基于雙主控動態(tài)協(xié)作的獨立微電網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微電網(wǎng)經(jīng)濟運行技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種基于雙主控動態(tài)協(xié)作的獨立微電 網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度優(yōu)化方法，特別是一種基于蓄電池儲能系統(tǒng)和柴油發(fā)電機組雙主控動態(tài)協(xié)作的 獨立微電網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 獨立微電網(wǎng)的經(jīng)濟調(diào)度優(yōu)化是在確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化調(diào)配 分布式電源組合及其出力大小實現(xiàn)系統(tǒng)總發(fā)電成本最小化的一項關(guān)鍵技術(shù)。由于獨立微電 網(wǎng)系統(tǒng)中各分布式電源的種類多樣、控制特性各異、運行狀態(tài)及運行成本各不相同等影響 因素，因此，含多分布式電源獨立微電網(wǎng)的經(jīng)濟調(diào)度優(yōu)化是一個高維的、多時間尺度的、多 約束的和非線性的復(fù)雜動態(tài)優(yōu)化問題。相對于傳統(tǒng)大電網(wǎng)，風光柴蓄混合能源獨立微電網(wǎng) 系統(tǒng)中高滲透率的風電和光伏等間歇性電源W及具有獨特能量雙向流動的蓄電池儲能系 統(tǒng)，使得微電網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度相對于傳統(tǒng)大電網(wǎng)的經(jīng)濟調(diào)度具有非常大的差異性。
[0003] 經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，"獨立運行模式下的微網(wǎng)實時能量優(yōu)化調(diào)度"（獨 立運行模式下的微網(wǎng)實時能量優(yōu)化調(diào)度[J].中國電機工程學(xué)報，2012, 32 (16) : 26-35.) - 文針對含風光柴蓄混合能源的獨立微電網(wǎng)能量管理問題，提出了一種獨立微電網(wǎng)的實時能 量優(yōu)化調(diào)度方法，將作為主控電源的蓄電池儲能裝置能量狀態(tài)劃分為4個區(qū)間，并縮減作 為系統(tǒng)主控電源的可控型微電源基點運行功率范圍，從而根據(jù)儲能裝置能量狀態(tài)、系統(tǒng)凈 負荷大小及被安排運行的可控型微電源的當前出力能力對獨立微電網(wǎng)系統(tǒng)進行實時能量 優(yōu)化調(diào)度，但此方法對蓄電池儲能裝置的依賴太強。申請?zhí)枮?01110191474. 5的中國發(fā)明 專利申請?zhí)岢鲆环N獨立運行模式下的微電網(wǎng)多時間尺度能量優(yōu)化調(diào)度方法，將微電網(wǎng)的經(jīng) 濟調(diào)度分為日前計劃和實時調(diào)度兩個階段；在日前計劃中，基于日前預(yù)測數(shù)據(jù)建立日前機 組啟停優(yōu)化計劃模型；在實時調(diào)度中，遵循日前計劃的開停機結(jié)果，基于實時超短期預(yù)測數(shù) 據(jù)與各電源的實時運行狀態(tài)，W確定各電源的有功功率調(diào)度指令、卸荷功率指令及切負荷 指令，但此方法沒有針對系統(tǒng)中各分布式電源和蓄電池儲能系統(tǒng)在各時段間的相互禪合影 響，沒有給出相應(yīng)的多種不同可控型電源間的動態(tài)調(diào)度協(xié)調(diào)控制方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于雙主控動態(tài)協(xié)作的獨立微電網(wǎng)經(jīng)濟調(diào) 度優(yōu)化方法，該方法包括了蓄電池儲能系統(tǒng)和柴油發(fā)電機組分別作為獨立微電網(wǎng)系統(tǒng)主控 電源時，系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度優(yōu)化策略與基于粒子群優(yōu)化算法的雙主控動態(tài)協(xié)作的微電網(wǎng)經(jīng)濟 調(diào)度優(yōu)化過程，該方法充分利用蓄電池儲能系統(tǒng)和柴油發(fā)電機組不同的發(fā)電成本，使得蓄 電池儲能系統(tǒng)和柴油發(fā)電機組根據(jù)不同的運行條件而交替作為主控電源來維持和保證整 個微電網(wǎng)系統(tǒng)電壓和頻率穩(wěn)定性；能夠同時追求系統(tǒng)最優(yōu)運行控制模式和最小發(fā)電成本目 標，有效實現(xiàn)了獨立微電網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟運行的最小化發(fā)電總成本目標和最大化利用可再生能 源，改善微電網(wǎng)經(jīng)濟運行性能。
[0005] 為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0006] -種基于雙主控動態(tài)協(xié)作的獨立微電網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度優(yōu)化方法，所述獨立微電網(wǎng)包含 蓄電池儲能系統(tǒng)度ES巧和柴油發(fā)電機組值巧兩種主控電源，W及風力發(fā)電機組（WT)和光 伏發(fā)電系統(tǒng)（PV)兩種非主控電源，該方法包括W下步驟：
[0007] 步驟一：獲得初始階段的基本數(shù)據(jù)，包含有系統(tǒng)負荷需求、風電輸出功率和光伏輸 出功率、可用的分布式電源數(shù)量及輸出功率限值、蓄電池儲能系統(tǒng)的容量及容量限制值、分 布式電源的各種成本值；
[0008] 步驟二：采用粒子群優(yōu)化算法對獨立微電網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度優(yōu)化模型進行綜合權(quán)衡求 解，同時計算求解出整個調(diào)度周期內(nèi)微電網(wǎng)系統(tǒng)的最小發(fā)電成本W(wǎng)及最恰當?shù)慕?jīng)濟調(diào)度方 案，在每個周期內(nèi)的微電網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度優(yōu)化過程中都有兩個不同的時間尺度：時間尺度t :僅 用于優(yōu)化求解系統(tǒng)的最小發(fā)電成本目標；時間尺度t':僅用于優(yōu)化選擇系統(tǒng)運行控制模 式，求解最恰當?shù)慕?jīng)濟調(diào)度方案；
[0009] 在整個調(diào)度期間，獨立微電網(wǎng)系統(tǒng)的主控電源不是唯一的，可能是由蓄電池儲能 系統(tǒng)和柴油發(fā)電機組根據(jù)不同的運行條件而交替作為主控電源來維持和保證整個微電網(wǎng) 系統(tǒng)電壓和頻率穩(wěn)定性。主控電源M(t'）需要在控制模式選擇的時間域（t' =t'+l)內(nèi)評 估主控電源是否滿足最短啟停時間約束。如果在整個調(diào)度周期內(nèi)，主控電源總是始終由同 一種分布式電源承擔，那么t和t'運兩個時間尺度相同，即t = t'。
[0010] 步驟=:W采樣時間段T (通常設(shè)定為5分鐘）為基本單位逐次循環(huán)求解，并W- 天（24小時）為整個調(diào)度周期最大值進行檢驗是否滿足終止條件，如果滿足，則輸出整個調(diào) 度周期內(nèi)所有采樣時間段的微電網(wǎng)最小發(fā)電成本總和，即為所求解的獨立微電網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度 優(yōu)化結(jié)果，否則，則返回步驟一繼續(xù)運行直至滿足終止條件。
[0011] 進一步，在步驟二中，所述經(jīng)濟調(diào)度方案包括：
[001引 1)調(diào)度方案A :蓄電池儲能系統(tǒng)作為主控電源，且獨立微電網(wǎng)電源組合類型為"蓄 電池儲能+風力發(fā)電機組+光伏發(fā)電機組"，此種情況下，微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的所有電力負荷需 求都是由風力發(fā)電機組、光伏發(fā)電機組和蓄電池儲能系統(tǒng)來能夠共同滿足和承擔，而不需 柴油發(fā)電機組的電力補充供應(yīng)；
[001引。調(diào)度方案B :蓄電池儲能系統(tǒng)作為主控電源，且獨立微電網(wǎng)電源組合類型為"蓄 電池儲能+風力發(fā)電機組+光伏發(fā)電機組+柴油發(fā)電機組"，而柴油發(fā)電機組則為從控電 源并W恒定功率方式提供電力輸出，此種情況下，微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的所有電力負荷需求都是 由蓄電池儲能系統(tǒng)、柴油發(fā)電機組、風力發(fā)電機組和太陽能光伏發(fā)電機組來共同承擔和滿 足；
[0014] 3)調(diào)度方案C :柴油發(fā)電機組作為主控電源，且獨立微電網(wǎng)電源組合類型為"柴油 發(fā)電機組+風力發(fā)電機組+光伏發(fā)電機組"，此種情況下，微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的所有電力負荷需 求都是由風力發(fā)電機組、光伏發(fā)電機組和柴油發(fā)電機組來共同承擔和滿足，而不需要蓄電 池儲能系統(tǒng)參與調(diào)節(jié)；
[0015] 4)調(diào)度方案D :柴油發(fā)電機組作為主控電源，且獨立微電網(wǎng)電源組合類型為"柴油 發(fā)電機組+風力發(fā)電機組+光伏發(fā)電機組+蓄電池儲能"，而蓄電池儲能系統(tǒng)則為從控電源 并W恒功率控制（PQ控制）方式協(xié)助柴油發(fā)電機組進行功率補償調(diào)節(jié)，此種情況下，微電網(wǎng) 系統(tǒng)內(nèi)的所有電力負荷需求都是由柴油發(fā)電機組、風力發(fā)電機組、光伏發(fā)電機組和蓄電池 儲能系統(tǒng)來共同承擔和滿足；
[001引 W調(diào)度方案E巧種不同模式間的交互切換，即根據(jù)系統(tǒng)實時運行需求，微電網(wǎng)系 統(tǒng)從當前控制模式切換到另一種控制模式，即微電網(wǎng)系統(tǒng)的兩種不同運行控制模式Mode 1(蓄電池儲能系統(tǒng)為主控電源）與Mode 2(柴油發(fā)電機組為主控電源）之間的相互切換。
[0017] 進一步，在步驟二中，所述經(jīng)濟調(diào)度優(yōu)化模型包括：
[0018] 1)優(yōu)化目標：調(diào)度周期內(nèi)的獨立微電網(wǎng)系統(tǒng)總發(fā)電成本最小，目標函數(shù)定義如 下：
[0020] Cm。(巧為獨立微電網(wǎng)系統(tǒng)在整個調(diào)度周期NT內(nèi)產(chǎn)生功率P所需要的總發(fā)電成本； N為某調(diào)度周期[0, NT]內(nèi)采樣時間段T的個數(shù)；G為分布式電源的類型數(shù)量；C,(P,(t))表 示第j種分布式電源輸出功率P，(t)時的總發(fā)電成本；P, (t)第j種分布式電源在第t個時 間間隔期間[(t-l)T，tT]的輸出功率；
[0021] 11)可再生能源電源發(fā)電成本：
[002引Cdc,1、Cm。,1和Ses,1分別為第i個可再生能源分布式電源輸出功率Pi (t)時的折舊 成本、運行維護成本W(wǎng)及經(jīng)濟補貼；為第i個可再生能源分布式電源的年均投資成本； P 1為第i個可再生能源電源的運行維護成本系數(shù)；E AP&1為第i個可再生能源分布式電源 基于典型年歷史數(shù)據(jù)的年發(fā)電總量預(yù)測值；kes為根據(jù)當?shù)啬茉凑叨鴮稍偕茉窗l(fā)電 所設(shè)定的價格補貼系數(shù)；
[0024] 12)柴油發(fā)電機組發(fā)電成本：
[002引Cdc(Pde(t) )、Cm。(Pde(t) )、Cpc(Pdea))和Cec化E(t))分別表示柴油發(fā)電機組輸出功 率為Pde(。時的折舊成本、運行維護成本、燃料成本和污染物治理成本；Caic,DE表示柴油發(fā) 電機組的年均投資成本；Eap&w表示基于典型年歷史數(shù)據(jù)的柴油發(fā)電機組年發(fā)電總量預(yù)測 值；Km。,DE表示機組運行維護成本系數(shù)；巧冀表示柴油發(fā)電機組的額定功率；Cfp表示柴油燃 料價格；Ce,k表示第k種化=1，2, 3, 4, 5分別代表NO、，S02,C02,CO及灰塵）污染排放物的 環(huán)境成本系數(shù)；
[0027] 13)蓄電池儲能系統(tǒng)發(fā)電成本：
[002引Cbess(Pbess(t))表示蓄電池儲能系統(tǒng)在放電功率為Pbess(t)時的發(fā)電成本；Pwss,deh(t)表示蓄電池儲能系統(tǒng)的放電功率；eWSS表示蓄電池儲能系統(tǒng)的單位發(fā)電成本系 數(shù)；
[0030] 2)約束條件：獨立微電網(wǎng)系統(tǒng)的約束條件包括系統(tǒng)電力供需平衡、旋轉(zhuǎn)備用容 量、分布式電源輸出功率約束、分布式電源最短啟停時間約束和蓄電池儲