多种能源接入形式，其中可再生能源光伏、风电采用最大功率点跟踪控制模式；所述能源转换层(2)可实现不同能量形式之间的相互转化，并通过电能路由器为分布式能源提供多个不同电压等级的即插即用接口；所述电能路由器具有通信和控制功能，作为新型电力电子变换设备可实现电压/频率转换、电能质量调节、无功补偿、可再生能源接入以及潮流控制功能；所述能源存储层(3)能够平抑分布式可再生能源的随机性和波动性，并配合能源输出层(4)的可控负荷参与需求响应实现削峰填谷；所述能源输出层(4)电力负荷变化剧烈，需要实时平衡，因此基于分层控制的电能路由器被应用来控制电压、频率稳定性，调节电压、频率偏差；所述信息层(5)根据历史数据利用大数据分析、云计算方法对分布式可再生能源发电和负荷进行预测，在满足负荷需求的条件下以系统运行成本最小化为目标来优化管理可控设备的运行计划、能源分配系数以及与之互联网络的能源交易。
实施例三：本基于电能路由器的微网能量优化管理系统详述如下：
基于电能路由器的微网能量优化管理系统变量说明如表1所示。
表1
如图1所示，所述基于电能路由器的微网能量优化管理系统的目标函数式(1)为最小化微网的运行成本，包括净购电成本、购气成本，热电联产机组、燃气锅炉和储能的运行维护成本。此外，热电联产机组和燃气锅炉的启/停成本也被考虑在内。
式中，T是调度时间，t是时间间隔(如1小时)，SUk，t/SDk，t是t时刻热电联产机组和燃气锅炉k的运行维护成本、启/停成本，是t时刻储能设备k的运行维护成本。其中PEX，t为正表示购电，为负表示售电。
如图1所示，所述基于电能路由器的微网能量优化管理系统的约束条件如下：
电平衡约束：
热平衡约束：
冷平衡约束：
所述基于电能路由器的微网能量优化管理系统除了需要满足上述系统约束外，还应满足微网内每一设备的运行约束。
如图1所示，所述基于电能路由器的微网能量优化管理系统内热电联产机组和燃气锅炉模型如下：
运行维护成本启/停成本SUk，t/SDk，t：
输出功率，爬坡速率约束：
式中Uk，t表示热电联产机组和燃气锅炉k的ON/OFF状态，表示热电联产机组和燃气锅炉k的单位时间启/停成本，表示燃气锅炉k的最大、最小输出功率，表示t时刻热电联产机组k的输出电功率和热功率，表示热电联产机组k的最大、最小输出电功率，表示热电联产机组k的最大、最小输出热功率，表示热电联产机组k的上升、下降速率。值得注意的是，热电联产机组的上升、下降速率约束对于输出电功率和热功率都适用。
如图1所示，所述基于电能路由器的微网能量优化管理系统内储能设备(包括电、热、冷储能设备)模型如下：
运行维护成本：
输出功率，输出能量约束：
ESk，T＝ESk，1 (15)
式中，是储能k的运行维护成本系数，PSk，t是t时刻储能k的输出功率(正值表示充电，负值表示放电)，CSk是储能k的总容量，ESk，t是t时刻储能k的容量，是储能k的最大充放电系数，是储能k的最大、最小容量系数，δk是储能k的自放电率，该值较小可忽略，ηchk/ηdisk表示储能k的充放电效率。
所述基于电能路由器的微网能量优化管理系统其优化模型可以通过开源工具箱YALMIP进行求解，而YALMIP可以被看作为连接Matlab与多个求解器之间的接口。
以上所述，仅是本发明的示例性实例，可以理解的是，本说明书实施例所描述的内容仅是对发明构思实现形式的列举，并非对发明做任何形式上的限制。因此，本发明的保护范围不应当仅限于实施例所描述的具体形式，也应当包括该领域技术人员根据本发明构思所做的等同技术手段。
Claims (7)
1.一种基于电能路由器的微网能量优化管理系统，包括能源输入层（1）经能源转换层（2）和能源储存层（3）连接能源输出层（4），能源输入层（1）、能源转换层（2）、能源储存层（3）和能源输出层（4）均连接信息层（5），其特征在于：
所述能源输入层(1)，包含风机、光伏、电力和天然气多种能源接入形式，为最大化利用可再生能源，光伏、风机采用最大功率点跟踪控制模式；
所述能源转换层(2)，包含电能路由器、热电联产机组、锅炉、压缩式制冷、吸收式制冷设备，可实现电、热、气、冷等不同能源形式之间的耦合转化，或同一能源不同特性之间的转化；
所述能源存储层(3)，包含电储能、热储能和冷储能，通常配置在负荷端一方面平抑分布式可再生能源的随机性和波动性，另一方面配合可控负荷参与需求响应实现削峰填谷；
所述能源输出层(4)，包含电负荷、热负荷和冷负荷，分为不可控负荷和可控负荷；
所述信息层(5)，包含大数据分析、云计算、能源交易、能量优化和经济调度的功能。
2.根据权利要求1所述的基于电能路由器的微网能量优化管理系统，其特征在于所述能源输入层(1)支持风、光、电和天然气多种能源接入形式，其中可再生能源光伏、风电采用最大功率点跟踪控制模式。
3.根据权利要求1所述的基于电能路由器的微网能量优化管理系统，其特征在于所述能源转换层(2)可实现不同能量形式之间的相互转化，并通过电能路由器为分布式能源提供多个不同电压等级的即插即用接口。
4.根据权利要求3所述的基于电能路由器的微网能量优化管理系统，其特征在于所述电能路由器具有通信和控制功能，作为新型电力电子变换设备可实现电压/频率转换、电能质量调节、无功补偿、可再生能源接入以及潮流控制功能。
5.根据权利要求1所述的基于电能路由器的微网能量优化管理系统，其特征在于所述能源存储层(3)能够平抑分布式可再生能源的随机性和波动性，并配合能源输出层(4)的可控负荷参与需求响应实现削峰填谷。
6.根据权利要求1所述的基于电能路由器的微网能量优化管理系统，其特征在于所述能源输出层(4)电力负荷变化剧烈，需要实时平衡，因此基于分层控制的电能路由器被应用来控制电压、频率稳定性，调节电压、频率偏差。
7.根据权利要求1所述的基于电能路由器的微网能量优化管理系统，其特征在于所述信息层(5)根据历史数据利用大数据分析、云计算方法对分布式可再生能源发电和负荷进行预测，在满足负荷需求的条件下以系统运行成本最小化为目标来优化管理可控设备的运行计划、能源分配系数以及与之互联网络的能源交易。
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