一種微電網(wǎng)電源的優(yōu)化規(guī)劃及評估方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源規(guī)劃領域，尤其是設及一種考慮并網(wǎng)和孤島兩種 運行方式的微電網(wǎng)電源的優(yōu)化規(guī)劃及評估方法。
【背景技術】
[0002] 資源的短缺，能源的消耗W及環(huán)境保護的需求促進了分布式新能源的發(fā)展。微電 網(wǎng)（Micro-grid,簡稱MG)是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、負荷、監(jiān)控和保護 裝置等匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個能夠實現(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)。它 能夠有效地解決分布式電源的大量接入，滿足偏遠地區(qū)供電和提高城市電網(wǎng)靈活性，節(jié)省 大電網(wǎng)投資，提高供電可靠性，具有廣闊的發(fā)展應用前景；微電網(wǎng)的建設有利于充分發(fā)揮分 布式電源的最佳效能，同時微電網(wǎng)可W與傳統(tǒng)電網(wǎng)互相支撐，在電網(wǎng)故障時能孤島運行，保 證重要負荷不間斷供電；如何根據(jù)當?shù)氐淖匀毁Y源條件和用戶要求，優(yōu)化選擇、配置各分布 式電源，在滿足微電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行和用戶供電要求的前提下，使得綜合效益最優(yōu)，具有重 要的研究意義。
[0003] 微電網(wǎng)電源的優(yōu)化規(guī)劃是微電網(wǎng)規(guī)劃的重要內(nèi)容，目前國內(nèi)外學者在該方面做了 大量研究，并取得了一定成果，文獻"基于混合量子遺傳算法的微電網(wǎng)電源優(yōu)化配置"（符 楊等，電力系統(tǒng)保護與控制，2013,41 (24) :50-57)W孤島運行的風光儲互補獨立微電網(wǎng)為 研究對象，建立了計及安裝建設費用、運行維護費用、設備重置費用和停電補償費用的微電 網(wǎng)電源規(guī)劃目標函數(shù)，并采用自適應罰函數(shù)法進行修正，結合自適應旋轉角調(diào)整策略、量子 位交叉變異操作和群體災變思想，提出了一種混合量子遺傳算法，對規(guī)劃模型進行求解，但 由于僅針對微電網(wǎng)的孤島運行狀態(tài)進行規(guī)劃，忽略了并網(wǎng)運行狀態(tài)，也沒有考慮柴油發(fā)電 機的運行約束，可能影響規(guī)劃結果的科學性；文獻"風光互補混合供電系統(tǒng)多目標優(yōu)化設 計"（楊埼等，電力系統(tǒng)自動化，2009，33(17) :86-90)提出了一種風光互補混合供電系統(tǒng) 的容量優(yōu)化配置模型，引入光伏太陽板傾角該一決策變量，使模型更加精確，采用改進微分 進化算法來進行模型的求解，結果表明算法具有良好的收斂穩(wěn)定性；文獻"化timalunit sizingofdistributedenergyresourcesinmicrogridusinggeneticalgorithm" (TafreshiSMM等，Proceedingsofthe18thIranianConferenceonElectrical 化gineering，2010: 836-841)建立了微電網(wǎng)電源容量的優(yōu)化規(guī)劃模型，主要考慮微電網(wǎng) 孤島運行方式，目標函數(shù)計及安裝成本、重置成本、運行維護成本、燃料成本W(wǎng)及向大電網(wǎng) 賣電收入，W負載缺電概率為約束條件，并采用遺傳算法對此非線性優(yōu)化規(guī)劃問題進行求 解；文獻"考慮隨機特性的微電網(wǎng)電源優(yōu)化配置"(盧洋等，電力系統(tǒng)及其自動化學報，2013， 25 (3) : 108-114)W綜合經(jīng)濟成本最低為目標，W節(jié)點電壓質(zhì)量為約束條件，建立了孤島運 行微電網(wǎng)電源選址定容的數(shù)學模型，并用粒子群算法進行求解。文獻"基于凈效益最大化 的微電網(wǎng)電源優(yōu)化配置"（李登峰等，電力系統(tǒng)保護與控制，2013,41(20) : 20-26)綜合考慮 電源投資、運行和維護、燃料購買等成本，W及節(jié)能減排、降損、改善可靠性和延緩電網(wǎng)投資 等效益，建立微電網(wǎng)年化凈效益的目標函數(shù)，計及儲能單元充放電、微電網(wǎng)全年孤島運行的 充裕性、碳排放等約束條件，建立優(yōu)化了微電網(wǎng)電源優(yōu)化配置模型，并采用遺傳算法進行求 解。
[0004] 微電網(wǎng)有并網(wǎng)和孤島兩種運行方式，在并網(wǎng)方式下可W與主網(wǎng)進行功率交換，在 孤島運行方式下可W借助出力可控的分布式電源和儲能來維持微電網(wǎng)穩(wěn)定運行，而W往對 于微電網(wǎng)電源優(yōu)化規(guī)劃的研究中，優(yōu)化規(guī)劃數(shù)學模型往往不能綜合考慮微電網(wǎng)的兩種不同 運行方式，該種規(guī)劃方案是欠缺科學性的，在間歇性分布式電源占比較大的規(guī)劃方案中，當 風速、光照強度較小時，需要柴油發(fā)電機長期運行，因此在規(guī)劃中考慮柴油發(fā)電機的運行約 束是有必要的，而許多文獻忽略了該一重要約束。另外，對于已得出的微電網(wǎng)電源規(guī)劃方 案，鮮有文獻提出規(guī)劃方案評估方法來評價規(guī)劃結果的合理性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術問題是：提供一種微電網(wǎng)電源的優(yōu)化規(guī)劃及評估方法，針對 現(xiàn)有技術無法同時對并網(wǎng)和孤島情況進行優(yōu)化規(guī)劃W及未考慮柴油發(fā)電機約束問題帶來 的優(yōu)化規(guī)劃方案未到達最優(yōu)，能夠科學地對微電網(wǎng)電源進行優(yōu)化規(guī)劃，獲得最優(yōu)的分布式 電源配置方案，采用遺傳算法能夠快速實現(xiàn)最優(yōu)配置，并能夠對其進行評估，獲得最優(yōu)的一 種合理方案組合，W克服現(xiàn)有技術問題的不足。
[0006] 本發(fā)明的技術方案；一種微電網(wǎng)電源的優(yōu)化規(guī)劃方法，該方法包括W下步驟： (1)建立并網(wǎng)運行方式優(yōu)化規(guī)劃數(shù)學模型，在并網(wǎng)運行方式下的微電網(wǎng)，要保證微電網(wǎng) 內(nèi)部負荷的100%供電，其次，電能的來源除了考慮微電網(wǎng)內(nèi)部電源之間的機組組合之外， 還需要考慮微電網(wǎng)與配電網(wǎng)之間的電能交易量，同時，充分考慮到可再生能源的最大化利 用，建立總投資的數(shù)學模型，其目標函數(shù)如下：
其中，
為各分布式電 源的初始投資費用，3/為分布式電源的種類，r為貼現(xiàn)率，王為分布式電源使用年限；
為各分布式電源的運行管理費用，了 小 時，為第/種分布式電源單位功率的運行管理費用（元/kWh), 為第巧巾分布式 電源功率； X巧。:.為微電網(wǎng)從外部配電網(wǎng)的購電費用，C:.K.為購電價格(元)，巧。：為 購電電量（kWh);
為各分布式電源的殘值；
為燃料電池和柴油發(fā)電機的燃料費用，P為第I種燃料 電池或柴油發(fā)電機單位功率的燃料費用，巧為第I種燃料電池或柴油發(fā)電機功率，為 燃料電池和柴油發(fā)電機的種類；
為各分布式電源的排污費用，為處理第墓種污 染物的費用，巧）為第巧巾分布式電源的污染物排放量；
為用戶的停電損失費用；其中，為用戶中斷的負荷量，了.為 停電損失費用。
[0007] (2)通過步驟（1)中的數(shù)學模型，讓可再生能源發(fā)生最大化利用，采用并網(wǎng)約束條 件對風力發(fā)電、光伏、燃料電池、柴油發(fā)電機W及儲能的容量進行優(yōu)化規(guī)劃，保證微電網(wǎng)內(nèi) 部負荷的100%供電，得到各分布式電源的最優(yōu)配置方案，即風電、光伏、燃料電池、柴油發(fā) 電機和儲能的最優(yōu)配置，所述并網(wǎng)約束條件包括柴油發(fā)電機初始啟動的最小值約束和運行 約束； (3) 建立孤島運行方式優(yōu)化規(guī)劃數(shù)學模型，數(shù)學模型的目標函數(shù)如下：
其中，
為用戶的停電損失費用，C，為用戶停電損失費用， c__&為儲能的投資，為用戶停電量，為中斷負荷的補償費用； (4)通過步驟（3)中的所述數(shù)學模型的目標函數(shù)通過孤島約束條件進行優(yōu)化，獲得目標 函數(shù)最小，得到儲能的進一步的最終最優(yōu)配置，獲得并網(wǎng)和孤島運行方式下各分布式電源 的最終最優(yōu)配置方案。
[0008] 優(yōu)選的，上述并網(wǎng)約束條件為： (1) 功率平衡約束
其中，巧?、每了、巧；、gc、這、巧,分別為"寸刻光伏發(fā)電、風力發(fā)電、柴 油發(fā)電機、燃料電池、儲能化及電網(wǎng)的輸出功率，H;、<、<為電源功率效率系數(shù)， if為f時刻的負荷，巧^為r時刻的網(wǎng)損； (2) 各分布式電源功率上下限約束
取〇，&C：.h,ari為各分布式電源的額定功率； (3)儲能充放電約束
當t時刻儲能的容量￡^1^大于放電深度時，儲能放電，小于放電深度時，儲能不放電，所 述放電深度為總儲能電量帶的50% ; (4)微電網(wǎng)與