一種發(fā)電成本最低的微電網(wǎng)調(diào)頻控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種能夠?qū)崿F(xiàn)最低發(fā)電成本 的微電網(wǎng)調(diào)頻控制方法，將微電網(wǎng)的發(fā)用平衡與經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行綜合考慮，在確保微電 網(wǎng)頻率穩(wěn)定的同時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)電成本的最小化，可再生能源利用的最大化，電源功率分配的合 理化。
【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)展分布式發(fā)電值istributedGeneration,DG)，可W優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、推動(dòng)節(jié)能減 排和實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。近年來(lái)，可再生能源的分布式并網(wǎng)促進(jìn)了微電網(wǎng)的發(fā)展，全國(guó)建 立了很多微電網(wǎng)的示范項(xiàng)目和工程。微電網(wǎng)是指由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、 相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和 管理的自治系統(tǒng)，既可W與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可W孤立運(yùn)行。作為未來(lái)電力系統(tǒng)的基本 單元，微電網(wǎng)必將成為新型智能電網(wǎng)W及能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。
[0003] 隨著微電網(wǎng)中風(fēng)力和光伏發(fā)電的滲透率越來(lái)越高，由于可再生能源出力的波動(dòng) 性、間歇性和不確定性，加之負(fù)荷的快速變化和系統(tǒng)較小的慣性系數(shù)，對(duì)保證微電網(wǎng)在孤網(wǎng) 狀態(tài)下安全可靠運(yùn)行所需的控制系統(tǒng)提出了很大挑戰(zhàn)，運(yùn)一點(diǎn)特別體現(xiàn)在微電網(wǎng)頻率控制 問(wèn)題中。如何對(duì)微網(wǎng)中的分布式電源與儲(chǔ)能進(jìn)行自律協(xié)調(diào)控制W保證系統(tǒng)孤網(wǎng)運(yùn)行下的發(fā) 用平衡和頻率穩(wěn)定一直W來(lái)都是研究的關(guān)注點(diǎn)，運(yùn)被稱(chēng)為微電網(wǎng)的調(diào)頻問(wèn)題或自動(dòng)發(fā)電控 制（AutomaticGenerationControl,AGC)問(wèn)題。但實(shí)際大量采用的通過(guò)下垂控制保證系 統(tǒng)功率平衡與頻率穩(wěn)定的方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)功率合理的分配，系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性較差。與此同 時(shí)，由于微網(wǎng)一次能源和負(fù)荷的快速變化，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)分鐘級(jí)的優(yōu)化調(diào)度指令并不適用， 因此應(yīng)該將頻率控制與經(jīng)濟(jì)調(diào)度在同一過(guò)程中考慮，運(yùn)一點(diǎn)在已有的技術(shù)發(fā)明中并不能得 到很好的解決。類(lèi)似于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，微網(wǎng)中經(jīng)濟(jì)調(diào)度的目標(biāo)主要也是最小化發(fā)電成本，最 大化消納可再生能源，W及可再生能源功率的成比例分配。因此，如何將頻率控制與經(jīng)濟(jì)調(diào) 度相結(jié)合形成新型的微網(wǎng)調(diào)控模式對(duì)微網(wǎng)的穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著巨大的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對(duì)孤網(wǎng)運(yùn)行的自治微電網(wǎng)在發(fā)電成本最小的前提下實(shí)現(xiàn)快速 的功率平衡和頻率恢復(fù)控制問(wèn)題，提出一種發(fā)電成本最低的微電網(wǎng)調(diào)頻控制方法，本發(fā)明 方法可滿(mǎn)足功率平衡、頻率恢復(fù)和成本最小的調(diào)控目標(biāo)。使可再生能源的利用率達(dá)到最大， 可提高微網(wǎng)可再生能源的消納能力，且實(shí)現(xiàn)方便，控制簡(jiǎn)單。 陽(yáng)〇化]本發(fā)明提出的發(fā)電成本最低的微電網(wǎng)調(diào)頻控制方法，主要包括W下步驟：
[0006] 1)對(duì)分布式電源與儲(chǔ)能裝置建立各自的發(fā)電成本函數(shù)與發(fā)電成本微增率函數(shù)，并 將函數(shù)模型的參數(shù)通過(guò)通信系統(tǒng)傳遞給微電網(wǎng)中央控制器：
[0007] 1-1)對(duì)于W傳統(tǒng)化石能源作為一次能源的發(fā)電裝置（包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、小型柴 油機(jī)等，英文為ConventionalGenerator,W下簡(jiǎn)稱(chēng)CG)，建立W輸出有功功率為自變量的 發(fā)電成本二次函數(shù)，W第i臺(tái)CG為例，函數(shù)表達(dá)式如下： 陽(yáng)OO引 C,, (C,.) = ,C;. +A,,f: ）
[0009] 其中，Ccw化J表示W(wǎng)第i臺(tái)CG輸出有功功率為自變量的第i臺(tái)CG發(fā)電成本函 數(shù)，Pcu表示第i臺(tái)CG輸出的有功功率，acw，bcw，Ccw為根據(jù)實(shí)際發(fā)電成本設(shè)定的二次項(xiàng)、 一次項(xiàng)和常數(shù)項(xiàng)的系數(shù)。
[0010] 對(duì)式（1)表示的發(fā)電成本二次函數(shù)求導(dǎo)，得到線(xiàn)性的發(fā)電成本微增率函數(shù)如下： 1^0011] ICRcGi(PCGi) - 2acGiPcGi+bcGi-KcqjPCGi+b^Q； 0) 陽(yáng)01引其中ICRcw化J表示W(wǎng)第i臺(tái)CG輸出有功功率為自變量的第i臺(tái)CG發(fā)電成本微 增率函數(shù)，K。^= 2a表示發(fā)電成本微增率函數(shù)的斜率；
[0013] 1-2)對(duì)于W可再生能源作為一次能源的發(fā)電裝置（包括光伏電池、小型風(fēng)機(jī)等， 英文為Renew油IeGenerator,W下簡(jiǎn)稱(chēng)RG)，建立W輸出有功功率為自變量的"虛擬"發(fā)電 成本二次函數(shù)，計(jì)算發(fā)電成本，W第j臺(tái)RG為例，函數(shù)表達(dá)式如下：
[0014]
3) 陽(yáng)〇1引其中，C^Gi化Gi)表示W(wǎng)第j臺(tái)RG輸出有功功率為自變量的第j臺(tái)RG發(fā)電成本函 數(shù)，Pku表示第j臺(tái)RG輸出的有功功率，巧T表示第j臺(tái)RG預(yù)測(cè)的最大可用發(fā)電容量，即根 據(jù)預(yù)測(cè)得到的一次能源輸入功率大小。 陽(yáng)016] 對(duì)式（3)表示的發(fā)電成本二次函數(shù)求導(dǎo)，得到線(xiàn)性的發(fā)電成本微增率函數(shù)如下：
[0017]
(4) 陽(yáng)〇1引其中ICIVi化Gi)表示W(wǎng)第j臺(tái)RG輸出有功功率為自變量的第j臺(tái)RG發(fā)電成本微 增率函數(shù)，
表示發(fā)電成本微增率函數(shù)的斜率；
[0019] 1-3)對(duì)于儲(chǔ)能裝置（包括蓄電池儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等，英文為 化ergyStorageSystem,W下簡(jiǎn)稱(chēng)ES巧，建立W輸出有功功率為自變量的分段"虛擬"發(fā)電 成本二次函數(shù)，計(jì)算發(fā)電成本，W第k臺(tái)ESS為例，函數(shù)表達(dá)式如下：
[0020]
(5； 陽(yáng)OW其中，Cessk化SSk)表示W(wǎng)第k臺(tái)ESS輸出有功功率為自變量的第k臺(tái)ESS發(fā)電成本 函數(shù)，PESSk表示第k臺(tái)ESS的有功功率，輸出為正，輸入為負(fù)，^、、，獻(xiàn)Sk,CESSk為根據(jù)電源壽 命設(shè)定的二次項(xiàng)、一次項(xiàng)和常數(shù)項(xiàng)系數(shù)。
[0022] 對(duì)式（5)表示的發(fā)電成本二次函數(shù)求導(dǎo)，得到線(xiàn)性的發(fā)電成本微增率函數(shù)如下：
[0023] 興墓)J產(chǎn)產(chǎn) = 貨)：
[0024] 其中ICRessk化SSk)表示W(wǎng)第k臺(tái)ESS輸出有功功率為自變量的第k臺(tái)ESS發(fā)電成 本微增率函數(shù)，=J 表示ESS發(fā)電成本微增率函數(shù)的斜率. .、厶些臟.,.！碰.聲'、》
[002引 2)設(shè)定分布式電源有功功率輸出限制約束，^及儲(chǔ)能裝置的能量約束，并將所述 約束通過(guò)通信系統(tǒng)傳遞給微電網(wǎng)中央控制器：
[00%] 2-1)設(shè)定分布式電源或儲(chǔ)能裝置輸出有功功率的上下限約束：
[0027] 對(duì)于CG，將輸出有功功率的上限約束設(shè)定為設(shè)備允許的最大發(fā)電功率，而將下限 約束設(shè)定為維持設(shè)備不?；鹚枰３值淖钚」β剩琖第i臺(tái)CG為例，約束表達(dá)式為：
[0028] 《環(huán)巧
[0029] 其中Cr和與?'分別表示第i臺(tái)CG輸出有功功率的下限和上限約束；
[0030] 對(duì)于RG，將輸出有功功率的上限約束設(shè)定為預(yù)測(cè)的最大可用發(fā)電容量，而將下限 約束設(shè)定為零，W第j臺(tái)RG為例，約束表達(dá)式為： 陽(yáng)〇31]:觀(guān)哉芝職掛
[0032] 其中，巧表示第j臺(tái)RG輸出有功功率的上限約束；
[0033] 對(duì)于ESS，將輸出有功功率的上限約束設(shè)定為儲(chǔ)能允許最大的放電功率，而將下限 約束設(shè)定為儲(chǔ)能允許最大的充電功率，W第k臺(tái)ESS為例，約束表達(dá)式為：
[0034] (9)
[0035] 其中巧I和巧'2分別表示第k臺(tái)ESS輸出有功功率的下限和上限約束；
[0036] 2-2)設(shè)定儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)存能量的上下限約束，儲(chǔ)能裝置的能量上限為儲(chǔ)能裝置的最 大容量，下限為零，W第k臺(tái)ESS為例，上下限約束表達(dá)式為 W37] 0<W^,^<W^ (10) 陽(yáng)03引其中，胖^5茂示第k臺(tái)ESS儲(chǔ)存的能量，表示第k臺(tái)ESS的最大容量；
[0039] 扣調(diào)整發(fā)電機(jī)的同步調(diào)速器和逆變器的控制器，進(jìn)行一次調(diào)頻，方法如下：設(shè)置 各分布式電源和儲(chǔ)能裝置初始情況下一次調(diào)頻的頻率-有功下垂特性曲線(xiàn)，如圖2所示，W 第i臺(tái)CG為例，下垂關(guān)系表達(dá)式為：
[0040] PcGi-PcGiO-kCGi(f〇-f)Ql) 陽(yáng)OW 其中Pcu。為第i臺(tái)CG的在額定頻率下的輸出功率，f。為額定頻率，f為微電網(wǎng)實(shí) 際頻率，為下垂系數(shù)，取值一般在16~50范圍內(nèi)，且需要滿(mǎn)足的要求如下：
[0042] A.各CG和儲(chǔ)能裝置在微電網(wǎng)頻率為額定頻率f。時(shí)輸出的有功功率滿(mǎn)足發(fā)電成本 微增率相等的條件，且下垂系數(shù)與發(fā)電成本微增率函數(shù)斜率的比值相等，即
[0043] /巧(/,,,) = /(:仍,（/]..)，V"!，。E(7,.UC(12) W44]
句衍，按班U您啤賴(lài) W45] 其中Gc歷CG的下標(biāo)集合，GESS為ESS的下標(biāo)集合；
[0046]B.各RG在微電網(wǎng)頻率為額定頻率f。時(shí)輸出的有功功率均為其預(yù)測(cè)最大可用發(fā)電 容量，且下垂系數(shù)與發(fā)電成本微增率函數(shù)斜率的比值相等，即
[0047] 冷卻e&。 (14)
[0048]
V換每護(hù)錢(qián)。（1巧 W例其中Gkg為RG的下標(biāo)集合；
[0050] 4)經(jīng)過(guò)時(shí)間間隔A t ( -般取2秒左右且可調(diào)），進(jìn)行二次調(diào)頻：判斷系統(tǒng)頻率與 額定頻率的關(guān)系，若系統(tǒng)頻率小于等于額定頻率，轉(zhuǎn)入步驟5)，若系統(tǒng)頻率大于額定頻率，轉(zhuǎn)入步驟的；
[(K)川 W判斷是否所有RG輸出的有功功率均已達(dá)到其最大限值，若否，轉(zhuǎn)入步驟5-1)， 若是，轉(zhuǎn)入步驟5-2):
[0052] 5-1化SS設(shè)置為充電狀態(tài)，設(shè)定RG和ESS參與調(diào)頻，轉(zhuǎn)入步驟7);
[0053] 5-2化SS設(shè)置為放電狀態(tài)，設(shè)定CG和ESS參與調(diào)頻，轉(zhuǎn)入步驟7);
[0054] 6)判斷是否所有CG輸出的有功功率均已達(dá)到其最小限值，若否，轉(zhuǎn)入步驟6-1)， 若是，轉(zhuǎn)入步驟6-2): 陽(yáng)化5] 6-1化SS設(shè)置為放電狀態(tài)，設(shè)定CG和ESS參與調(diào)頻，轉(zhuǎn)入步驟7);
[0056] 6-2化SS設(shè)置為充電狀態(tài)，設(shè)定RG和ESS參與調(diào)頻，轉(zhuǎn)入步驟7);
[0057] 7)微電網(wǎng)中央控制器采集系統(tǒng)頻率，按照下式計(jì)算二次調(diào)頻每次的有功功率設(shè)定 值調(diào)整總量A P;
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