計(jì)及儲(chǔ)能壽命損耗的孤立微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種計(jì)及儲(chǔ)能壽命損耗的孤立微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方法，其通過研究鉛酸蓄電池充放電過程對(duì)其壽命的影響，并折算為經(jīng)濟(jì)成本加入到目標(biāo)函數(shù)之中，建立了計(jì)及儲(chǔ)能壽命損耗的微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型，采用了將調(diào)整策略和粒子群算法相結(jié)合的策略對(duì)模型進(jìn)行求解，確定孤立微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案，按照該最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案對(duì)孤立微電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)度周期內(nèi)各時(shí)段的微燃機(jī)出力和鉛酸蓄電池充放電功率加以控制，能夠減少微電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)發(fā)電量過盛的情況，在滿足供電負(fù)荷需求的情況下幫助降低微電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行成本；同時(shí)，本發(fā)明孤立微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方法的運(yùn)算流程較為簡(jiǎn)單，通用性較好，可廣泛應(yīng)用于不同應(yīng)用場(chǎng)合下的微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案的規(guī)劃。
【專利說明】計(jì)及儲(chǔ)能壽命損耗的孤立微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行技術(shù)，具體涉及一種計(jì)及儲(chǔ)能壽命損耗的孤立微電 網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方法，屬于電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著能源危機(jī)與環(huán)境污染日益嚴(yán)峻，太陽能、風(fēng)能等以資源豐富、無污染等特點(diǎn)在 可再生能源利用中發(fā)揮著越來越重要的作用。但太陽能、風(fēng)能具有隨機(jī)性和間歇性的特點(diǎn)， 接入電網(wǎng)后，其運(yùn)行與調(diào)度較為困難。微電網(wǎng)的出現(xiàn)為可再生能源的綜合利用提供了一種 有效手段。微電網(wǎng)是一種新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是多種分布式的微電源（通常包括風(fēng)電機(jī)組、微燃 機(jī)和鉛酸蓄電池）、負(fù)荷以及控制裝置集合構(gòu)成的系統(tǒng)單元。微電網(wǎng)中的微電源多為容量較 小的分布式電源，即含有電力電子接口的小型機(jī)組，包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池、光伏電 池、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以及超級(jí)電容、飛輪及蓄電池等儲(chǔ)能裝置。由于微電網(wǎng)通常接在用戶 偵牝運(yùn)行方式靈活，便于控制，具有成本低、電壓低以及污染小等特點(diǎn)，在解決可再生能源接 入方面表現(xiàn)出巨大的潛力，微電網(wǎng)高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是其能夠保持高效持續(xù)發(fā)展的前提。
[0003] 目前針對(duì)微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究較多，也有研究者建立了多種不同的微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì) 運(yùn)行模型。然而，現(xiàn)有研究所建立的模型中較少的考慮儲(chǔ)能壽命損耗和負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差等因 素的影響，因此都未能很好地結(jié)合微電網(wǎng)的實(shí)際情況而得到較為準(zhǔn)確的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案，導(dǎo) 致系統(tǒng)出現(xiàn)發(fā)電量過盛、電力資源浪費(fèi)、運(yùn)行成本偏高的問題。同時(shí)，微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 問題是一個(gè)高維度、非線性優(yōu)化問題，如果模型建立得不恰當(dāng)或者求解方案的選擇不恰當(dāng)， 都會(huì)導(dǎo)致模型的求解過程復(fù)雜，而難以得到預(yù)期的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案結(jié)果，為孤立微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì) 運(yùn)行方案的實(shí)現(xiàn)帶來了困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種計(jì)及儲(chǔ)能壽命損耗的孤立微電網(wǎng) 最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方法，其綜合考慮儲(chǔ)能壽命損耗和負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差等因素，建立微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng) 濟(jì)運(yùn)行模型后采用粒子群算法進(jìn)行求解，確定孤立微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案，以減少微電 網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)發(fā)電量過盛、電力資源浪費(fèi)的情況，在滿足供電負(fù)荷需求的情況下幫助降低微 電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行成本。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)手段：
[0006] 計(jì)及儲(chǔ)能壽命損耗的孤立微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方法，建立計(jì)及儲(chǔ)能壽命損耗的微 電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型，采用粒子群算法對(duì)所建立的微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型進(jìn)行求解， 并在求解過程中對(duì)微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型中的微燃機(jī)出力大小和鉛酸蓄電池 Soc值進(jìn) 行調(diào)整，確定孤立微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案；
[0007] 所述微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型為：
[0008] 微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型的目標(biāo)函數(shù)為：
[0009]

【權(quán)利要求】
1.計(jì)及儲(chǔ)能壽命損耗的孤立微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方法，其特征在于，建立計(jì)及儲(chǔ)能壽 命損耗的微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型，采用粒子群算法對(duì)所建立的微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型 進(jìn)行求解，并在求解過程中對(duì)微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型中的微燃機(jī)出力大小和鉛酸蓄電池 Soc值進(jìn)行調(diào)整，確定孤立微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案； 所述微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型為： 微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型的目標(biāo)函數(shù)為：
式中，Ct(rtal為孤立微電網(wǎng)系統(tǒng)的總運(yùn)行成本；
為調(diào)度周期中第t個(gè)時(shí)段中第η組微 燃機(jī)的開機(jī)成本；Ν為孤立微電網(wǎng)系統(tǒng)中微燃機(jī)的總組數(shù)；un，t為調(diào)度周期中第t個(gè)時(shí)段中 第η組微燃機(jī)的開、停機(jī)狀態(tài)變量，處于開機(jī)狀態(tài)時(shí)un，t取值為1，處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)un;t取值 為0;τ為調(diào)度周期內(nèi)包含的總時(shí)段數(shù)；Cb at為鉛酸蓄電池的壽命損耗成本；ση、δη、τη* 第η組微燃機(jī)的啟動(dòng)成本系數(shù)
為第η組微燃機(jī)在調(diào)度周期中第t個(gè)時(shí)段內(nèi)的停運(yùn)時(shí) 間；FFatn為調(diào)度周期中第t個(gè)時(shí)段中第η組微燃機(jī)的運(yùn)行成本；Ff為燃料價(jià)格；Ptn為調(diào)度 周期中第t個(gè)時(shí)段中第η組微燃機(jī)的輸出功率；η tn為調(diào)度周期中第t個(gè)時(shí)段中第η組微 燃機(jī)的效率； 當(dāng)鉛酸蓄電池充放電循環(huán)深度為R時(shí)，故障前最大循環(huán)充放電次數(shù)NESS表示為：
a i?α 5為鉛酸蓄電池的特征參數(shù)，這些參數(shù)由廠商提供的壽命測(cè)試數(shù)據(jù)得到； 鉛酸蓄電池充放電循環(huán)一次，電池壽命損耗占總壽命百分比為1/NESS，等效經(jīng)濟(jì)損耗成 本Q為：
微電網(wǎng)運(yùn)行過程中，在調(diào)度周期內(nèi)，鉛酸蓄電池的壽命損耗成本Cbat為：
式中，
為鉛酸蓄電池投資成本；Cu為鉛酸蓄電池第j次充放電的等效經(jīng)濟(jì)損 耗成本；NT為調(diào)度周期中鉛酸蓄電池的充放電次數(shù)； 微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型的約束條件為： ①功率平衡約束條件：
式中，PDt表示調(diào)度周期中第t個(gè)時(shí)段的負(fù)荷預(yù)測(cè)值；Pnt為調(diào)度周期中第t個(gè)時(shí)段中第 η組微燃機(jī)的出力，un，t為調(diào)度周期中第t個(gè)時(shí)段中第η組微燃機(jī)的開、停機(jī)狀態(tài)變量；P wt 為調(diào)度周期中第t個(gè)時(shí)段的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)值；PESSt為調(diào)度周期中第t個(gè)時(shí)段中鉛酸蓄電池 的充放電功率，放電時(shí)為正，充電時(shí)為負(fù)； ② 微燃機(jī)出力約束條件：
式中，ifin、6_分別為第η組微燃機(jī)的最小、最大出力限值； ③ 鉛酸蓄電池約束條件：
式中，/f、/f1分別為調(diào)度周期中第t個(gè)時(shí)段鉛酸蓄電池的充、放電功率； 分別為鉛酸蓄電池的最大充、放電功率；Ut)為調(diào)度周期中第t個(gè)時(shí)段鉛酸蓄電池的剩余 容量；S_in、S_ax分別為鉛酸蓄電池的最小、最大剩余容量限值；SJO)表示調(diào)度周期中最 初始的一個(gè)時(shí)段鉛酸蓄電池的剩余容量值，UO表示調(diào)度周期中最后一個(gè)時(shí)段鉛酸蓄 電池的剩余容量值，表示鉛酸蓄電池的原始容量值； ④ 旋轉(zhuǎn)備用約束條件： 調(diào)度周期中第t個(gè)時(shí)段中微燃機(jī)提供的最大正備用iC為：
調(diào)度周期中第t個(gè)時(shí)段中鉛酸蓄電池提供的最大正備用為：
調(diào)度周期中第t個(gè)時(shí)段中微燃機(jī)提供的最大負(fù)備用iC?為：
調(diào)度周期中第t個(gè)時(shí)段中鉛酸蓄電池提供的最大負(fù)備用為：
采用概率約束確定旋轉(zhuǎn)備用容量，即：
式中，Rt為調(diào)度周期中第t個(gè)時(shí)段微電網(wǎng)系統(tǒng)所需的旋轉(zhuǎn)備用容量；P{}表示概率；α 為置信度水平；Λ PDt為調(diào)度周期中第t個(gè)時(shí)段的負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差，服從正態(tài)分布，S卩Λ PDt?
為調(diào)度周期中第t個(gè)時(shí)段的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)誤差，服從正態(tài)分布，即
;At為相鄰兩時(shí)段的時(shí)間間隔； 采用粒子群算法對(duì)所述微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型的求解過程具體包括如下步驟： (1) 統(tǒng)計(jì)微電網(wǎng)系統(tǒng)中風(fēng)速及負(fù)荷的歷史數(shù)據(jù)，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對(duì)調(diào)度周期內(nèi)各時(shí)段的 風(fēng)電功率和負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，并作為微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型的輸入?yún)?shù)； (2) 產(chǎn)生初始粒子群： 針對(duì)調(diào)度周期內(nèi)每一個(gè)時(shí)段，隨機(jī)生成該時(shí)段內(nèi)N組微燃機(jī)的出力值，并隨機(jī)生成該 時(shí)段內(nèi)的鉛酸蓄電池 Soc值，構(gòu)成一個(gè)包含N+1個(gè)數(shù)值元素的數(shù)組，從而針對(duì)調(diào)度周期內(nèi)包 含的T個(gè)時(shí)段，隨機(jī)生成得到T個(gè)數(shù)組，形成一個(gè)（N+l) X T維的搜索空間矩陣，作為粒子群 中的一個(gè)粒子的位置值，并隨機(jī)生成該粒子的速度值；由此，根據(jù)設(shè)定的粒子群規(guī)模M，隨 機(jī)生成包含Μ個(gè)粒子的粒子群； (3) 采用啟發(fā)式調(diào)整策略對(duì)當(dāng)前粒子群中各個(gè)粒子中的微燃機(jī)的出力值和鉛酸蓄電池 Soc值進(jìn)行調(diào)整，使得各個(gè)粒子滿足微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型的約束條件，同時(shí)保證微電網(wǎng) 系統(tǒng)功率平衡； (4) 計(jì)算當(dāng)前粒子群中的每個(gè)粒子的適應(yīng)值，并計(jì)算當(dāng)前粒子群的粒子個(gè)體極值和全 局極值；每個(gè)粒子的適應(yīng)值函數(shù)為：
式中：Ct(rtal為孤立微電網(wǎng)系統(tǒng)的總運(yùn)行成本；δ懲罰因子；mt為取值為〇或1的狀態(tài) 變量，若調(diào)度周期中第t個(gè)時(shí)段中微燃機(jī)的出力值和鉛酸蓄電池 Soc值不滿足旋轉(zhuǎn)備用約 束條件，mt取1，反之，mt取0 ;A為正常數(shù)； (5) 更新粒子群中各個(gè)粒子的位置和速度：根據(jù)當(dāng)前第k代粒子群中各個(gè)粒子的位置 和速度，更新第k+Ι代粒子群中各個(gè)粒子的位置和速度 ：
式中，ω為慣性權(quán)重系數(shù)，為一個(gè)常數(shù)；Cl、c2為加速常數(shù)，在（0, 2]之間取值；k為粒子 群算法的當(dāng)前迭代代數(shù)4(10、r2(k)為[0，1]之間取值的隨機(jī)數(shù)；i表示粒子群中第i個(gè) 粒子；Vi (k)表示第k代粒子群中第i個(gè)粒子的速度值％ (k+Ι)表示第k+Ι代粒子群中第i 個(gè)粒子的速度值；Xi (k)表示第k代粒子群中第i個(gè)粒子的位置值；Xi (k+1)表示第k+1代 粒子群中第i個(gè)粒子的位置值；Pg(k)為第k代粒子群的全局極值，Pbest」(k)為第k代粒子 群中第i個(gè)粒子的個(gè)體極值； (6) 重復(fù)步驟（3)?（5)，直到達(dá)到粒子群算法預(yù)先設(shè)定的最大迭代代數(shù)； (7) 將最終所得粒子群中作為全局極值的粒子所表示的調(diào)度周期內(nèi)包含的T個(gè)時(shí)段中 各組微燃機(jī)的出力值和鉛酸蓄電池 Soc值，作為調(diào)度周期內(nèi)各時(shí)段的微燃機(jī)出力和鉛酸蓄 電池充放電功率的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案，并按照該最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案，對(duì)孤立微電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào) 度周期內(nèi)各時(shí)段的微燃機(jī)出力和鉛酸蓄電池充放電功率加以控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述計(jì)及儲(chǔ)能壽命損耗的孤立微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方法，其特征在 于，所述步驟（3)中啟發(fā)式調(diào)整策略的具體調(diào)整步驟為： Stepl :檢測(cè)粒子群中各個(gè)粒子所表示的微燃機(jī)出力值是否越限，如果大于微燃機(jī)的最 大出力限值/Γχ，則取為最大出力限值/Γχ;如果小于最小出力限值/rin，則取為〇,即表示 相應(yīng)組的微燃機(jī)處于停運(yùn)狀態(tài)； Step2 :檢測(cè)粒子群中各個(gè)粒子所表示的鉛酸蓄電池 S。。值是否越限，如果大于鉛酸蓄 電池的最大剩余容量限值s_ax，則取為鉛酸蓄電池的最大剩余容量限值s_ax;如果小于鉛 酸蓄電池的最小剩余容量限值s_in，則取為最小剩余容量限值s_in; Step3 :采用推回代法對(duì)鉛酸蓄電池的充放電功率進(jìn)行調(diào)整，使其滿足微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì) 運(yùn)行模型的約束條件；具體的前推回代過程如下： St印3. 1 :分別令t = 0, 1，2,…，T-1 ;對(duì)于調(diào)度周期中第t個(gè)時(shí)段鉛酸蓄電池的剩余容 量&α)，如果滿足式（19)，通過式（21)調(diào)整后一時(shí)段的鉛酸蓄電池剩余容量5。。(1+1);如 果滿足式（20)，則通過式（22)調(diào)整后一時(shí)段的鉛酸蓄電池剩余容量S^a+l):
Step3. 2 :執(zhí)行完步驟Step3. 1后，判斷式（12)是否滿足，如果滿足，則轉(zhuǎn)到步驟 St印3. 4 ;如果不滿足，則令SJO = S。。^^，分別令t = T-l，T-2,…，0 ;然后對(duì)于調(diào)度 周期中第t+Ι個(gè)時(shí)段鉛酸蓄電池的剩余容量Ut+Ι)，如果滿足式（19)，通過式（23)調(diào)整 前一時(shí)段的鉛酸蓄電池剩余容量;如果滿足式（20)，則通過式（24)調(diào)整前一時(shí)段的 鉛酸蓄電池剩余容量Ut)值：
Step3. 3 :再次判斷式（12)是否滿足，如果滿足轉(zhuǎn)到Step3. 4 ;如果不滿足，則令S。。(0) S〇cinitial' 并轉(zhuǎn)到Step3. 1 ; Step3. 4 :進(jìn)行下一步計(jì)算； Step4 :開機(jī)調(diào)整策略：根據(jù)粒子群中各個(gè)粒子所表示的微燃機(jī)出力值和鉛酸蓄電池 S。。值，結(jié)合風(fēng)電功率預(yù)測(cè)值和負(fù)荷預(yù)測(cè)值，分別判斷每個(gè)粒子所表示的每一時(shí)段的微燃機(jī) 出力值和鉛酸蓄電池 S。。值加上同時(shí)段的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)值能否滿足同時(shí)段的負(fù)荷預(yù)測(cè)值， 如果不滿足，則增加相應(yīng)粒子中相應(yīng)時(shí)段的微燃機(jī)開機(jī)運(yùn)行數(shù)目直至滿足同時(shí)段的負(fù)荷要 求為止； Step5 :停機(jī)調(diào)整策略：在粒子群中粒子所表示的每一時(shí)段的微燃機(jī)出力值和鉛酸蓄 電池 S。。值加上同時(shí)段的風(fēng)電功率預(yù)測(cè)值能夠滿足同時(shí)段的負(fù)荷預(yù)測(cè)值時(shí)，分別判斷每個(gè) 粒子中每一時(shí)段停運(yùn)任意一組微燃機(jī)能否滿足同時(shí)段的負(fù)荷預(yù)測(cè)值；如果滿足，則在相應(yīng) 粒子的相應(yīng)時(shí)段中停運(yùn)相應(yīng)組的微燃機(jī)，直至該時(shí)段若再停運(yùn)任意一組微燃機(jī)則不能滿足 同時(shí)段的負(fù)荷要求為止；如果粒子中一個(gè)時(shí)段任意一組處于開機(jī)狀態(tài)的微燃機(jī)停運(yùn)后都 不能滿足同時(shí)段的負(fù)荷要求和旋轉(zhuǎn)備用約束條件，則該時(shí)段的微燃機(jī)開機(jī)運(yùn)行組數(shù)保持不 變； Step6 :功率平衡調(diào)整：對(duì)于粒子群中的每個(gè)粒子，分別調(diào)整每一時(shí)段中各組微燃機(jī)的 出力值，使微電源系統(tǒng)功率平衡，調(diào)整過程中不平衡功率根據(jù)各組微燃機(jī)所承擔(dān)的負(fù)荷大 小按比例分?jǐn)?，分?jǐn)偡椒椋?br> 式中，Pnt、p' nt分別為進(jìn)行功率平衡調(diào)整前、后調(diào)度周期中第t個(gè)時(shí)段處于開機(jī)運(yùn)行 的第η組微燃機(jī)的出力值；Λ PtS調(diào)度周期中第t個(gè)時(shí)段微電源系統(tǒng)的功率缺額，當(dāng)Λ pt〈0 時(shí)，表不微電源系統(tǒng)的發(fā)電總功率小于負(fù)荷，需增加微燃機(jī)出力，反之Δ Pt>〇時(shí)，貝lj表不能 夠減小微燃機(jī)出力。
【文檔編號(hào)】G06Q10/04GK104156789SQ201410414894
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】謝開貴, 胡博, 沈玉明, 余娟, 任洲洋, 李龍?jiān)? 鐘雋 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)