CN109921447A - 一种基于储能装置soc动态约束的微网经济调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于储能装置SOC动态约束的微网经济调度方法，包括以下步骤：步骤1：计算各调度周期内净电负荷功率；步骤2：根据各调度周期内净电负荷功率、孤网下非计划波动功率以及孤网下重要负荷的保障供电时长确定并网各调度周期储能装置所需提供的能量值；步骤3：确定各调度周期储能装置SOC动态约束值；步骤4：以调度总周期内运行成本最低为目标构建目标函数；步骤5：根据储能装置SOC在各调度周期的动态约束值、各供能设备出力约束等求解目标函数，确定微网并网经济调度方案。本发明确定的调度方案能够保障孤网情况下重要负荷独立不间断供电，同时在并网时充分利用储能装置的可调度容量，使微网经济运行。

Description

一种基于储能装置SOC动态约束的微网经济调度方法

技术领域

本发明涉及一种基于储能装置SOC动态约束的微网经济调度方法。

背景技术

近年来，为解决日益减少以及日益增长的能源需求问题，高效、集中、绿色 的微网技术受到广泛关注，尤其是含多种能源的微能源网，能够实现多种能源协 同调度。微网一方面能通过各类分布式能源系统进行供能，满足冷、热、电等各 类负荷的需求，另一方面与外部电网进行电能交互，互为补充，增强其运行的灵 活性。微网一般情况下与外部电网并网运行，当外部电网发生故障时，微网将与 外部电网无计划脱离，转入孤网运行状态，而微网中部分重要负荷不能断电，因 此，脱网时需重点保障重要负荷供电不中断，减少损失。

储能装置因其响应速度快、对电能具有时空转移能力而被配置于微网中，参 与微网的经济调度，提高微网设备利用率，同时在微网脱网时起快速功率支撑以 保障重要负荷供电不中断的作用。为了保证微网重要负供电不间断，需要储能装 置始终留有一定裕量满足紧急情况下重要负荷需求。若预留容量过多，而发生脱 网的概率一般较小，使得预留的较大储存电能可能一直闲置，得不到充分利用， 从而使储能装置可调度的容量大大减少，最终影响到并网运行时储能装置的经济 优化调度；若预留容量过少，一旦发生脱网，则无法保证紧急情况下重要负荷的 不间断供能，产生较大的损失。由于不同时段脱网，重要负荷的需求存在一定差 别，而现有的储能装置为保障重要负荷不间断供电而预留的容量为某一固定值， 没有很好地结合不同时段重要负荷需求的变动，或不经济或达不到在任意时刻脱 网都能保障重要负荷的目的。

基于此背景，如何针对重要负荷及其不同时段的需求变化来确定储能装置的 预留容量，在任意时刻脱网保证重要负荷需求的同时，增加储能装置参与微网并 网时段的可调度容量范围，以提高微网并网运行时的经济性，具有十分重要的意 义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提出一种基于储能装置 SOC动态约束的微网经济调度方法，能够保证在任意时刻脱网时能满足重要负 荷需求，同时提高微网并网运行时的经济性。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于储能装置SOC动态约束的微网经济调度方法，包括以下步骤：

步骤1：预测微电网重要电负荷功率、新能源发电功率曲线，并获取燃气机 可调度功率上限；定义净电负荷为重要负荷功率与新能源发电功率以及燃气机可 调度功率上限之差，计算各调度周期的净电负荷功率；

步骤2：根据步骤1中各调度周期的净电负荷功率、孤网下非计划波动功率 以及孤网下重要负荷的保障供电时长，确定在各调度周期储能装置所需提供的能 量值；

步骤3：由各调度周期储能装置所需提供的能量值、储能装置的额定容量以 及储能装置的能量状态上下限，确定各调度周期储能装置的SOC动态约束值；

步骤4：以微网中各个供能设备的出力参数、微网与电网的交互功率为决策 变量、以最小化调度总周期内微网运行成本C_CCHP为目标构建目标函数；

步骤5：根据各调度周期储能装置的SOC动态约束值、各供能设备的出力 约束，用智能优化算法进行求解目标函数，得到决策变量的最优解，从而确定微 网经济调度方案。

进一步地，所述步骤1中，在第t个调度周期，净电负荷功率的计算公 式为：

其中，为该调度周期重要负荷的功率，和分别为该调度周期的风 力发电功率和光伏发电功率，为该调度周期的燃气机可调度功率上限； 和由预测得到的微电网重要电负荷功率、风力发电功率曲线和光伏 发电功率曲线确定；

进一步地，所述步骤1中，根据以下公式确定：

其中，为该调度周期燃气机的发电功率，为需要求解的参数；P_Q.Lmin为 燃气机为保证微网中冷热负荷供能不中断而预留的可调度的最小电功率，是人为 设定的参数。

进一步地，所述步骤2中，在第t个调度周期，储能装置所需提供的能量值W 的计算公式为：

其中，τ₂-τ₁为微网在孤网情况下重要负荷的保障供电时长，P_L.unp为孤网下 非计划波动功率，为经验参数。

进一步地，所述步骤3中，在第t个调度周期，储能装置的SOC动态约束值 S_bat的计算公式为：

其中，W_N为储能装置的额定容量；η_d为储能装置的放电效率；S_bat.low为储能 装置的能量状态下限；δ储能装置的自放电率，这四个参数均为储能本身参数。

进一步地，所述步骤4中，目标函数为：

minC_CCHP；

其中，n表示调度总周期内包含的调度周期个数，ΔT是每个调度周期的时 间长度，这两个参数人为设定；表示微网在第t个调度周期内单位时间燃气 消耗量；为第t个调度周期的燃气价格；N是微网系统中投入运行的供能设备 数量；为第i个供能设备第t个调度周期的出力；f_m.i是第i个供能设备单位出 力的运行维护成本；表示第t个调度周期微网与电网的功率交互成本，由微 网与电网的交互功率乘以分时电价得到；为第t个调度周期燃气机的启动 成本，由燃气机启动次数乘以每次启动的成本得到。

本发明的工作原理是：从重要负荷在不同时段需求存在变化出发，根据能源 出力曲线计算孤网下净电负荷功率；接着由能量平衡计算并网各调度周期储能装 置所需提供的能量值；然后由储能装置所需提供的能量值计算各时段储能装置 SOC动态约束值；最后结合储能装置SOC动态约束、各供能设备出力约束等最 终确定微网并网经济调度方案。

本方法在微网任意时刻脱网都能保障重要负荷供电不中断的同时，增加了储 能装置参与微网并网运行时可调度范围，从而提高了微网运行的经济性。

有益效果：

本发明由调度总周期内运行成本最低求解得出并网运行时微网各设备的出 力方案，所述出力方案的确定考虑了电网分时电价、各设备出力约束、燃气价格 以及设备维护成本。

1、本发明根据重要负荷在不同时段需求存在差异出发，各调度周期储能装 置SOC动态约束值是根据各调度周期储能装置所需提供的能量值与储能装置额 定容量计算得出，同时考虑了储能装置的自放电率、充/放电效率以及储能装置 本身能量状态下限，所设置的储能装置的SOC动态约束值完全贴合其需求随时 间的变化规律，解决了现有为保障重要负荷的储能装置容量预留方法不足问题， 确保在微网任意时刻脱网都能保障其供电不中断，减少了损失。

2、本发明提出的基于储能装置的SOC动态约束的微网经济调度方法，由任 意时刻脱网时保障重要负荷供电不中断来确定并网时储能装置SOC值，其动态 约束增加了其参与微网并网的可调度范围，所述储能装置可调度范围由储能装置 SOC动态约束值与储能装置本身能量状态上限共同决定，从而使得在保障重要 负荷任意时刻脱网供电不中断的同时，提高了微网并网经济性，增加了效益。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步具体说明。

如图1所示，本发明提供了一种基于储能装置SOC动态约束的微网经济调 度方法，包括以下步骤：

步骤1：预测微电网重要电负荷功率、新能源发电功率曲线，并获取燃气机 可调度功率上限；定义净电负荷为重要负荷功率与新能源发电功率以及燃气机可 调度功率上限之差，计算各调度周期的净电负荷功率；

其中微网的重要负荷根据微网的负荷特性确定；新能源包括风光新能源，新 能源发电功率曲线包括风力发电功率曲线和光伏发电功率曲线；重要电负荷功率 和新能源发电功率曲线可通过微网能量管理系统采用现有方法预测得到，预测方 法参考：廖旎焕,胡智宏,马莹莹,卢王允.电力系统短期负荷预测方法综述[J].电力 系统保护与控制,2011,39(01):147-152；孔波利,崔丽艳,丁钊,李现伟,王以笑.基于风 光混合模型的短期功率预测方法研究[J].电力系统保护与控制,2015,43(18):62-66。

在第t个调度周期，净电负荷功率的计算公式为：

其中，为该调度周期重要负荷的功率，和分别为该调度周期的风 力发电功率和光伏发电功率，为该调度周期的燃气机可调度功率上限； 和由预测得到的微电网重要电负荷功率、风力发电功率曲线和光伏 发电功率曲线确定；

进一步地，所述步骤1中，根据以下公式确定：

其中，为该调度周期燃气机的发电功率，为需要求解的参数；P_Q.Lmin为 燃气机为保证微网中冷热负荷供能不中断而预留的可调度的最小电功率，是人为 设定的参数；

步骤2：由能量平衡可知，孤网情况下净电负荷功率全部由储能装置提供， 同时，孤网情况下消纳风/光等新能源需平抑其出力的非计划波动功率，此部分 能量也由储能装置提供。因此，根据步骤1中各调度周期的净电负荷功率、孤网 下非计划波动功率以及孤网下重要负荷的保障供电时长，确定在各调度周期储能 装置所需提供的能量值；

在第t个调度周期，储能装置所需提供的能量值W的计算公式为：

其中，τ₂-τ₁为微网在孤网情况下重要负荷的保障供电时长；P_L.unp为孤网下 非计划波动功率，可根据历史数据统计得出；

步骤3：由各调度周期储能装置所需提供的能量值、储能装置的额定容量以 及储能装置的能量状态上下限，确定各调度周期储能装置的SOC动态约束值；

在第t个调度周期，储能装置的SOC动态约束值S_bat的计算公式为：

其中，W_N为储能装置的额定容量；η_d为储能装置的放电效率；S_bat.low为储能 装置的能量状态下限；δ储能装置的自放电率，这四个参数均为储能本身参数；

步骤4：构建以微网中各个供能设备的出力参数、微网与电网的交互功率为 决策变量(需要求解的参数)、以最小化调度总周期内微网运行成本C_CCHP为目标 的目标函数，即目标函数为：

min C_CCHP；

进一步地，所述步骤4中微网运行成本C_CCHP确定公式为：

其中，n表示总调度周期数，ΔT是调度周期的时间长度，这两个参数人为 设定；表示微网在第t个调度周期内单位时间燃气消耗量；为第t个调度 周期的燃气价格(由当地燃气公司制定)；N是微网系统中投入运行的供能设备 数量；为第i个供能设备第t个调度周期的出力；f_m.i是第i个供能设备单位出 力的运行维护成本(由设备厂商提供)；表示第t个调度周期微网与电网的 功率交互成本，由微网与电网的交互功率乘以分时电价得到(分时电价由当地电 力部门制定)；为第t个调度周期燃气机的启动成本，由燃气机启动次数乘 以每次启动的成本得到；

步骤5：根据各调度周期储能装置的SOC动态约束值、各供能设备的出力 约束，用智能优化算法进行求解目标函数，得到决策变量的最优解，从而确定微 网经济调度方案。

进一步地，所述步骤5中各供能设备包括储能装置、燃气机、余热吸收式冷 温水机、电制冷机、燃气锅炉和水泵等，其出力约束具体为：

1)储能装置的出力约束为：

其中，和分别为第t个调度周期和第t+1个调度周期储能装置的能量 状态；分别为第t个调度周期储能装置的充电功率/放电功率；ΔT为调 度周期；η_c、η_d为储能装置充、放电效率；δ为储能装置的自放电率；W_N为储能 装置的额定容量；S_bat.top为储能的能量状态上限；P_bat.ctop、P_bat.dtop分别为储能装 置的最大允许充电、放电功率；S_bat为步骤三中所求出的约束值。η_c、η_d、δ、W_N、 S_bat.top、P_bat.ctop、P_bat.dtop都是储能装置本身的参数；和为需要 求解的参数；

2)燃气机的出力约束为：

其中，和分别表示第t个调度周期燃气机发电功率和输出热功率；表示燃气机在第t个调度周期内单位时间消耗的燃气量；a、b、c、d为燃气机的 性能拟合系数，P_GE.low和P_GE.top分别表示燃气机技术出力下限和上限；P_GE.up和 P_GE.down分别表示燃气机在一个调度周期内的最大増功率幅度、最大降功率幅度； a、b、c、d、P_GE.low、P_GE.top、P_GE.up和P_GE.down均为燃气机本身的性能参数； 和为需要求解的参数；

3)余热吸收式冷温水机的出力约束为：

其中，分别表示第t个调度周期余热吸收式冷温水机的制冷/制 热功率，为第t个调度周期余热吸收式冷温水机输入的热功率，来源于燃气 机的输出热功率；η_AC.cool和η_AC.heat分别为余热吸收式冷温水机制冷和制热效率； Q_AC.coolN和Q_AC.heatN分别为余热吸收式冷温水机的额定制冷和制热功率；η_AC.cool、 η_AC.heat、Q_AC.coolN和Q_AC.heatN均为余热吸收式冷温水机本身的性能参数； 和为需要求解的参数；

4)电制冷机的出力约束为：

其中，和分别为第t个调度周期电制冷机的输入电功率和输出制冷功 率；η_EC为电制冷机的制冷效率，Q_EC.N为电制冷机的额定制冷功率；η_EC和Q_EC.N均为电制冷机本身的性能参数，和为需要求解的参数；

5)燃气锅炉的出力约束为：

其中，和分别为第t个调度周期燃气锅炉单位时间消耗的燃气量和制 热功率，为需要求解的参数；η_GB和Q_GB.N分别为燃气锅炉的制热效率和额定热功 率，为燃气锅炉本身的性能参数。

6)水泵的出力约束为：

其中，为第t个调度周期水泵电功率；和分别为第t个调度周 期冷负荷和热负荷需求量，可以由能量管理系统根据历史数据预测得到；α和β 分别为冷负荷和热负荷电耗系数，为水泵的性能参数。

进一步地，上述各供能设备出力还应满足电功率平衡约束、冷/热功率平衡 约束和能量平衡约束；以夏季供电供冷为例(燃气锅炉不工作，余热吸收式冷温 水机用于制冷)，其约束如下：

其中，第一个公式表示电功率平衡约束，即在第t个调度周期，燃气机发电 功率与电网交互功率储能装置的充/放电功率光伏出力功率以 及风电出力功率之总和要与水泵电功率电制冷机输出制冷功率及微 网电负荷(可由能量管理系统根据历史数据预测得到)的总和相平衡；第二 个公式表示冷功率平衡约束，即在第t调度周期，余热吸收式冷温水机的制冷功 率电制冷机输出制冷功率以及蓄冷装置蓄/放冷功率之和与总的冷 负荷功率相平衡；第三个公式表示能量平衡约束，即在第t个调度周期，微网单 位时间消耗的燃气量等于燃气机单位时间消耗的燃气量燃气机输出热 功率等于余热吸收式冷温水机输入的热功率与未利用的热功率之 和。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明的具体实现不受上述 具体设备的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案的各种改进或替换， 或不做任何改进直接使用，都涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于储能装置SOC动态约束的微网经济调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：预测微电网重要电负荷功率、新能源发电功率曲线，并获取燃气机可调度功率上限；定义净电负荷为重要负荷功率与新能源发电功率以及燃气机可调度功率上限之差，计算各调度周期的净电负荷功率；

步骤2：根据步骤1中各调度周期的净电负荷功率、孤网下非计划波动功率以及孤网下重要负荷的保障供电时长，确定在各调度周期储能装置所需提供的能量值；

步骤3：由各调度周期储能装置所需提供的能量值、储能装置的额定容量以及储能装置的能量状态上下限，确定各调度周期储能装置的SOC动态约束值；

步骤4：以微网中各个供能设备的出力参数、微网与电网的交互功率为决策变量、以最小化调度总周期内微网运行成本C_CCHP为目标构建目标函数；

步骤5：根据各调度周期储能装置的SOC动态约束值、各供能设备的出力约束，用智能优化算法进行求解目标函数，得到决策变量的最优解，从而确定微网经济调度方案。

2.根据权利要求1所述的基于储能装置SOC动态约束的微网经济调度方法，其特征在于，所述步骤1中，在第t个调度周期，净电负荷功率的计算公式为：

其中，为该调度周期重要负荷的功率，和分别为该调度周期的风力发电功率和光伏发电功率，为该调度周期的燃气机可调度功率上限；和由预测得到的微电网重要电负荷功率、风力发电功率曲线和光伏发电功率曲线确定；

进一步地，所述步骤1中，根据以下公式确定：

其中，为该调度周期燃气机的发电功率，为需要求解的参数；P_Q.Lmin为燃气机为保证微网中冷热负荷供能不中断而预留的可调度的最小电功率，是人为设定的参数。

3.根据权利要求1所述的基于储能装置SOC动态约束的微网经济调度方法，其特征在于，所述步骤2中，在第t个调度周期，储能装置所需提供的能量值W的计算公式为：

其中，τ₂-τ₁为微网在孤网情况下重要负荷的保障供电时长，P_L.unp为孤网下非计划波动功率，为经验参数。

4.根据权利要求3所述的基于储能装置SOC动态约束的微网经济调度方法，其特征在于，所述步骤3中，在第t个调度周期，储能装置的SOC动态约束值S_bat的计算公式为：

其中，W_N为储能装置的额定容量；η_d为储能装置的放电效率；S_bat.low为储能装置的能量状态下限；δ储能装置的自放电率，这四个参数均为储能本身参数。

5.根据权利要求4所述的基于储能装置SOC动态约束的微网经济调度方法，其特征在于，所述步骤4中，目标函数为：

minC_CCHP；

其中，n表示调度总周期内包含的调度周期个数，ΔT是每个调度周期的时间长度，这两个参数人为设定；表示微网在第t个调度周期内单位时间燃气消耗量；为第t个调度周期的燃气价格；N是微网系统中投入运行的供能设备数量；为第i个供能设备第t个调度周期的出力；f_m.i是第i个供能设备单位出力的运行维护成本；表示第t个调度周期微网与电网的功率交互成本，由微网与电网的交互功率乘以分时电价得到；为第t个调度周期燃气机的启动成本，由燃气机启动次数乘以每次启动的成本得到。