CN110112786A - 一种含电热负荷的微网系统能量管理方法 - Google Patents
一种含电热负荷的微网系统能量管理方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110112786A CN110112786A CN201910552864.7A CN201910552864A CN110112786A CN 110112786 A CN110112786 A CN 110112786A CN 201910552864 A CN201910552864 A CN 201910552864A CN 110112786 A CN110112786 A CN 110112786A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- power
- grid
- microgrid
- micro
- load
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000007726 management method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 2
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000003862 health status Effects 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q50/00—Systems or methods specially adapted for specific business sectors, e.g. utilities or tourism
- G06Q50/06—Electricity, gas or water supply
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
-
- H02J3/383—
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
- H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/70—Smart grids as climate change mitigation technology in the energy generation sector
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
- Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
- Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
- Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications
Abstract
本发明公开了一种含电热负荷的微网系统能量管理方法，包括以下步骤：S1：建立含可控热负荷的微网系统综合模型，并提出代价函数F(k+1)，用于衡量每个控制周期的运行成本，其中包括微网的电费、并网功率、室内温度、电储能系统荷电状态等，代价函数值越小表示微网运行效果越优；S2：将微网能量管理指令分为负荷控制类和储能控制类两种。本发明建立了微网中各单元的功率和经济模型，提出微网运行代价函数，通过分类管理避免热电耦合，解决储能和热负荷之间的功率分配问题，简化了控制过程，便于微网能量管理系统实现管理功能。
Description
技术领域
本发明涉及能量管理技术领域，尤其涉及一种含电热负荷的微网系统能量管理方法。
背景技术
近年来，采用分布式发电技术和储能系统的微电网已成为解决农村地区供热供电问题最有希望的解决方案之一。在某些微网系统中，所产生的电力不仅能满足电力需求，还能满足供热需求，除可再生能源发电系统外，此类微网还包含了可控制的热负荷，典型的含热负荷的光伏微网系统结构如图2所示。此类微网系统中储能和热负荷均可由能源管理系统(EMS)进行功率和能量的控制。相关的研究和应用证明，对发电、储电及用电进行综合管理有助于提高可再生能源的渗透性，改善系统整体经济性，降低运行成本，因此，此类微网系统受到越来越多的关注。
能量管理系统中的管理策略对微网的运行至关重要，但在一些传统的能量管理方法中，仅考虑了对可再生能源发电及储能系统进行运行控制及管理，以满足供电需求，此类能量管理方法无法适用于含可控热负荷的微网系统。即便是考虑了热管理的微网相关研究中，包括天然气、沼气和燃料能源等负荷的能量管理都有较为丰富的研究成果，但常见的电热负荷与可再生能源、电储能相结合的微网系统，相关研究却鲜有讨论。
目前典型的电热负荷类型包括碳纤维加热器、热泵和电热水器等，其运行过程中存在电、热耦合，同时，这类电负荷在运行过程中具有储存能量的能力，因此它们也与电储能装置具有一定程度的相似性，如何在储能和热负荷之间分配功率指令是此类能量管理策略研究中的一个关键问题。
基于上述背景，提出一种含电热负荷的微网系统能量管理方法。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出一种适用于含光伏发电、电储能以及可控电热负荷的能量管理策略，以提高其经济性、舒适性和可再生能源的渗透性。针对可控热负荷导致的自由度和控制复杂性的增加问题，提出一种分类管理的能量管理方法。
本发明提出的一种含电热负荷的微网系统能量管理方法，包括以下步骤：
提出一种基于分类管理的微网能量管理方法，简化能量管理过程，保证能量管理系统能够实现对复杂微网系统的智能化管理。提出如下能量管理的代价函数：
F(k+1)＝Pg(k+1)·cg+|T(k+1)-Th|·cT+|SOC(k+1)-SOCh|·cSOC+|Pg(k+1)|·cv
其中，F(k+1)为每个控制周期的运行成本，Pg(k+1)、T(k+1)、SOC(k+1)分别为微网的并网功率、室内温度、电储能系统荷电状态，cg、cT、cSOC、cv分别为电价、并网功率、荷电状态以及并网功率的单位代价，因此，Pg(k+1)*cg为微网电费成本，|T(k+1)-Th|*cT为温度误差成本，该成本越小，室内温度舒适度越高，|SOC(k+1)-SOCh|*cSOC为荷电状态偏差成本，该成本越小，电池运行健康状态越优，|Pg(k+1)|*cv为并网功率成本，该成本越小，微网可再生能源发电本地消纳率越高，当F(k+1)最小时，微网系统的能量管理效果最优。
考虑到电热负荷表现出一定的与电储能相似的特性，即具有能量存储能力，为了简化能量管理过程，在此将能量管理控制指令分为以下两类：
1)热负荷控制指令：仅控制微网热负荷功率，不改变储能功率，此时功率表达式如下：
2)电储能控制指令：仅控制微网电储能功率，不改变热负荷功率，此时功率表达式如下：
在每个控制周期，分别计算两种控制指令的功率值，以及采用该指令情况下的运行代价F(k+1)。
当采用类型1)功率指令时，下一周期的温度、荷电状态、以及并网功率的表达式如下所示：
T(k+1)＝T(k)+e0·t·n(k+1)-(T(k)-Tout(k))·vT·t
Pg(k+1)＝Pload(k+1)-PPV(k+1)-PESS(k+1)
≈Pload(k)+n(k+1)·P0-PPV(k)-PESS(k)
＝Pg(k)+n(k+1)·P0
其中，e0为单台电热装置开启时的温升速度，n为开启的电热装置数量(n＝[0,1….N])，vT为室内外温差造成的降温速度，t为控制周期，CESS为电储能容量，P0为单台电热装置的功率。由于电热装置数量N为有限值，可以使用逐一比较的穷举方法实现最优控制指令的求解，将所有可选的n的值逐一带人如下代价函数，比较得到最优的控制功率及代价值：
当采用类型2)功率指令时，下一周期的温度、荷电状态、以及并网功率的表达式如下所示：
T(k+1)＝T(k)+e0·t·n(k)-(T(k)-Tout(k))·vT·t
Pg(k+1)＝Pload(k+1)-PPV(k+1)-PESS(k+1)
≈Pload(k)-PPV(k)-(PESS(k)+PESS(k+1))
＝Pg(k)-PESS(k+1)
其中ΔPESS(k+1)为储能功率变化值。由于储能功率为连续量，具有无穷种可能的解，因此使用函数微分的方法求取最优功率值，代价函数F(k+1)对功率的变化值ΔPESS(k+1)求解，可得所有可能的最优解表达式如下：
将三种可能的解分别代入代价函数F(k+1)并逐一比较，求得采用类型2)功率指令时的最优功率值以及相应的代价函数值。
最后再与之前求得的类型1)功率指令的最小代价函数比较，如果类型1)的代价函数较小，采用热负荷功率控制，如果类型2)的代价函数较小，采用电储能功率控制。
本发明的有益效果：本发明建立了微网中各单元的功率和经济模型，提出微网运行代价函数，通过分类管理避免热电耦合，解决储能和热负荷之间的功率分配问题，简化了控制过程，便于微网能量管理系统实现管理功能。
附图说明
图1为本发明提出的一种含电热负荷的微网系统能量管理方法流程图；
图2为现有技术中含热负荷的微网系统结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例
本发明提出一种基于分类管理的含可控热负荷微网系统能量管理方法，提出微网运行代价函数如下所示：
F(k+1)＝Pg(k+1)·cg+|T(k+1)-Th|·cT+|SOC(k+1)-SOCh|·cSOC+|Pg(k+1)|·cv
为了简化能量管理过程，在此将能量管理控制指令分为以下两类：
1)热负荷控制指令：仅控制微网热负荷功率，不改变储能功率，此时功率表达式如下：
2)电储能控制指令：仅控制微网电储能功率，不改变热负荷功率，此时功率表达式如下：
在每个控制周期，分别计算两种控制指令的功率值，以及采用该指令情况下的运行代价F(k+1)。
当采用类型1)功率指令时，下一周期的温度、荷电状态、以及并网功率的表达式如下所示：
T(k+1)＝T(k)+e0·t·n(k+1)-(T(k)-Tout(k))·vT·t
Pg(k+1)＝Pload(k+1)-PPV(k+1)-PESS(k+1)
≈Pload(k)+n(k+1)·P0-PPV(k)-PESS(k)
＝Pg(k)+n(k+1)·P0
其中，e0为单台电热装置开启时的温升速度，n为开启的电热装置数量(n＝[0,1….N])，vT为室内外温差造成的降温速度，t为控制周期，CESS为电储能容量，P0为单台电热装置的功率。由于电热装置数量N为有限值，可以使用逐一比较的穷举方法实现最优控制指令的求解，将所有可选的n的值逐一带人如下代价函数，比较得到最优的控制功率及代价函数值：
当采用类型2)功率指令时，下一周期的温度、荷电状态、以及并网功率的表达式如下所示：
T(k+1)＝T(k)+e0·t·n(k)-(T(k)-Tout(k))·vT·t
Pg(k+1)＝Pload(k+1)-PPV(k+1)-PESS(k+1)
≈Pload(k)-PPV(k)-(PESS(k)+PESS(k+1))
＝Pg(k)-PESS(k+1)
其中ΔPESS(k+1)为储能功率变化值。由于储能功率为连续量，具有无穷种可能的解，因此使用函数微分的方法求取最优功率值，代价函数F(k+1)对功率变化值ΔPESS(k+1)求微分，结果与能量管理方法中的参数取值相关，其微分结果如下所示：
对微分结果进行化简，可以求得各种参数取值情况下的解，该代价函数所有潜在最优解如下式所示：
可得所有可能的最优解表达式如下：
将三种可能的解分别代入代价函数F(k+1)并逐一比较，求得采用类型2)功率指令时的最优功率值以及相应的代价函数值。
最后再与之前求得的类型1)功率指令的最小代价函数比较，如果类型1)的代价函数较小，采用热负荷功率控制，如果类型2)的代价函数较小，采用电储能功率控制。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种含电热负荷的微网系统能量管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：建立含可控热负荷的微网系统综合模型，并提出代价函数F(k+1)，用于衡量每个控制周期的运行成本，其中包括微网的电费、并网功率、室内温度、电储能系统荷电状态等，代价函数值越小表示微网运行效果越优；
S2：将微网能量管理指令分为负荷控制类和储能控制类两种；
S3：当采用负荷控制类功率指令时，得出下一周期的温度、荷电状态、以及并网功率的表达式，并采用穷举法得出最优的控制功率及采用该指令情况下的微网运行代价函数值；
S4：当采用储能控制类功率指令时，得出下一周期的温度、荷电状态、以及并网功率的表达式，采用微分法得出最优控制功率值及采用该指令情况下的微网运行代价函数值；
S5：在计算得到两类管理模式下的最优功率指令后，比较两类的代价函数，选择其中较小的一类作为综合最优管理指令。
2.根据权利要求1所述的一种含电热负荷的微网系统能量管理方法，其特征在于，所述S1中，代价函数表达式为：
F(k+1)＝Pg(k+1)·cg+|T(k+1)-Th|·cT+|SOC(k+1)-SOCh|·cSOC+|Pg(k+1)|·cv
其中，F(k+1)为每个控制周期的运行成本，Pg(k+1)、T(k+1)、SOC(k+1)分别为微网的并网功率、室内温度、电储能系统荷电状态，cg、cT、cSOC、cv分别为电价、并网功率、荷电状态以及并网功率的单位代价。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910552864.7A CN110112786B (zh) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | 一种含电热负荷的微网系统能量管理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910552864.7A CN110112786B (zh) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | 一种含电热负荷的微网系统能量管理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110112786A true CN110112786A (zh) | 2019-08-09 |
| CN110112786B CN110112786B (zh) | 2020-09-15 |
Family
ID=67495879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910552864.7A Active CN110112786B (zh) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | 一种含电热负荷的微网系统能量管理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110112786B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113991712A (zh) * | 2021-11-17 | 2022-01-28 | 国网北京市电力公司 | 微网能量管理方法、系统、装置及存储介质 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103745269A (zh) * | 2013-11-04 | 2014-04-23 | 国家电网公司 | 一种含分布式光伏的微网系统能量优化管理方法 |
| CN105406520A (zh) * | 2016-01-06 | 2016-03-16 | 重庆邮电大学 | 基于双主控动态协作的独立微电网经济调度优化方法 |
| CN106447131A (zh) * | 2016-10-24 | 2017-02-22 | 易事特集团股份有限公司 | 独立型微电网光伏输出功率预测方法及能量调控方法 |
| CN108539739A (zh) * | 2018-05-10 | 2018-09-14 | 安徽理工大学 | 微电网运行能量管理优化方法 |
-
2019
- 2019-06-25 CN CN201910552864.7A patent/CN110112786B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103745269A (zh) * | 2013-11-04 | 2014-04-23 | 国家电网公司 | 一种含分布式光伏的微网系统能量优化管理方法 |
| CN105406520A (zh) * | 2016-01-06 | 2016-03-16 | 重庆邮电大学 | 基于双主控动态协作的独立微电网经济调度优化方法 |
| CN106447131A (zh) * | 2016-10-24 | 2017-02-22 | 易事特集团股份有限公司 | 独立型微电网光伏输出功率预测方法及能量调控方法 |
| CN108539739A (zh) * | 2018-05-10 | 2018-09-14 | 安徽理工大学 | 微电网运行能量管理优化方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 刘方等: "不同时间尺度下基于混合储能调度的微网能量优化", 《电网技术》 * |
| 别朝红等: "计及负荷与储能装置协调优化的微网可靠性评估", 《电工技术学报》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113991712A (zh) * | 2021-11-17 | 2022-01-28 | 国网北京市电力公司 | 微网能量管理方法、系统、装置及存储介质 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110112786B (zh) | 2020-09-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110689189B (zh) | 考虑供能侧和需求侧的冷热电联合供需平衡优化调度方法 | |
| CN109193815A (zh) | 一种提高风电消纳的热电联合调度方法 | |
| CN110138004A (zh) | 一种多能互补系统优化运行方法 | |
| CN111898806B (zh) | 电-热耦合的源储荷集成多能流园区运行优化方法及系统 | |
| CN106849132B (zh) | 基于群控热泵的微电网联络线功率波动平抑方法及系统 | |
| CN106786753A (zh) | 多用户的区域能源互联网的系统及其调节方法 | |
| CN103267365A (zh) | 一种联合制热水系统 | |
| CN1987288A (zh) | 太阳能综合利用系统 | |
| CN112710021A (zh) | 一种源网荷储热泵供暖系统 | |
| CN112186755A (zh) | 一种区域综合能源系统柔性负荷储能化建模方法 | |
| CN107968428A (zh) | 一种智能家居能量分配系统及其实现方法 | |
| CN208638039U (zh) | 一种风光气互补耦合发电系统 | |
| CN106712033A (zh) | 一种热电厂消纳弃风的方法 | |
| CN107749645A (zh) | 一种控制高压大容量储热供暖装置的方法 | |
| CN105186583B (zh) | 基于多智能体建模的能量路由器及其能量调度方法 | |
| CN203719233U (zh) | 太阳能热泵热电联产系统 | |
| CN103836835B (zh) | 太阳能热泵热电联产系统 | |
| CN110190614B (zh) | 一种用于消减电网功率缺额的电热负荷控制方法 | |
| CN109617052B (zh) | 一种大规模电储热单元智能化分层控制方法 | |
| CN110112786A (zh) | 一种含电热负荷的微网系统能量管理方法 | |
| CN109255487A (zh) | 一种基于标准化矩阵模型的综合能源系统优化方法 | |
| CN112488363A (zh) | 基于广义储能的多能源电力系统优化调度方法 | |
| CN112465236A (zh) | 一种考虑综合满意度的社区综合能源系统调度方法 | |
| CN201672736U (zh) | 一种利用温差发电的太阳能热水器 | |
| CN204407890U (zh) | 一种可再生能源冷热电微网系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |