本發(fā)明涉及一種基于事件的智能微電網(wǎng)運行優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

在能源危機、環(huán)境惡化的嚴峻形勢以及市場需求的推動下，由可再生發(fā)電單元、儲能單元、控制單元以及負載等組成的智能微電網(wǎng)應運而生。智能微電網(wǎng)作為發(fā)揮分布式電源效能的有效技術(shù)手段，成為未來智能電網(wǎng)建設的一項重要技術(shù)。對智能微電網(wǎng)進行研究不僅具有重大的經(jīng)濟價值，也具有積極的社會影響。

經(jīng)濟性是智能微電網(wǎng)吸引用戶并能在電力系統(tǒng)中得以推廣的關(guān)鍵。雖然可以從大電網(wǎng)借鑒眾多經(jīng)驗，但智能微電網(wǎng)中所包含的發(fā)電單元類型、負載特性、所采取的電力市場政策，與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)存在較大區(qū)別。

針對智能微電網(wǎng)的運行優(yōu)化問題，以經(jīng)濟性最優(yōu)為目標，國內(nèi)外開展了大量研究，但已有研究基本都是將其作為確定性問題，當光伏輸出功率、用電負荷或電價發(fā)生變化后，系統(tǒng)的經(jīng)濟最優(yōu)性得不到保證，即使有的研究考慮了光伏發(fā)電、用電負荷或電價等不確定性，但求解方法比較復雜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種基于事件的智能微電網(wǎng)運行優(yōu)化方法，本發(fā)明考慮光伏輸出功率、用電負荷和電價變化，以保證在光伏輸出功率、用電負荷或電價發(fā)生變化時，本發(fā)明所涉及的方法仍能保證智能微電網(wǎng)獲得較好的經(jīng)濟性，并在實際智能微電網(wǎng)系統(tǒng)中得以推廣應用。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于事件的智能微電網(wǎng)運行優(yōu)化方法，包括以下步驟：

(1)分析導致智能微電網(wǎng)原運行優(yōu)化方案失效的因素，并進行分類，構(gòu)建事件集合；

(2)以設定的時間間隔將優(yōu)化周期劃分為若干時段，結(jié)合構(gòu)建的事件，進行滾動窗口劃分，將優(yōu)化周期重新劃分為若干個滾動窗口；

(3)以智能微電網(wǎng)系統(tǒng)運行成本最低為目標，基于滾動窗口，建立基于事件的智能微電網(wǎng)滾動優(yōu)化模型；

(4)采用基于滾動優(yōu)化框架的運行優(yōu)化方法對模型進行求解。

所述步驟(1)中，所述事件集合包括光伏輸出功率變化事件、用電負荷變化事件和電價變化事件。

所述步驟(1)中，光伏輸出功率變化事件的表達方法為：設定光伏輸出功率最大允許差值，默認優(yōu)化周期起始時刻有光伏輸出功率變化事件發(fā)生，在判斷某一時刻(非優(yōu)化周期起始時刻)是否有光伏輸出功率變化事件發(fā)生時，用該時刻光伏輸出功率與已經(jīng)發(fā)生的距離該時刻最近的光伏輸出功率變化事件發(fā)生時刻光伏輸出功率求差再取絕對值，然后與最大允許差值進行比較，若超過最大允許差值，則認為該時刻有光伏輸出功率變化事件發(fā)生，否則認為該時刻沒有光伏輸出功率變化事件發(fā)生。

所述步驟(1)中，用電負荷變化事件的表達方法為：設定用電負荷最大允許差值，默認優(yōu)化周期起始時刻有用電負荷變化事件發(fā)生，在判斷某一時刻(非優(yōu)化周期起始時刻)是否有用電負荷變化事件發(fā)生時，用該時刻用電負荷與已經(jīng)發(fā)生的距離該時刻最近的用電負荷變化事件發(fā)生時刻用電負荷求差再取絕對值，然后與最大允許差值進行比較，若超過最大允許差值，則認為該時刻有用電負荷變化事件發(fā)生，否則認為該時刻沒有用電負荷變化事件發(fā)生。

所述步驟(1)中，電價變化事件的表達方法為：取電價最大允許差值為0，默認優(yōu)化周期起始時刻有電價變化事件發(fā)生，在判斷某一時刻(非優(yōu)化周期起始時刻)是否有電價變化事件發(fā)生時，用該時刻電價與已經(jīng)發(fā)生的距離該時刻最近的電價事件發(fā)生時刻電價求差再取絕對值，然后與最大允許差值即0進行比較，若超過0，則認為該時刻有電價變化事件發(fā)生，否則認為該時刻沒有電價變化事件發(fā)生。

所述步驟(2)中，滾動窗口劃分規(guī)則：如果在若干個連續(xù)的時段內(nèi)光伏輸出功率和用電負荷變化均不大，且電價不變，則可以將這幾個時段合并為一個滾動窗口。

所述步驟(2)中，選取時間間隔將優(yōu)化周期劃分為t個相同的時段，根據(jù)滾動窗口劃分規(guī)則合并時段將優(yōu)化周期重新劃分為i個滾動窗口，滾動窗口i和時段t之間的對應關(guān)系用t(i)和n(i)來表示，使得滾動窗口i由從t(i)開始的n(i)個連續(xù)的時段合并成。

所述步驟(3)中，智能微電網(wǎng)滾動優(yōu)化模型的目標函數(shù)為包括光伏電池陣列和蓄電池運行維護成本、蓄電池折舊成本以及購電成本和售電收益在內(nèi)的所有運行成本之和最低。

所述步驟(3)中，智能微電網(wǎng)滾動優(yōu)化模型的約束條件具體包括系統(tǒng)功率平衡約束、蓄電池充放電功率約束、蓄電池荷電狀態(tài)約束、與電網(wǎng)交互功率約束、0-1變量約束和蓄電池荷電狀態(tài)更新約束。

所述步驟(4)中，基于滾動優(yōu)化方法，采用基于滾動優(yōu)化框架的運行優(yōu)化方法對模型進行求解，該方法考慮優(yōu)化窗口和執(zhí)行窗口，每次對運行優(yōu)化窗口求解，并將優(yōu)化結(jié)果應用到執(zhí)行窗口，不斷迭代，直到到達整個優(yōu)化周期的最后，最終得到整個問題的解。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明利用滾動窗口劃分可以在保證運行優(yōu)化的優(yōu)化性的同時保證運行優(yōu)化的實時性；

(2)本發(fā)明可以有效解決由光伏輸出功率和用電負荷的不確定性以及電價變化引起的運行成本增加問題；

(3)如果有事件發(fā)生，則再次進行優(yōu)化，如果沒有事件發(fā)生，則不再次進行優(yōu)化，避免了計算資源的浪費。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當限定。

圖1為基于事件的智能微電網(wǎng)運行優(yōu)化方法流程圖；

圖2為本發(fā)明智能微電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)圖；

圖3為判斷某一時刻是否有光伏輸出功率變化事件發(fā)生示意圖；

圖4為滾動窗口與時段對應關(guān)系圖；

圖5為基于事件的智能微電網(wǎng)滾動優(yōu)化模型求解示意圖。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。

應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復數(shù)形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在已有研究基本都是將其作為確定性問題，當光伏輸出功率、用電負荷或電價發(fā)生變化后，系統(tǒng)的經(jīng)濟最優(yōu)性得不到保證，即使有的研究考慮了光伏發(fā)電、用電負荷或電價等不確定性，但求解方法比較復雜的不足，針對智能微電網(wǎng)的運行優(yōu)化問題，考慮光伏輸出功率、用電負荷和電價變化，提出基于事件的智能微電網(wǎng)運行優(yōu)化方法，以保證在光伏輸出功率、用電負荷或電價發(fā)生變化時，本發(fā)明所涉及的方法仍能保證智能微電網(wǎng)獲得較好的經(jīng)濟性，并在實際智能微電網(wǎng)系統(tǒng)中得以推廣應用。

本申請的一種典型的實施方式中，本發(fā)明提供了一種基于事件的智能微電網(wǎng)運行優(yōu)化方法，其流程圖如圖1，包括以下步驟：

提出光伏輸出功率、用電負荷和電價變化事件；

按等時間間隔將優(yōu)化周期劃分為若干時段，基于步驟(1)中的事件，進行滾動窗口劃分；

基于步驟(2)中的滾動窗口，建立基于事件的智能微電網(wǎng)滾動優(yōu)化模型；

采用基于滾動優(yōu)化框架的運行優(yōu)化方法對步驟(3)中的模型進行求解。

一、上述事件的表達如下：

1.光伏輸出功率變化事件

記光伏輸出功率最大允許差值為δ(kw)，則光伏輸出功率變化事件可描述為：

首先，默認優(yōu)化周期起始時刻有光伏輸出功率變化事件發(fā)生。其次，在判斷某一時刻是否有光伏輸出功率變化事件發(fā)生時，用該時刻光伏輸出功率與已經(jīng)發(fā)生的距離該時刻最近的光伏輸出功率變化事件發(fā)生時刻光伏輸出功率求差再取絕對值，然后與δ進行比較，若超過δ，則認為該時刻有光伏輸出功率變化事件發(fā)生，否則認為該時刻沒有光伏輸出功率變化事件發(fā)生。圖3為判斷某一時刻是否有光伏輸出功率變化事件發(fā)生示意圖。

2.用電負荷變化事件

記用電負荷最大允許差值為δ'(kw)，用電負荷變化事件的描述同光伏輸出功率變化事件。

3.電價變化事件

電價包括購電和售電電價。與光伏輸出功率和用電負荷變化事件不同，對于電價變化事件，取電價最大允許差值為0(購電和售電電價最大允許差值均為0，元/(kw·h))，也就是說，在判斷某一時刻是否有電價變化事件發(fā)生時，只要該時刻電價與距離該時刻最近的電價變化事件發(fā)生時刻電價不相等(購電和售電電價均不相等)，則認為該時刻有電價變化事件發(fā)生，否則認為該時刻沒有電價變化事件發(fā)生。

二、上述滾動窗口劃分如下：

滾動窗口劃分規(guī)則：如果在若干個連續(xù)的時段內(nèi)光伏輸出功率和用電負荷變化均不大，且電價不變，則可以將這幾個時段合并為一個滾動窗口。

首先，選取時間間隔將優(yōu)化周期劃分為t個相同的時段，記作t＝1,2,…,t；然后，根據(jù)滾動窗口劃分規(guī)則合并時段將優(yōu)化周期重新劃分為i個滾動窗口(每個滾動窗口都可能不同)，記作i＝1,2,…,i。滾動窗口i和時段t之間的對應關(guān)系可以用t(i)和n(i)來表示，意思是滾動窗口i由從t(i)開始的n(i)個連續(xù)的時段合并成，其示意圖如圖4。

三、上述基于事件的智能微電網(wǎng)滾動優(yōu)化模型如下：

1.目標函數(shù)

本文針對光伏儲能智能微電網(wǎng)系統(tǒng)的運行優(yōu)化問題，考慮以其運行成本最低為目標，包括光伏電池陣列和蓄電池運行維護成本、蓄電池折舊成本以及購電成本和售電收益，目標函數(shù)如下：

minctotal＝com+cpurchase+csale+cbat(1)

其中，ctotal為總運行成本(元)；com為光伏電池陣列和蓄電池運行維護成本(元)；cpurchase為購電成本(元)；csale為售電收益(元)；cbat為蓄電池折舊成本(元)。

運行維護成本

式中：δt為時段長度(h)；p′pv,i為滾動窗口i光伏輸出功率(kw)；p′bc,i和p′bd,i分別為滾動窗口i蓄電池充電和放電功率(充電功率小于0，放電功率大于0，kw)；sw為滾動窗口個數(shù)；kom,pv和kom,bat分別為光伏電池陣列和蓄電池運行維護系數(shù)(元/(kw·h))。

購電成本

式中：p′gp,i為滾動窗口i購電功率(購電功率大于0，kw)；c′gp,i為滾動窗口i購電電價(元/(kw·h))。

售電收益

式中：p′gs,i為滾動窗口i售電功率(售電功率小于0，kw)；c′gs,i為滾動窗口i售電電價(元/(kw·h))。

折舊成本

蓄電池折舊成本計算如式(5)：。

式中：cbw為蓄電池單位放電折舊成本(元/(kw·h))。

2.約束條件

系統(tǒng)功率平衡約束

其中，p′ld,i為滾動窗口i用電負荷(kw)；ηpv,inv為并網(wǎng)逆變器逆變效率；ηbat,rec和ηbat,inv分別為雙向逆變器整流和逆變效率；

蓄電池充放電功率約束

其中，pbc,max和pbd,max分別為蓄電池所允許的最大充電和放電功率(均為正，kw)。

蓄電池荷電狀態(tài)約束

socmin≤soci′≤socmaxi＝1,2,…,sw(8)

其中，soci′為滾動窗口i末蓄電池荷電狀態(tài)；socmin和socmax分別為蓄電池所允許的最小和最大荷電狀態(tài)；

與電網(wǎng)交互功率約束

其中，pgs,max和pgp,max分別為所允許的最大購電和售電功率(均為正，kw)；0-1變量約束

其中，λi＝1表示蓄電池處于充電狀態(tài)，否則表示蓄電池處于放電狀態(tài)；δi＝1表示智能微電網(wǎng)與電網(wǎng)之間的功率交互處于售電狀態(tài)，否則表示智能微電網(wǎng)與電網(wǎng)之間的功率交互處于購電狀態(tài)；

蓄電池荷電狀態(tài)更新約束

socinitial＝socn-1(11)

其中，socinitial為蓄電池荷電狀態(tài)初始值；socn-1為時段(n-1)末蓄電池荷電狀態(tài)。

四、上述基于滾動優(yōu)化框架的運行優(yōu)化方法如下：

基于滾動優(yōu)化方法，采用基于滾動優(yōu)化框架的運行優(yōu)化方法對模型進行求解，該方法考慮優(yōu)化窗口和執(zhí)行窗口，每次對優(yōu)化窗口求解，并將優(yōu)化結(jié)果應用到執(zhí)行窗口，不斷迭代，直到到達整個優(yōu)化周期的最后，最終得到整個問題的解，圖5為基于事件的智能微電網(wǎng)滾動優(yōu)化運行優(yōu)化模型求解示意圖。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護范圍之內(nèi)。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術(shù)人員應該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎上，本領域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。