CN109937431B - 用于管理电力供应/需求的调度设备、方法及计算机可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于管理电力供应/需求的调度装置、方法以及计算机程序。该调度装置用于管理微电网(MG)的电力供应和需求，所述微电网包括需求资源(DR)和发电资源，所述发电资源具有可再生能源、能量存储系统(ESS)和分布式发电机(DG)，每个发电资源均用于向DR供电。该调度装置通过将满足所述MG的电力供应和需求约束的管理调度算法应用于包括有关每个所述发电资源的竞标信息的管理调度输入信息来计算用于管理所述MG的电力供应和需求的管理调度结果信息并且用于对所述发电资源的发电成本进行最小化，所述管理调度结果信息包括每个所述发电资源的中标信息。

Description

用于管理电力供应/需求的调度设备、方法及计算机可读存储 介质
技术领域
本发明涉及一种用于管理电力供应/需求的调度装置、方法及计算机可读存储介质，更具体地，涉及一种基于经济学视角通过电力交易机制来对包括并网微电网的新电力市场的电力供应和需求进行管理的电力供应/需求管理的调度装置、方法及计算机可读存储介质。
背景技术
微电网(microgrid，简称“MG”)是一种智能电网系统，是指可以在小范围内自供电的小型电力系统，或者是在某一区域与需求资源、分布式发电机、可再生能源以及储能系统一起构建的小型电网，并且可以独立地运行或者与外部大型电网连接。
根据MG是否连接到电网，MG可分成并网MG和离网MG。通常，离网MG限于安装在诸如岛屿、山脉和偏远地区之类的物理隔离区域中。与传统的集中式传输与分配系统相比，MG作为分散式系统而备受瞩目，该分散式系统由其他网络供电或者通过独立操作执行自我生成以实现更灵活的系统操作。
目前，由于私营公司参与到了MG领域，预计市场将继续增长。为了支持私营部门驱动的新电力市场的建立，例如，国家级执行计划正在加速实施新电力市场扩散的公共政策以打开由小型电力经纪人经营的小型电力经纪市场。
然而，目前，并不存在一种通过真正的双边电源来管理电力供应与需求的系统，该双边电源可以基于经济学视角在MG环境中直接生成电力和消耗电力并且可以销售剩余电力。换句话说，需要一种这样的系统，该系统易于应用于MG领域并且用于基于经济可行性构建和管理新市场从而使得新市场的私营化部门驱动的增长得以维持。
于2015年12月7日公开的，公开号为No.10-2015-0136171韩国专利申请公开了与本发明有关的背景技术。
发明内容
本发明旨在提供一种管理电力供应/需求的调度装置、方法及计算机可读存储介质，用于创建最佳调度来基于经济学视角通过电力交易机制在包括并网微电网的新电力市场和微电网以外的电力市场中管理电力供应和需求。
[解决方案]
本发明的一个方面提供了一种用于管理微电网(MG)的电力供应和需求的调度装置，所述微电网包括需求资源(DR)和发电资源，所述发电资源具有可再生能源、能量存储系统(ESS)和分布式发电机(DG)，每个发电资源均用于向DR供电，其中，所述调度装置用于通过将管理调度算法应用于管理调度输入信息，计算管理调度结果信息，并且所述调度装置还用于对所述发电资源的发电成本进行最小化；所述管理调度算法满足所述MG的电力供应和需求约束，所述管理调度输入信息包括有关每个所述发电资源的竞标信息，所述管理调度结果信息用于管理所述MG的电力供应和需求，所述MG的电力供应和需求包括每个所述发电资源的中标信息。
管理调度算法可以设定为基于所述管理调度输入信息使用目标函数来计算所述管理调度结果信息，所述目标函数用于使得管理所述MG的电力供应和需求以及所述MG的电力供需约束所需的电力购买成本最小化。
所述管理调度输入信息可以包括可再生能源竞标信息、ESS竞标信息以及DG竞标信息，所述可再生能源竞标信息包括所述可再生能源的竞标能力和竞标价，所述ESS竞标信息包括所述ESS的竞标充电/放电电力和竞标价，所述DG竞标信息包括所述DG的与竞标能力和发电成本函数相关的信息。
所述ESS竞标信息还可以包括所述ESS的与充电/放电效率、最大存储能力、最大可容许充电状态(State of Charge，简称“SoC”)以及最小可容许SoC相关的信息，以及所述DG竞标信息还可以包括所述DG的最大上升率、最大下降率、启动时间信息以及关闭时间信息。
所述管理调度结果信息可以包括可再生能源中标信息、ESS中标信息以及DG中标信息，所述可再生能源中标信息包括所述可再生能源的内部使用的电力和外部销售的电力，所述ESS中标信息包括ESS的充电电力、内部使用的放电电力以及外部销售的放电电力，所述DG中标信息包括所述DG的内部使用的电力和外部销售的电力。
所述ESS中标信息还可以包括关于所述ESS的SoC信息，以及所述DG中标信息还可以包括关于所述DG的启动状态信息和操作/关闭信息。
所述管理调度输入信息还可以包括关于与邻近MG进行的电力交易的信息、关于与外部电力购买市场和外部电力销售市场中的每一个进行的电力交易的信息以及关于所述MG中的需求的预测信息。
所述管理调度结果信息还可以包括邻近MG电力交易信息和外部电力市场电力交易信息，所述邻近MG电力交易信息包括从邻近MG购买的电力和出售给所述邻近MG的电力，所述外部电力市场电力交易信息包括从所述外部电力购买市场购买的电力和出售给所述外部电力销售市场的电力。
所述管理调度算法可以设定成考虑到从所述可再生能源购买电力的成本、根据所述ESS的充电/放电的成本、所述DG的发电成本、根据与所述邻近MG的电力交易的成本以及根据与所述外部电力购买市场和所述外部电力销售市场的电力交易的成本，基于所述管理调度输入信息通过使用所述目标函数来计算管理调度结果信息，所述目标函数用于最小化管理所述MG的电力供应和需求所需的电力购买成本。
管理调度算法可以设定为在满足电力供应和需求约束的范围内计算管理调度结果信息，电力供应和需求约束包括可再生能源约束、ESS约束、DG约束以及外部电力市场约束，可再生能源约束包括可再生能源的输出电力约束，ESS约束包括ESS的输出电力约束，DG约束包括DG的输出电力约束，外部电力市场约束包括与外部电力销售市场进行的电力交易约束。
ESS约束还可以包括用于在可容许SoC范围内用于管理ESS的可容许SoC范围管理约束，该可容许SoC范围管理约束基于ESS的充电/放电效率、最大存储能力、最小容许SoC和最大容许SoC来设置，以及DG约束还可以包括基于DG的最大上升率和最大下降率设置的输出功率波动约束，以及基于DG的启动时间信息和关闭时间信息设置的启动和关闭维持时间约束。
所述外部电力市场约束可以是用于仅容许由包括在MG中的发电资源所产生的电力中的剩余电力出售给邻近MG和外部电力销售市场的电力交易约束。
管理调度结果信息还包括微电网市场清算价(MG MCP)，该MG MCP是所述MG中的市场清算价，以及所述可再生能源的内部使用电力、所述ESS的内部使用的放电电力以及所述DG的内部使用的电力可以通过所述MG MCP来确定。
所述可再生能源的外部销售电力和销售给外部电力销售市场的电力可以通过系统边际价格(SMP)来结算，从外部电力购买市场购买的电力可以通过外部电力购买市场的零售价格来结算，以及所述MG MCP可以为高于或等于所述SMP且低于或等于所述零售价的价格。
本发明的另一方面提供一种用于管理微电网(MG)的电力供应和需求的调度方法，所述微电网包括需求资源(DR)和发电资源，所述发电资源具有可再生能源、能量存储系统(ESS)和分布式发电机(DG)，每个发电资源均用于向所述DR供电，所述调度方法包括：电力供应/需求管理调度装置接收管理调度输入信息，该管理调度输入信息包括关于每个发电资源的竞标信息；以及所述电力供应/需求管理调度装置通过将管理调度算法应用于所接收的管理调度输入信息来计算管理调度结果信息，并且还用于使所述发电资源的发电成本最小化；其中，管理调度算法满足所述MG的电力供应和需求约束，管理调度结果信息用于管理所述MG的电力供应和需求，管理调度结果信息包括关于每一个发电资源的中标信息。
本发明的又一方面提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其中，所述计算机程序用于结合硬件来管理微电网(MG)的电力供应和需求，所述微电网包括需求资源(DR)和发电资源，所述发电资源具有可再生能源、能量存储系统(ESS)以及分布式发电机(DG)，每个发电资源用于向所述DR供电，所述计算机程序用于被计算机加载时执行：接收管理调度输入信息，该管理调度输入信息包括关于每个发电资源的竞标信息；以及通过将管理调度算法应用于所接收的管理调度输入信息来计算管理调度结果信息并且使所述发电资源的发电成本最小化；其中，管理调度算法满足所述MG的电力供应和需求约束，管理调度结果信息用于管理所述MG的电力供应和需求，管理调度结果信息包括关于每一个发电资源的中标信息。
[有益效果]
利用根据本发明的用于管理电力供应/需求的调度装置、方法及计算机可读存储介质，可以灵活地应对峰值电力情况，从而实现更稳定的系统操作。此外，可以预期降低电力传输/分配操作成本和损失成本、减少碳排放、提高能效等等。
附图说明
图1是根据本发明的一个示例性实施例的管理电力供应/需求的调度装置中微电网(MG)的配置示意图。
图2是根据本发明的一个示例性实施例的管理电力供应/需求的调度设备中计算MG市场清算价(MCP)的过程示意图。
图3是根据本发明的一个示例性实施例的管理电力供应/需求的调度装置中的新电力市场的配置示意图。
图4是根据本发明的一个示例性实施例的管理电力供应/需求的调度装置中用于说明MG MCP的适当范围的示意图。
图5是根据本发明的一个示例性实施例的管理电力供应/需求的调度装置中的管理调度输入信息、管理调度算法以及管理调度结果信息的示意图。
图6是根据本发明的一个示例性实施例的管理电力供应/需求的调度装置中的可再生能源的结算过程的示意图。
图7是根据本发明的一个示例性实施例的管理电力供应/需求的调度装置中的能量存储系统的配置示意图。
图8至图17是根据本发明的一个示例性实施例的管理电力供应/需求的调度设备的应用示例的示意图。
图18是根据本发明的一个示例性实施例的管理电力供应/需求的调度方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图来描述根据本发明示例性实施例的用于管理电力供应/需求的调度装置、方法及计算机可读存储介质。为了清楚性且方便解释，可以放大附图中所示的线条的粗细和组件的尺寸。下文所描述的术语是考虑到本发明的示例性实施例中的功能而定义的，这可以根据用户或操作者的意图、习俗等而变化。因此，术语的定义应当基于整个说明书中的内容来进行。
图1是根据本发明的一个示例性实施例的管理电力供应/需求的调度装置中的微电网(MG)的配置示意图，以及图2是根据本发明的一个示例性实施例的管理电力供应/需求的调度设备中计算MG市场清算价(MCP)的过程示意图。图3是根据本发明的一个示例性实施例的管理电力供应/需求的调度装置中的新电力市场的配置示意图。图4是根据本发明的一个示例性实施例的管理电力供应/需求的调度装置中用于说明MG MCP的适当范围的示意图。图5是根据本发明的一个示例性实施例的管理电力供应/需求的调度装置中的管理调度输入信息、管理调度算法和管理调度结果信息的示意图，以及图6是根据本发明的一个示例性实施例的管理电力供应/需求的调度装置中的可再生能源的结算过程的示意图。图7是根据本发明的一个示例性实施例的管理电力供应/需求的调度装置中的能量存储系统的配置示意图。
首先，将清楚地定义本实施例的前提条件。
本实施例既适用于MG与上部系统一起操作的并网运行情况，还适用于在MG内自供电的离网运行情况。在下文中，为简便起见，将基于如图1所示的并网MG的连接操作情况进行描述。
如图1所示，在本实施例中，MG可以包括需求资源(负载)和用于向需求资源供电的发电资源。发电资源可包括可再生能源、能量存储系统(ESS)以及分布式发电机(DG)。这里，可再生能源可为不能自主地控制发电的可再生发电机，诸如光伏发电机或风力发电机，以及DG可为能够维持所期望的输出电力的发电机，其包括联合发电机和柴油发电机。
MG是一个小型电力系统。存在一些约束用于在MG内维持电力供应和需求之间的平衡并确保预留电力。这些约束因MG中所包括的发电资源的不同而不同，因此约束需要通过预定公式来表示并反映在经济电力供应中。在本实施例中，如下所述，发电资源的约束通过电力供应和需求约束进行数学建模，以执行管理电力供应/需求的调度。
在本实施例中，假设MG中的发电资源通过竞标进行电力交易。MG中的需求资源和发电资源中的每一个所使用的电力和所产生的电力的成本和结算量通过MG MCP进行计算，MG MCP是MG中的市场清算价。如图2所示，可以从具有较低竞标价的发电资源开始累计竞标能力，并且可以将所累计的竞标能力等于MG中的需求预测值时的发电资源的竞标价确定为MG MCP。基本上，中标的是具有较低竞标价的发电资源，但是可以通过电力供应和需求约束来改变中标单，这将在下面描述。也就是说，具有较低竞标价的发电资源可能不会中标。相反，在根据将在下文中描述的管理调度算法而作出中标的生成资源中具有最高竞标价的生成资源可以确定MG MCP。
在本实施例中，新电力市场可为包括MG、外部电力销售市场以及外部电力购买市场的概念，如图3所示。MG基于通过管理调度算法计算的管理调度结果信息来与外部电力销售市场和外部电力购买市场进行电力交易，这将在下文进行描述。在该操作中，MG中的对应于电力短缺的电力基于零售价格从外部电力购买市场进行购买，并且MG中未拍卖的剩余电力基于系统边际价格(SMP)在外部电力销售市场进行销售。
如上所述，MG中的发电资源的结算量和需求资源的使用费基于MG MCP进行计算。包括MG的新电力市场中的参与者的参与和利润取决于MG MCP。因此，MG MCP需要保持在适当的范围内。如图4所示，当MG MCP低于SMP时，发电资源可能离开MG，因为当电力销售到外部电力销售市场而不是在MG内销售时，发电资源会获得更多的利润。因此，MG MCP应当高于或等于SMP。当MG MCP高于零售价时，发电资源很可能离开MG，因为当从外部电力购买市场而不是从MG内购买电力时，支付成本降低。因此，MG MCP应当低于或等于零售价。SMP和零售价随季节和时间而变化，但基本上SMP往往低于零售价。因此，MG MCP的适当范围是从SMP到零售价。
将基于上文描述的本实施例的前提条件来详细描述根据本发明的一个示例性实施例的管理电力供应/需求的调度设备。
根据本发明的一个示例性实施例的管理电力供应/需求的调度设备可以通过将满足MG的电力供应和需求约束的管理调度算法应用于包括有关每个发电资源的竞标信息的管理调度输入信息来计算用于管理MG的电力供应和需求的管理调度结果信息并且用于最小化发电资源的发电成本，该管理调度结果信息包括每个发电资源的中标信息。图5示出了管理电力供应/需求的调度装置使用管理调度输入信息和管理调度算法来计算管理调度结果信息的整个过程。
所述管理调度算法基于数学优化技术，这将在下文进行描述，因此有必要首先对新电力市场的组件进行数学建模。
为此，简要总结了MG中DG的特征。诸如光伏发电机和风力发电机之类的可再生能源不能自主地控制发电，而诸如联合发电机和柴油发电机之类的DG可以保持所期望的输出电力。在ESS执行诸如负载均衡和稳定可再生能源输出电力之类的功能的意义上，ESS是构建包括MG的新电力市场的最基本的资源。需求资源可以包括各种负载，例如，根据参与客户的资源的工业、商业、住宅负载。
接下来，简要总结MG之外的资源的特征。外部电力购买市场是指购买与MG中电力不足相对应的电力的目标市场。以韩国为例，韩国电力公司(Korea Electric PowerCorporation，简称“KEPCO”)可能成为目标市场。需求资源可以根据需求资源加入的零售支付计划以零售价购买电力。外部电力销售市场是指出售MG中未拍卖的剩余电力的目标市场。外部电力销售市场可能是每个国家待开放(或已经开放)的小规模电力经纪市场，其中，电力可以根据SMP出售，这代表SMP。
在下文中，将针对目标函数和约束来对管理电力供应/需求的调度设备的管理调度算法进行详细描述。
可以在管理电力供应/需求的调度装置中设置本实施例的管理调度算法，以基于管理调度输入信息，使用用于使得管理MG的电力供应和需求以及MG的电力供应和需求约束所需的电力购买成本最小化的目标函数，来计算管理调度结果信息。
这里，管理调度输入信息可以包括可再生能源竞标信息、ESS竞标信息以及DG竞标信息，可再生能源竞标信息包括可再生能源的竞标能力PRi,t和竞标价CRi,t，ESS竞标信息包括ESS的竞标充电/放电电力PEj,t和竞标价CEj,t，DG竞标信息包括DG的竞标能力PGk,t和发电成本函数信息Ak、Bk、Ck。
这里，ESS竞标信息还可以包括ESS的充电/放电效率ηj、最大存储能力Capmax,j、最小容许充电状态SoCmin,j以及最大容许充电状态SoCmax,j。DG竞标信息还可以包括DG的最大上升率RUk，DG的最大下降率RDk，关于DG的启动时间信息MUTK和LUk，以及关于DG的关闭时间信息MDTK和LDk。
首先，将描述可再生能源竞标信息。管理电力供应/需求的调度设备可以接收如下表1中所示的数学建模的可再生能源竞标信息的输入。
[表1]
Figure GDA0002202857680000091
如图6所示，可再生能源产生的电力可以分为MG中使用的量和销售给外部的量，可再生能源的竞标量中的中标量在MG中使用并且根据MG MCP结算，并且未拍卖的量将出售给SMP的外部电力销售市场。
接下来，将对ESS竞标信息进行描述。管理电力供应/需求的调度设备可以接收如下表2所示的进行数学建模的ESS竞标信息的输入。
[表2]
项 单位 描述
PEj,t kW ESS j在时间t的竞标充电/放电电力
CEj,t 韩元/kWh ESS j在时间t的竞标价
ηj ％ ESS j在时间t的充电/放电效率
Capmax,j kWh ESS j在时间t的最大存储能力
SoCmin,j ％ ESS j在时间t的最小容许SoC
SoCmax,j ％ ESS j在时间t的最大容许SoC
如图7所示，ESS包括用于存储能量的电池和负责电力的输入和输出的电力调节系统(PCS)。
在本实施例中，因为ESS执行充电时电流的流动和ESS执行放电时电流的流动指向相反的方向，因此使用符号来指示充电和放电状态(充电状态：PEj,t>0，放电状态：PEj,t<0)。此外，在ESS的情况下，仅放电的价格是出价，并且充电成本基于外部电力购买市场的零售价进行计算。在充电过程中，ESS可视为负载并且可添加到如下文所描述的电力供应和需求约束中的需求项中。在放电过程中，ESS可视为发电资源并且可添加到在电力供应和需求约束中的供应项中。此外，当考虑在系统外部销售时，ESS的放电电力可以分成内部消耗电力和外部销售电力，这类似于可再生能源的发电量。此外，ESS的电池中剩余的能量由SoC表示，并且可以使用其中剩余能量相对于充电电力线性增加的模型。由于考虑了PCS的充电/放电效率，因此充电电力和放电电力应该用不同的参数建模，而不是用单个参数来进行建模。为确保ESS的安全运行，ESS应在容许的SoC范围内运行。上表2示出了根据上文所描述的数学建模的结果。
接下来，将描述关于DG的竞价信息。管理电力供应/需求的调度设备可以接收如下表3所示的进行数学建模的ESS竞标信息的输入。
[表3]
项 单位 描述
PGk,t kW DG k在时间t的竞标能力
Ak 韩元/kW2 DG k发电成本函数的二阶项的系数
Bk 韩元/kW DG k发电成本函数的一阶项的系数
Ck 韩元 DG k发电成本函数的常数项
RUk kW/min DG k的最大上升率
RDk kW/min DG k的最大下降率
MUTK 小时 DG k的最短启动时间
MDTK 小时 DG k的最短关闭时间
LUk 小时 DG k最后一次维持启动状态的时间
LDk 小时 DG k最后一次维持关闭状态的时间
与不管发电量如何都应用恒定价格的其他生成资源不同，DG使用了具有二阶项的发电成本函数。因此，边际成本根据发电量而改变。通过调整各个项的系数，可以将发电成本函数改变为线性函数或常数函数。
此外，DG采用通用模型。因此，上升率/下降率约束(输出电力波动约束)和最小启动和关闭时间约束(启动和关闭维持时间约束)反映在DG约束中，这将在下面进行描述。
这里，上升率表示每分钟发电机电力的增大，最大上升率表示上升率的最大值。下降率表示发电机每分钟电力的减小，最大下降率表示下降率的最大值。最小关闭时间表示在发电机启动期间发电机被关闭之后，在再次启动之前，发电机应保持在关闭状态的最短时间。以及最小启动时间表示在发电机启动之后，直到发电机被关闭为止，发电机应当保持在启动状态的最短时间。为了确定发电机是否处于初始启动状态，要输入发电机最后一次保持在启动状态的时间LUk和发电机最后一次保持在关闭状态的时间LDk。当LUk和LDk中的一个大于或等于零时，另一个应该为零。此外，当考虑在系统外部进行销售时，DG的发电量可以分成内部消耗的电量和外部销售的电量，这与可再生能源的发电量类似。上表3示出了根据上文所描述的数学建模的结果。
同时，管理调度输入信息还可以包括关于与邻近MG进行的电力交易的信息CBMGl,t、PBMGl,t、CSMGl,t以及PSMGl,t，关于与外部电力购买市场和外部电力销售市场进行的电力交易的信息RtlPt和SMPt，以及MG中的需求预测信息Loadt。因此，管理电力供应/需求的调度设备可以接收如下表4中所示的数学建模的输入信息。
[表4]
项 单位 描述
CBMGl,t 韩元/kWh 随时间变化的邻近MG l的电力购买价格
PBMGl,t kW 随时间变化的邻近MG l的电力购买限值
CSMGl,t 韩元/kWh 随时间变化的邻近MG l的电力销售价格
PSMGl,t kW 随时间变化的邻近MG l的电力销售限值
SMPt 韩元/kWh 时间t时的预测SMP
RtlPt 韩元/kWh 时间t时的零售价
Loadt kW 时间t时的预测需求
基于上述管理调度输入信息，管理电力供应/需求的调度设备可以计算用于管理MG的电力供应和需求的管理调度结果信息。
更具体地，管理调度结果信息可以包括可再生能源中标信息、ESS中标信息以及DG中标信息，可再生能源中标信息包括可再生能源的内部使用的电力P_RIi,t和外部销售电力P_REi,t，ESS中标信息包括ESS的充电电力P_ECj,t、内部使用的放电电力P_EDIj,t以及外部出售的放电电力P_EDEj,t，DG中标信息包括DG的内部使用电力P_GIk,t和外部电力P_GEk,t。
这里，ESS中标信息还可以包括关于ESS的SoC信息SoCj,t，并且DG中标信息还可以包括启动状态信息uk,t和操作/关闭信息duk,t和udk,t。
管理调度结果信息还可以包括邻近MG电力交易信息和外部电力市场电力交易信息，邻近MG电力交易信息包括从邻近MG购买的电力P_buyMGl,t和销售给邻近MG的电力P_sellMGl,t，外部电力市场电力交易信息包括从外部电力购买市场购买的电力P_buyRt和出售给外部电力销售市场的电力P_sellWt。
管理调度结果信息可以在数学上建模和总结，如下表5所示。
[表5]
Figure GDA0002202857680000131
Figure GDA0002202857680000141
管理电力供应/需求的调度设备可以通过将管理调度算法应用于管理调度输入信息来计算如表5中所示的管理调度结果信息。在该操作中，数学优化技术可以应用于如上所述的管理调度算法。管理调度算法旨在建立接下来24小时的每小时计划。
以下将对管理调度算法的目标函数进行详细说明。
考虑到从可再生能源购买电力的成本、根据ESS的充电/放电的成本、DG的发电成本、根据与邻近MG进行的电力交易的成本以及根据与外部电力购买市场和外部电力销售市场进行的电力交易的成本，管理调度算法可以设定为基于管理调度输入信息，使用目标函数来计算管理调度结果信息，从而用于对管理MG的电力供应和需求所需的电力购买成本进行最小化(即，MG运营商的电力购买成本)。目标函数可以由下面的公式1表示。
Figure GDA0002202857680000142
以下说明公式1中与从可再生能源购买电力的成本有关的项∑i∈ICRi，tP_RIi，t进行。从可再生能源购买电力的成本可以通过将可再生能源的竞标价乘以可再生能源的内部使用的电力来进行计算。外部销售的电力没有反映在目标函数中，因为假定外部销售的电力直接出售给外部电力销售市场而不通过新电力市场进行销售。
接下来，说明公式1中与ESS的充电/放电引起的成本有关的项-∑j∈JRtlPtP_ECj，t+∑j∈JCEj，t(P_EDIj，t+P_EDEj，t)。ESS的充电对应于ESS从新电力市场购买电力作为负载的情况，因此该项被给予负(-)符号以表现出降低总电力购买成本的效果。在放电过程中，MG运营商的电力购买成本通过将ESS的竞标价乘以放电电力来进行计算。这里，ESS的放电电力分为内部使用的放电电力和外部销售的电力。然而，与可再生能源的情况不同，假设MG的运营商购买放电电力并将放电的电力出售给外部。因此，外部销售的放电电力反映在目标函数中。
接下来，说明公式1中与DG的发电成本有关的项∑k∈Kfk(P_GIk，t+P_GEk，t)。在与DG的发电成本有关的项中，函数fk由下面的公式2来表示。
fk(Pk，t)＝AkPk，t 2+BkPk，t+Ckuk，t (公式2)
接下来，将对与根据与公式1中的邻近MG进行的电力交易的成本相关的项进行说明。当从邻近MG购买电力时，电力购买成本增加。当电力出售给邻近MG时，会产生电力销售收入，因此从目标函数中扣除收入。
接下来，说明根据公式1中与外部电力购买市场和外部电力销售市场中任一个进行的电力交易的成本相关的项∑l∈L(CBMGl，tP_buyMGl，t-CSMGl，tP_sellMGl，t)。基于零售价格从外部电力购买市场购买电力，并且基于SMP向外部电力销售市场进行电力销售。
以下将对管理调度算法的电力供应和需求约束进行详细说明。
管理调度算法可以设定为在满足电力供应和需求约束的范围内计算管理调度结果信息，电力供应和需求约束包括可再生能源约束、ESS约束、DG约束以及外部电力市场约束，可再生能源约束包括可再生能源的输出电力约束，ESS约束包括ESS的输出电力约束，DG约束包括DG的输出电力约束，外部电力市场约束包括与外部电力销售市场进行的电力交易约束。
关于可再生能源约束，可再生能源的输出电力约束由下面的公式3表示。
P_RIi，t+P_REi，t＝PRi，t (公式3)
具体而言，由于可再生能源以每小时恒定出价进行竞标，因此预期整个竞标量将在MG内使用或出售给外部。因此，本实施例所采用的约束是内部使用的电力和外部销售的电力之和应该等于可再生能源的竞标能力。
接下来，关于ESS约束，ESS的输出电力约束由下面的公式4和公式5表示。
P_ECj，t＝0
P_EDIj，t+P_EDEj，t≤PEj，t (公式4)
P_ECj，t≤-PEj，t
P_EDIj，t+P_EDEj，t＝0 (公式5)
具体地，当PEj，t＜0时，ESS对充电调度进行竞标，并且应用公式4。当PEj，t＞0时，ESS对放电调度进行竞标，并且应用公式5。也就是说，根据PEj，t的符号互补地应用公式4和公式5。公式4和公式5意味着ESS的充电电力和放电电力应在进行竞标的调度内确定。这里，假设在ESS的限制内对ESS的竞标充电/放电电力进行竞标。
根据MG中的能量供应状态，可以仅对ESS已经出价的调度中的一部分进行充电或者放电。在这种情况下，ESS的SoC可能无法保证在容许的SoC范围内。因此，本实施例中的ESS约束可以进一步包括基于ESS的充电/放电效率、最大存储能力、最小可容许SoC和最大可容许SoC来设置的可容许SoC范围管理约束，以管理可容许的SoC范围内的ESS。可容许的SoC范围管理约束由下面的公式6至公式9表示。
Figure GDA0002202857680000161
SoCmin，j≤SoCj，t (公式7)
SoCj，t≤SoCmax，j (公式8)
SoCj，24＝SoCmin，j (公式9)
公式6定义了ESS和SoC的充电/放电电力之间的关系。也就是说，根据前一次的SoC和相应时间的充电/放电电力计算SoC(其中，SoC应为输入/输出功率和时间的乘积，但是在本实施例中不考虑时间项，因为假定每小时进行调度)。公式7和公式8意味着根据公式6的SoCj,t应保持在竞标成功时所提供的最小容许SoC和最大容许SoC之间的范围内。公式9表示应该将调度结束时的SoC维持为最小SoC的约束。根据公式9，可以防止ESS完成了充电的收费但没有使用电力的情况。
接下来，关于DG约束，DG的输出电力约束由下面的公式10表示。
P_GIk，t+P_GEk，t≤PGk，tuk，t (公式10)
DG的所产生的电力分为内部使用的电力和外部销售的电力，并且内部使用的电力和外部销售的电力之和应当小于竞标能力。此外，当DG运行时，右侧的uk应设置为1，以便所产生的电力大于零。由此，可以指示发电机的启动状态。
当DG处于关闭状态时，公式10变为P_GIk，t+P_GEk，t＝0，并且公式中的uk,t是零还是1并不重要。为了防止这种情况，可以添加诸如下面的公式11的约束。
εuk，t≤P_GIk，t+P_GEk，t (公式11)
根据公式11，当存在由DG产生的电力时，可以确保uk,t是1。为此，可以将公式11中的ε设置为尽可能小的常数，以不影响DG的启动状态的确定。
DG约束可以进一步包括基于DG的最大上升率和最大下降率设置的输出电力波动约束，以及基于关于DG的启动时间信息和关闭时间信息设置的启动和关闭维护时间约束。
具体地说，每小时DG的输出电力波动范围是有限的。最大上升率表示每分钟产生的电力增加的极限，最大下降率表示每分钟产生的电力减少的极限。基于这些限制，输出电力波动约束由下面的公式12和公式13表示。
P_GIk，t+P_GEk，t-(P_GIk，t-1+P_GEk，t-1)≤RUk (公式12)
P_GIk，t-1+P_GEk，t-1-(P_GIk，t+P_GEk，t)≤RDk (公式13)
公式12表示当前时间所产生的电力与前一次所产生的电力之间的差值应小于或等于最大上升率，公式13表示前一次所产生的电力与当前时间所产生的电力之间的差值应小于或等于最大下降率。
此外，一旦DG从关闭状态变为启动状态，DG无法再次关闭，而应当在启动状态下保持预定时间。最小启动时间表示应保持启动状态的最短时间。相应的启动维持时间约束由下面的公式14表示。
Figure GDA0002202857680000181
公式14的左侧是DG的最小启动时间期间从DG关闭之前的时间开始指示启动状态的参数之和，其等于在关闭之前的启动次数的总和。只有当总和不小于最小启动时间时，udk,t才能为1，这意味着只有当从对应于最小启动时间减去1小时的时间到1小时前的所述时间保持启动状态时才能关闭DG。
类似地，一旦DG从启动状态变为关闭状态，DG不能在预定时间段内重新启动，而应保持在关闭状态。最小关闭时间表示应保持关闭状态的最短时间。关闭维持时间约束由下面的公式15表示。
Figure GDA0002202857680000182
公式15的左侧是针对从刚启动DG之前的时间开始的最小关闭时间对应于表示DG的启动状态的1-参数的项的总和，并且等于启动前关闭次数的总和。只有当总和不小于最小关闭时间时，duk,t才能为1，这意味着只有当从对应于最小关闭时间减去1小时的时间到1小时前的所述时间保持关闭时间时才启动。
在本实施例中，包括在电力供应和需求约束中的外部电力市场约束是指用于仅允许由包括在MG中的发电资源产生的电力中的剩余电力出售给邻近MG和外部电力销售市场的电力交易约束。
具体地，使用经济电源和发电机启动/关闭计划中使用的一般电力供应和需求约束可能引起问题，因为在外部电力购买市场购买的电力被出售给外部电力销售市场。例如，在轻负载的时区中，由于外部电力购买市场制定的零售价，使得零售价低于SMP，这可能导致问题。当对外部电力购买市场购买的电量和向外部电力销售市场销售的电量没有限制时，根据本实施例的新电力市场的管理调度可能无法正常执行。
因此，本实施例采用一种配置，该配置通过向电力供应和需求约束添加电力交易约束来防止上述问题。具体地，在MG中所产生的电力总量中，内部使用的电力是指MG中提供给DR的电力，并且内部使用的电力和外部购买的电力的总和应该等于MG中所需的电力的总和。这里，外部购买的电力是指从外部电力购买市场购买的电力和从邻近MG购买的电力的总和。以上描述可以由下面的公式16表示。
∑i∈IP_RIi，t+∑j∈JP_EDIj，t+∑k∈KP_GIk，t+∑l∈LP_buyMGl，t+P_buyRt＝Loadt (公式16)
也就是说，公式16表示MG中的电力供应和需求状况。
此外，销售给外部电力销售市场和邻近MG的电力应该等于MG中所产生的电力总量的外部销售电力的总和，这可以由下面的公式17表示。
∑j∈JP_EDEj，t+∑k∈KP_GEk，t＝∑l∈LP_sellMGl，t+P_sellWt (公式17)
即，公式17表示销售到外部的电力的约束。
假设未被拍卖的可再生能源所产生的电力直接出售给外部电力销售市场而没有经过MG运营商的调解，因此并不反映在公式17中。
以下概述了上述管理调度输入信息、管理调度结果信息、目标函数以及电力供应和需求约束。
1.管理调度输入信息和管理调度结果信息
[表6]
Figure GDA0002202857680000191
Figure GDA0002202857680000201
2.目标函数
Figure GDA0002202857680000202
3.电力供应和需求约束
①可再生能源约束(可再生能源输出电力约束)
P_PIi，t+P_REi，t＝PRi，t
②ESS约束
a.ESS输出电力约束
P_ECj，t＝0
P_EDIj，t+P_EDEj，t≤PEj，t
P_ECj，t≤-PEj，t
P_EDIj，t+P_EDEj，t＝0
b.可容许的SoC范围管理约束
Figure GDA0002202857680000203
SoCmin，j≤SoCj，t
SoCj，t≤SoCmax，j
SoCj，24＝SoCmin，j
③DG约束
a.DG输出电力约束
εuk，t≤P_GIk，t+P_GEk，t
P_GIk，t+P_GEk，t≤PGk，tuk，t
b.输出电力波动约束
P_GIk，t+P_GEk，t-(P_GIk，t-1+P_GEk，t-1)≤RUk
P_GIk，t-1+P_GEk，t-1-(P_GIk，t+P_GEk，t)≤RDk
c.启动和关闭维持时间约束
Figure GDA0002202857680000211
Figure GDA0002202857680000212
④外部电力市场的约束
a.MG的电力供应和需求的状况
∑i∈IP_RIi，t+∑j∈JP_EDIj，t+∑k∈KP_GIk，t+∑l∈LP_buyMGl，t+P_buyRt＝Loadt
b.外部出售的电力约束
∑j∈JP_EDEj，t+∑k∈KP_GEk，t＝∑l∈LP_sellMGl，t+P_sellWt
图8至图17是通过应用根据本实施例的管理电力供应/需求的调度设备来执行用于管理新电力市场中的电力供应和需求的调度的示例的示意图。下面将描述适用于图8至图17所示的示例的条件。
假设MG中的发电资源由一个可再生能源发电机、一个ESS以及一个DG组成。假设可再生能源发电机通过采用光伏发电机的模式具有高达12.5MW的发电能力，并且假设ESS具有5MW/10MWh的能力。假设DG是一种联合发电机，考虑到DG是小规模资源，假设最小启动时间和最小关闭时间小于1小时。MUT、MDT、LUk和LDk都设置为零，并且上升量/下降量设置为非常大的值，假设上升率/下降率足够高能够在一小时内达到最大输出电力。
图8示出了可再生能源竞标信息的示例。图9示出了ESS竞标信息的示例(其中，假定CEt为100韩元/kWh)。图10示出了DG竞标信息的示例。图11示出了与外部电力购买市场的电力交易相关的信息(例如，KEPCO的零售价，工业用途的高压B选择II支付计划(春季和秋季支付计划))，图12示出了与外部电力销售市场进行电力交易相关的信息(即，SMP)，以及图13示出了MG中的需求预测信息。图14和图15示出了基于图8至图13中所示的管理调度竞标信息的需求、总竞标量、零售价以及SMP随时间的比较结果。图16和图17分别示出了上述示例中的管理调度输入信息和管理调度结果信息的概要。
在本实施例中，电力供应/需求管理调度设备可以实现为计算机设备，该计算机设备包括诸如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)之类的硬件，所述计算机设备通过将管理调度算法应用于管理调度输入信息来执行计算管理调度结果信息的功能。
图18是根据本发明的一个示例性实施例的管理电力供应/需求的调度方法的流程图。
将参考图18说明根据本发明的一个示例性实施例的管理电力供应/需求的调度方法。管理电力供应/需求的调度装置接收包括关于每个发电资源的竞标信息的管理调度输入信息(S10)。
随后，管理电力供应/需求的调度装置通过将满足所述MG的电力供应和需求约束的管理调度算法应用于在操作S10中接收的管理调度输入信息来计算用于管理MG的电力供应和需求的管理调度结果信息，该管理调度结果信息包括关于每一个发电资源的中标信息，并且还用于使发电资源的发电成本最小化(S20)。
根据本实施例的管理电力供应/需求的调度方法可以为存储有用于结合硬件执行操作S10和S20的计算机程序的计算机存储介质，并且可以在通用数字计算机中实现以操作计算机程序。计算机可读存储介质包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、光盘(CD-ROM)、磁带、软盘以及光学数据存储设备，并且还包括载波(例如，通过因特网传输)。计算机可读存储介质可以分布到通过网络连接的计算机系统，并且计算机可读代码可以以分布式方式存储和执行。
如上所述的那样，本实施例可以灵活地应对峰值电力情况并且能够实现更稳定的系统操作。此外，可以预期降低电力传输/分配操作成本和损失成本、减少碳排放、提高能效等等。
尽管已经参考附图中所示的示例性实施例具体示出和描述了本发明，但是应该理解的是，在不脱离由所附权利要求及其等效物限定的本发明的范围的情况下，可以在其中进行各种改变和修改。因此，本发明的真实范围应当由权利要求来确定。

Claims (14)

1.一种用于管理微电网MG的电力供应和需求的调度装置，所述微电网包括需求资源DR和发电资源，所述发电资源具有可再生能源、能量存储系统ESS和分布式发电机DG，每个发电资源均用于向DR供电，
其中，所述调度装置用于通过将管理调度算法应用于管理调度输入信息来计算用于管理所述MG的电力供应和需求的管理调度结果信息，并且用于对所述发电资源的发电成本进行最小化，所述管理调度输入信息包括有关每个所述发电资源的竞标信息，所述管理调度结果信息包括每个所述发电资源的中标信息，所述管理调度算法满足所述MG的电力供应和需求约束；
所述管理调度结果信息包括可再生能源中标信息、ESS中标信息以及DG中标信息，所述可再生能源中标信息包括所述可再生能源的内部使用的电力和外部销售的电力，所述ESS中标信息包括ESS的内部使用的放电电力，所述DG中标信息包括所述DG的内部使用的电力；
所述管理调度结果信息还包括外部电力市场电力交易信息，所述外部电力市场电力交易信息包括从外部电力购买市场购买的电力和出售给外部电力销售市场的电力；
所述管理调度结果信息还包括微电网市场清算价MG MCP，所述MG MCP是所述MG中的市场清算价，以及所述可再生能源的内部使用的电力、所述ESS的内部使用的放电电力以及所述DG的内部使用的电力通过所述MG MCP来确定；
所述可再生能源的外部销售电力和销售给外部电力销售市场的电力通过系统边际价格SMP来结算，从外部电力购买市场购买的电力通过外部电力购买市场的零售价来结算，以及所述MG MCP为高于或等于所述SMP且低于或等于所述零售价的价格。
2.根据权利要求1所述的调度装置，其中，所述管理调度算法设定为基于所述管理调度输入信息使用目标函数来计算所述管理调度结果信息，所述目标函数用于使得管理所述MG的电力供应和需求以及所述MG的电力供需约束所需的电力购买成本最小化。
3.根据权利要求2所述的调度装置，其中，所述管理调度输入信息包括可再生能源竞标信息、ESS竞标信息以及DG竞标信息，所述可再生能源竞标信息包括所述可再生能源的竞标能力和竞标价，所述ESS竞标信息包括所述ESS的竞标充电/放电电力和竞标价，以及所述DG竞标信息包括所述DG的有关竞标能力和发电成本函数的信息。
4.根据权利要求3所述的调度装置，其中，所述ESS竞标信息还包括所述ESS的关于充电/放电效率、最大存储能力、最大可容许充电状态SoC以及最小可容许SoC的信息，以及所述DG竞标信息还包括所述DG的最大上升率、最大下降率、启动时间信息以及关闭时间信息。
5.根据权利要求4所述的调度装置，其中，所述ESS中标信息包括ESS的充电电力以及外部销售的放电电力，所述DG中标信息包括所述DG的外部销售的电力。
6.根据权利要求5所述的调度装置，其中，所述ESS中标信息还包括关于所述ESS的SoC信息，以及所述DG中标信息还包括关于所述DG的启动状态信息和操作/关闭信息。
7.根据权利要求6所述的调度装置，其中，所述管理调度输入信息还包括与邻近MG进行电力交易相关的信息、与所述外部电力购买市场和所述外部电力销售市场中的每一个进行的电力交易相关的信息以及与所述MG中的需求相关的预测信息。
8.根据权利要求7所述的调度装置，其中，所述管理调度结果信息还包括邻近MG电力交易信息，所述邻近MG电力交易信息包括从邻近MG购买的电力和出售给所述邻近MG的电力。
9.根据权利要求8所述的调度装置，其中，所述管理调度算法设定为：考虑到从所述可再生能源购买电力的成本、根据所述ESS的充电/放电的成本、所述DG的发电成本、根据与所述邻近MG的电力交易的成本以及根据与所述外部电力购买市场和所述外部电力销售市场的电力交易的成本，基于所述管理调度输入信息，使用所述目标函数来计算管理调度结果信息，所述目标函数用于最小化管理所述MG的电力供应和需求所需的电力购买成本。
10.根据权利要求9所述的调度装置，其中，所述管理调度算法设定为：在满足电力供应和需求约束的范围内计算所述管理调度结果信息，所述电力供应和需求约束包括可再生能源约束、ESS约束、DG约束以及外部电力市场约束，所述可再生能源约束包括所述可再生能源的输出电力约束，所述ESS约束包括所述ESS的输出电力约束，所述DG约束包括所述DG的输出电力约束，所述外部电力市场约束包括与所述外部电力销售市场进行的电力交易约束。
11.根据权利要求10所述的调度装置，其中，所述ESS约束还包括用于在可容许SoC范围内管理ESS的可容许SoC范围管理约束，所述可容许SoC范围管理约束基于所述ESS的充电/放电效率、最大存储能力、最小容许SoC以及最大容许SoC来进行设置，以及
所述DG约束还包括基于所述DG的最大上升率和最大下降率设置的输出电力波动约束，以及基于所述DG的启动时间信息和关闭时间信息设置的启动和关闭维持时间约束。
12.根据权利要求10所述的调度装置，其中，所述外部电力市场约束是用于仅允许由包括在MG中的发电资源所产生的电力中的剩余电力出售给邻近MG和外部电力销售市场的电力交易约束。
13.一种用于管理微电网MG的电力供应和需求的调度方法，所述微电网包括需求资源DR和发电资源，所述发电资源具有可再生能源、能量存储系统ESS和分布式发电机DG，每个发电资源均用于向所述DR供电，所述调度方法包括：
管理电力供应/需求的调度装置接收管理调度输入信息，所述管理调度输入信息包括关于每个发电资源的竞标信息；以及
所述管理电力供应/需求的调度装置通过将管理调度算法应用于所接收的管理调度输入信息来计算用于管理所述MG的电力供应和需求的管理调度结果信息，并且用于使所述发电资源的发电成本最小化，所述管理调度算法满足所述MG的电力供应和需求约束，所述管理调度结果信息包括关于每一个发电资源的中标信息；
其中，所述管理调度结果信息包括可再生能源中标信息、ESS中标信息以及DG中标信息，所述可再生能源中标信息包括所述可再生能源的内部使用的电力和外部销售的电力，所述ESS中标信息包括ESS的内部使用的放电电力，所述DG中标信息包括所述DG的内部使用的电力；
所述管理调度结果信息还包括外部电力市场电力交易信息，所述外部电力市场电力交易信息包括从外部电力购买市场购买的电力和出售给外部电力销售市场的电力；
所述管理调度结果信息还包括微电网市场清算价MG MCP，所述MG MCP是所述MG中的市场清算价，以及所述可再生能源的内部使用的电力、所述ESS的内部使用的放电电力以及所述DG的内部使用的电力通过所述MG MCP来确定；
所述可再生能源的外部销售电力和销售给外部电力销售市场的电力通过系统边际价格SMP来结算，从外部电力购买市场购买的电力通过外部电力购买市场的零售价来结算，以及所述MG MCP为高于或等于所述SMP且低于或等于所述零售价的价格。
14.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其中，所述计算机程序用于结合硬件来管理微电网MG的电力供应和需求，所述微电网包括需求资源DR和发电资源，所述发电资源具有可再生能源、能量存储系统ESS以及分布式发电机DG，每个发电资源用于向所述DR供电，所述计算机程序用于被计算机加载时执行：
接收管理调度输入信息，所述管理调度输入信息包括关于每个发电资源的竞标信息；以及
通过将管理调度算法应用于所接收的管理调度输入信息来计算用于管理所述MG的电力供应和需求的管理调度结果信息，并且用于使所述发电资源的发电成本最小化，所述管理调度算法满足所述MG的电力供应和需求约束，所述管理调度结果信息包括关于每一个发电资源的中标信息；
其中，所述管理调度结果信息包括可再生能源中标信息、ESS中标信息以及DG中标信息，所述可再生能源中标信息包括所述可再生能源的内部使用的电力和外部销售的电力，所述ESS中标信息包括ESS的内部使用的放电电力，所述DG中标信息包括所述DG的内部使用的电力；
所述管理调度结果信息还包括外部电力市场电力交易信息，所述外部电力市场电力交易信息包括从外部电力购买市场购买的电力和出售给外部电力销售市场的电力；
所述管理调度结果信息还包括微电网市场清算价MG MCP，所述MG MCP是所述MG中的市场清算价，以及所述可再生能源的内部使用的电力、所述ESS的内部使用的放电电力以及所述DG的内部使用的电力通过所述MG MCP来确定；
所述可再生能源的外部销售电力和销售给外部电力销售市场的电力通过系统边际价格SMP来结算，从外部电力购买市场购买的电力通过外部电力购买市场的零售价来结算，以及所述MG MCP为高于或等于所述SMP且低于或等于所述零售价的价格。
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