含dg區(qū)域電網(wǎng)孤島模式下儲(chǔ)能設(shè)備容量的優(yōu)化配置方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種含DG區(qū)域電網(wǎng)孤島模式下儲(chǔ)能設(shè)備容量的優(yōu)化配置方法，包括：監(jiān)測每個(gè)時(shí)間點(diǎn)分布式電源出力和負(fù)荷數(shù)據(jù)并分別擬合出其概率分布函數(shù)；建立儲(chǔ)能設(shè)備充放電的控制策略并得到其輸出功率的控制規(guī)則；建立分布式電源與負(fù)荷的動(dòng)態(tài)半不變量，得到儲(chǔ)能設(shè)備的充放電功率的概率分布；建立以儲(chǔ)存設(shè)備容量最小化為目標(biāo)，儲(chǔ)能設(shè)備的荷電狀態(tài)作為不等式約束條件的配置優(yōu)化模型，求解出儲(chǔ)能設(shè)備的配置容量。本發(fā)明引入動(dòng)態(tài)半不變量，將儲(chǔ)能設(shè)備輸出功率的概率分布約束在一定的置信度之下，并引入儲(chǔ)能設(shè)備充放電功率控制策略實(shí)時(shí)使儲(chǔ)能設(shè)備既不長時(shí)間運(yùn)行于枯竭或飽和狀態(tài)，又能充分利用儲(chǔ)能設(shè)備的容量，確保區(qū)域電網(wǎng)孤島模式下的電能質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)性。
【專利說明】含DG區(qū)域電網(wǎng)孤島模式下儲(chǔ)能設(shè)備容量的優(yōu)化配置方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及儲(chǔ)能設(shè)備容量領(lǐng)域，更具體地，涉及一種含DG(分布式電源）區(qū)域電網(wǎng) 孤島模式下儲(chǔ)能設(shè)備容量的優(yōu)化配置方法，該方法特別適用于故障情況解決含分布式電源 區(qū)域電網(wǎng)孤島模式下穩(wěn)定運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)性問題，避免儲(chǔ)能設(shè)備容量枯竭或飽和。

【背景技術(shù)】
[0002] 永久性故障情況下，含分布式電源（Distributed Generation, DG)配網(wǎng)處于孤島 運(yùn)行方式時(shí)，通過對(duì)分布式電源進(jìn)行調(diào)控，并在滿足供電質(zhì)量和負(fù)荷需求等前提下，實(shí)現(xiàn)系 統(tǒng)孤島運(yùn)行。在孤島運(yùn)行模式下，儲(chǔ)能設(shè)備作為主控制單元，根據(jù)光伏出力、風(fēng)機(jī)出力和負(fù) 荷情況進(jìn)行綜合調(diào)控，依靠儲(chǔ)能設(shè)備維持微電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓和頻率。然而，由于儲(chǔ)能設(shè)備的 造價(jià)相對(duì)較高，如何經(jīng)濟(jì)高效地進(jìn)行儲(chǔ)能容量的選取仍為目前工程實(shí)際的一個(gè)難點(diǎn)。
[0003] 由于風(fēng)電場、光伏電站的出力具有隨機(jī)波動(dòng)性，電力系統(tǒng)運(yùn)行中負(fù)荷隨時(shí)都在變 化，不可避免會(huì)突然出現(xiàn)大幅度的功率波動(dòng)，希望通過儲(chǔ)能裝置使風(fēng)電、光伏輸出完全可 控，既不經(jīng)濟(jì)也不現(xiàn)實(shí)，亦即采取100%滿足約束條件來配置混合儲(chǔ)能裝置，則其成本將極 大增加。此時(shí)若采取某一置信水平滿足約束條件，將更具實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
[0004] 機(jī)會(huì)約束規(guī)劃的實(shí)質(zhì)是在一定程度上考慮不確定因素，將傳統(tǒng)優(yōu)化中完全滿足的 約束條件軟化為滿足約束條件的概率高于某一置信水平。如果能采用概率的方法，就可以 由給定的DG的出力和負(fù)荷的概率分布得到儲(chǔ)能設(shè)備輸出的概率分布情況，然后以它們作 為概率約束，使目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)，得到系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行方式?，F(xiàn)有是采用同一種概率分布特 性來描述分布式電源出力和負(fù)荷變化，而實(shí)際DG出力和負(fù)荷的波動(dòng)特性會(huì)隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變 化，各個(gè)時(shí)刻的概率特性可能不同。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的在于提供一種含DG(分布式電源）區(qū)域電網(wǎng)孤島模式下的儲(chǔ)能設(shè)備容 量的配置方法，用于解決永久性故障情況下區(qū)域電網(wǎng)孤島模式穩(wěn)定運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)性問題，本 發(fā)明的配置方法是以一定的置信度確保孤網(wǎng)運(yùn)行的可靠性與經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)兼顧儲(chǔ)能設(shè)備壽 命。
[0006] 本發(fā)明提供的一種含DG區(qū)域電網(wǎng)孤島模式下儲(chǔ)能設(shè)備容量的優(yōu)化配置方法，具 體包括以下步驟：
[0007] 1)監(jiān)測各個(gè)時(shí)刻風(fēng)電場的出力Pw，光伏電站的出力PPV及負(fù)荷為P lMd，并擬合出各 自的概率密度分布函數(shù)；
[0008] 2)建立儲(chǔ)能設(shè)備充放電的控制策略得到儲(chǔ)能設(shè)備輸出功率的控制規(guī)則；
[0009] 3)建立DG和負(fù)荷動(dòng)態(tài)半不變量，求出儲(chǔ)能設(shè)備沖放電功率置信度；
[0010] 4)建立以儲(chǔ)能設(shè)備容量最小化為目標(biāo)函數(shù)，儲(chǔ)能設(shè)備荷電狀態(tài)作為不等式約束的 優(yōu)化配置模型，并求解出儲(chǔ)能設(shè)備的容量。
[0011] 風(fēng)能、太陽能和電力負(fù)荷的波動(dòng)具有一定的隨機(jī)性，但其隨機(jī)波動(dòng)中蘊(yùn)含有一定 的規(guī)律性，因此風(fēng)電場出力Pw、光伏電站出力PPV及負(fù)荷PlMd可通過在各種確定性規(guī)律基礎(chǔ) 上疊加相應(yīng)的隨機(jī)波動(dòng)性來建立動(dòng)態(tài)隨機(jī)變量的概率模型。
[0012] 其中具體的過程為：
[0013] 1)監(jiān)測各個(gè)時(shí)刻風(fēng)電場的出力Pw，光伏電站的出力PPV及負(fù)荷為P lMd，并擬合出它 們的概率密度分布函數(shù)分別為：
[0014] 由式（1)可得變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)出力Pw的概率密度分布函數(shù)：
[0015] Pw(t) = Pb(t) + Ab (1)
[0016] 式中：Pb(t)為基礎(chǔ)函數(shù)，是各個(gè)時(shí)刻的風(fēng)速在期望值情況下風(fēng)力發(fā)電機(jī)的出力， Ab為變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)出力中包含的隨機(jī)波動(dòng)成分；
[0017] 由式（2)可得光伏電站出力Ppv的概率密度分布函數(shù)：
[0018] Ppv(t) =Psm(t)-Asun (2)
[0019] 式中：Psm(t)為基礎(chǔ)函數(shù)，是各個(gè)時(shí)刻的太陽能在期望值情況下光伏電站的出力， 隨機(jī)變量表示大氣層對(duì)太陽光照的阻礙作用；
[0020] 由式（3)可得負(fù)荷概率密度分布函數(shù)：
[0021] Pi〇ad(t) = Ρχ(?) + Δ1 (3)
[0022] 式中A (t)為日負(fù)荷曲線的基礎(chǔ)函數(shù)為負(fù)荷的隨機(jī)波動(dòng)成份。
[0023] 2)建立儲(chǔ)能設(shè)備充放電的控制策略，將儲(chǔ)能設(shè)備的能量狀態(tài)劃分成3個(gè)區(qū)間，包 括分非工作區(qū)間、正常工作區(qū)間以及警戒工作區(qū)間即儲(chǔ)能設(shè)備容易進(jìn)入枯竭或飽和，其控 制策略分別為 ：
[0024] (21)當(dāng)儲(chǔ)能設(shè)備的荷電狀態(tài)在工作區(qū)時(shí)，DG與負(fù)荷的差值確定儲(chǔ)能設(shè)備的充放 電功率；
[0025] (22)當(dāng)儲(chǔ)能設(shè)備的荷電狀態(tài)枯竭狀態(tài)時(shí)，引導(dǎo)儲(chǔ)能設(shè)備減少放電功率；當(dāng)儲(chǔ)能設(shè) 備的荷電狀態(tài)處于飽和狀態(tài)，采取棄風(fēng)措施，防止儲(chǔ)能設(shè)備過沖。
[0026] 3)建立DG和負(fù)荷的動(dòng)態(tài)半不變量，求出儲(chǔ)能設(shè)備沖放電功率的概率分布；所建立 DG和負(fù)荷的原點(diǎn)矩與半不變量的關(guān)系由式（4)獲得，接著由分布式電源與負(fù)荷的基準(zhǔn)函數(shù) 和Gram-charlier級(jí)數(shù)求出儲(chǔ)能設(shè)備充放電功率的概率分布由式（5)得到：
[0027] 隨機(jī)變量矩與半不變量的關(guān)系如式（4): Κγ - ocx K，= ou - a;
[0028]人W,:-3￥2 + 2< ⑷ K4 = a4 - 3a^ -4α,οτ. + \ 2a~a, -6a1
[0029] 式中，Km為隨機(jī)變量的m階半不變量，v = 1，2, 3, 4, a i為隨機(jī)變量的i階原點(diǎn)矩， i = 1,2,3,4 ；
[0030] 由Gram-charlier級(jí)數(shù)把隨機(jī)變量的分布函數(shù)表達(dá)為由正態(tài)隨機(jī)變量各階導(dǎo)數(shù) 組成的級(jí)數(shù)，而其中級(jí)數(shù)的系數(shù)則由該隨機(jī)變量的各階半不變量構(gòu)成，由此得到儲(chǔ)能設(shè)備 充放電功率的概率密度分布函數(shù)可由式（5)得到：

【權(quán)利要求】
1. 一種含DG區(qū)域電網(wǎng)孤島模式下儲(chǔ)能設(shè)備容量的優(yōu)化配置方法，其特征在于，包括以 下步驟： 1) 監(jiān)測各個(gè)時(shí)刻風(fēng)電場的出力Pw，光伏電站的出力Ppv及負(fù)荷為PlMd，并分別擬合出其 各自的概率密度分布函數(shù)； 2) 建立儲(chǔ)能設(shè)備充放電的控制策略得到儲(chǔ)能設(shè)備輸出功率的控制規(guī)則； 3) 建立DG和負(fù)荷動(dòng)態(tài)半不變量，求出儲(chǔ)能設(shè)備沖放電功率置信度； 4) 建立以儲(chǔ)能設(shè)備容量最小化為目標(biāo)函數(shù)，儲(chǔ)能設(shè)備荷電狀態(tài)作為不等式約束的優(yōu)化 配置模型，并求解出儲(chǔ)能設(shè)備的容量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含DG區(qū)域電網(wǎng)孤島模式下儲(chǔ)能設(shè)備容量的優(yōu)化配置方法，其 特征在于，所述步驟2)的風(fēng)電場出力Pw、光伏電站出力P pv及負(fù)荷PlMd可由以下獲得： 由式（1)可得變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)出力Pw的概率密度分布函數(shù)： Pw (t) = Pb (t) + Δ b (1) 式中：Pb(t)為基礎(chǔ)函數(shù)，是各個(gè)時(shí)刻的風(fēng)速在期望值情況下風(fēng)力發(fā)電機(jī)的出力，八，為 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)出力中包含的隨機(jī)波動(dòng)成分； 由式（2)可得光伏電站出力PPV的概率密度分布函數(shù)： Ppv(t) = Psun(t)-Asun (2) 式中：Psun⑴為基礎(chǔ)函數(shù)，是各個(gè)時(shí)刻的太陽能在期望值情況下光伏電站的出力，隨機(jī) 變量表示大氣層對(duì)太陽光照的阻礙作用； 由式（3)可得負(fù)荷概率密度分布函數(shù)： Plead (t) = P1(t) + A1 (3) 式中巧⑴為日負(fù)荷曲線的基礎(chǔ)函數(shù)為負(fù)荷的隨機(jī)波動(dòng)成份。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含DG區(qū)域電網(wǎng)孤島模式下儲(chǔ)能設(shè)備容量的優(yōu)化配置方法，其 特征在于，將儲(chǔ)能設(shè)備的能量狀態(tài)劃分成3個(gè)區(qū)間，包括分非工作區(qū)間、正常工作區(qū)間以及 警戒工作區(qū)間即儲(chǔ)能設(shè)備容易進(jìn)入枯竭或飽和，其控制策略分別為： (21) 當(dāng)儲(chǔ)能設(shè)備的荷電狀態(tài)在工作區(qū)時(shí)，DG與負(fù)荷的差值確定儲(chǔ)能設(shè)備的充放電功 率； (22) 當(dāng)儲(chǔ)能設(shè)備的荷電狀態(tài)枯竭狀態(tài)時(shí)，減少儲(chǔ)能設(shè)備放電功率； (23) 當(dāng)儲(chǔ)能設(shè)備的荷電狀態(tài)處于飽和狀態(tài)，采取棄風(fēng)措施，防止儲(chǔ)能設(shè)備過沖。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含DG區(qū)域電網(wǎng)孤島模式下儲(chǔ)能設(shè)備容量的優(yōu)化配置方法，其 特征在于，所述DG出力和負(fù)荷的原點(diǎn)矩與半不變量的關(guān)系由式（4)獲得，接著由DG與負(fù)荷 的基準(zhǔn)函數(shù)以及Gram-charlier級(jí)數(shù)求出儲(chǔ)能設(shè)備充放電功率的概率分布如式（5)， 隨機(jī)變量矩與半不變量的關(guān)系如式（4): - €Χγ - oc^ - CC, -^ , ⑷ - a, -3ala^ + 2a K4 = a4 - 3a; -4or,a, + 12α2α, -6α,' 式中，Km為隨機(jī)變量的m階半不變量，v = 1，2, 3, 4, a i為隨機(jī)變量的i階原點(diǎn)矩，i = 1,2, 3,4 ； 由Gram-Charlier級(jí)數(shù)把隨機(jī)變量的分布函數(shù)表達(dá)為由正態(tài)隨機(jī)變量各階導(dǎo)數(shù)組成 的級(jí)數(shù)，而其中級(jí)數(shù)的系數(shù)則由該隨機(jī)變量的各階半不變量構(gòu)成，由此儲(chǔ)能充放電功率的 概率密度分布函數(shù)可由式（5)得到：
式中，gm = Km/ σ m，m = 3、4、一4,1為隨機(jī)變量的m階半不變量，σ m為隨機(jī)變量標(biāo)準(zhǔn) 差的m次冪；Ν(γ) (X) ( γ = 1，2,. . .，4)為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)的γ階導(dǎo)數(shù)，X為隨機(jī)變量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含DG區(qū)域電網(wǎng)孤島模式下儲(chǔ)能設(shè)備容量的優(yōu)化配置方法，其 特征在于，建立以儲(chǔ)能設(shè)備容量最小化為目標(biāo)函數(shù)，儲(chǔ)能設(shè)備荷電狀態(tài)作為不等式約束，具 體由以下獲得： 以設(shè)備儲(chǔ)能容量最小化為目標(biāo)函數(shù)，如式（6): F = minS (6) 式中，S分別為儲(chǔ)能設(shè)備額定容量； 以儲(chǔ)能設(shè)備充放電功率的置信度作為不等式約束，如式（7):
式中：仏￡和&為儲(chǔ)能設(shè)備荷電狀態(tài)的上下限，Soct為儲(chǔ)能設(shè)備t時(shí)刻的荷電狀態(tài)； ηΑ，ndis分別為儲(chǔ)能設(shè)備充放電效率；p^，pd&分別為充放電功率；Z為儲(chǔ)能設(shè)備額定容 量，△ t為儲(chǔ)能設(shè)備充放電相鄰兩個(gè)時(shí)刻時(shí)間差，Eini為儲(chǔ)能設(shè)備的初始容量，r為儲(chǔ)能設(shè)備 充放電的第一個(gè)時(shí)刻，t為儲(chǔ)能設(shè)備充放電的第t個(gè)時(shí)刻。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK104092230SQ201410312857
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】魏承志, 周紅陽, 劉之堯, 文安, 蘇杰和, 黃維芳, 劉年, 金鑫, 楊穎安, 史文博 申請(qǐng)人:中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司