技术领域
[0001] 本
发明涉及电
力调度技术领域，尤其涉及一种微网优化调度方法、系统以及设备。
背景技术
[0002] 微网的优化调度是指在一定的控制策略下，以微
电网运行经济性、环保性或
电能质量等最优为优化目标，通过优化分配微电网中的各分布式电源及储能装置的输出功率以满足负荷需求和保证微电网安全稳定运行。微电网往往需要高额的初始投资，目前微电网的建设维护成本居高不下，而有关分布式发电以及微网相关设备特别是针对储能的补贴尚未出台，储能系统成本占到整个微电网控制系统成本的1/3。由于储能成本仍然较高，对储能的过度充放电会影响储能的使用寿命，从而导致提前更换设备，增加了微网的运行成本，因此选择合理的储能充放电策略是微网优化调度的关键。在微网的优化调度中，针对储能系统的调度是优化决策的难点。然而，目前对包含储能系统的微电网研究中并没有考虑储能
循环寿命损耗的问题。
[0003] 综上所述，
现有技术对包含储能系统的微电网研究中，存在着没有考虑储能循环寿命损耗的技术问题。
发明内容
[0004] 本发明提供了一种微网优化调度方法、系统以及设备，解决了现有技术对包含储能系统的微电网研究中，存在着没有考虑储能循环寿命损耗的技术问题。
[0005] 本发明提供的一种微网优化调度方法，包括以下步骤：
[0006] 步骤S1：获取微网中的电网参数；
[0007] 步骤S2：根据电网参数以及微网的系统约束条件，建立不考虑电储能循环寿命的微网经济调度模型MO；
[0008] 步骤S3：求解不考虑电储能循环寿命的微网经济调度模型MO，得到预期的储能充放电功率曲线；
[0009] 步骤S4：根据预期的储能充放电功率曲线建立线性化的储能循环损耗模型；
[0010] 步骤S5：将线性化的储能循环损耗模型代入不考虑电储能循环寿命的微网经济调度模型MO中，得到考虑储能循环损耗成本的微网经济调度模型M1；
[0011] 步骤S6：求解考虑储能循环损耗成本的微网经济调度模型M1，得到考虑储能循环寿命的微网优化调度决策。
[0012] 优选的，步骤S1中电网参数包括：包括
光伏发电运行参数、
风电等分布式发电运行参数、可调度机组运行参数、储能运行参数、微网内部负荷预测值以及现货市场的电价。
[0013] 优选的，获取可调度机组运行参数的具体步骤如下：
[0014] 设微网中有NG台可调度发
电机组，采用统一的等值建模方式，设发电成本为二次函数形式，公式如下：
[0015]
[0016] 其中，an，bn，cn分别为第n台机组的发电成本系数，n＝1,2,...,NG， 为第n台机组的发电功率， 满足以下约束条件，
[0017]
[0018]
[0019] 其中 为第n台机组的额定功率， 与 为分别为最大向上和最大向下爬坡速率，Δt为时间间隔。
[0020] 优选的，获取储能运行参数的具体步骤如下：
[0021] 设储能的初始
荷电状态水平为 t时刻的荷电状态水平为 t＝1,2,...,T，储能的总容量为EBS，最大充放电功率为 充放电转换效率分别为ηch与ηdis，储能的荷电状态变化方程为：
[0022]
[0023] 其中， 与 分别为t时刻的充电功率以及放电功率，且满足以下约束条件：
[0024]
[0025]
[0026] 荷电状态满足以下约束条件：
[0027]
[0028] 其中， 与 分别为最大和最小荷电状态值。
[0029] 优选的，设现货市场电价为 t＝1,2,...,T；当微网净负荷超过0时，按现货市场出清价格计算购电
费用。
[0030] 优选的，步骤S2中，微网的系统约束条件为负荷平衡约束条件。
[0031] 优选的，步骤S3中，通过求解不考虑电储能循环寿命的微网经济调度模型MO，得到一组预期的储能充放电功率曲线；
[0032] 预期的储能充放电功率曲线为 t＝1,2,...,T；
[0033] 其中， 与 分别为不考虑电储能循环寿命的微网经济调度模型MO充电功率的最优决策以及放电功率的最优决策。
[0034] 优选的，步骤S4包括以下步骤：
[0035] 步骤S401：求解储能等效循环次数；
[0036] 步骤S402：根据预期的储能充放电功率曲线以及储能等效循环次数建立循环损耗成本函数；
[0037] 步骤S403：基于循环损耗成本函数建立线性化的储能循环损耗模型。
[0038] 一种微网优化调度系统，包括电网参数获取模
块、不考虑电储能循环寿命的微网经济调度模型模块、线性化的储能循环损耗模型模块以及考虑储能循环损耗成本的微网经济调度模型模块；
[0039] 所述电网参数获取模块用于获取微网中的电网参数；
[0040] 所述不考虑电储能循环寿命的微网经济调度模型模块用于构建不考虑电储能循环寿命的微网经济调度模型并进行求解；
[0041] 所述线性化的储能循环损耗模型模块用于构建线性化的储能循环损耗模型并进行求解；
[0042] 所述考虑储能循环损耗成本的微网经济调度模型模块用于构建考虑储能循环损耗成本的微网经济调度模型并进行求解。
[0043] 一种微网优化调度设备，所述设备包括处理器以及
存储器；
[0044] 所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
[0045] 所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行上述的微网优化调度方法。
[0046] 从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
[0047] 本发明
实施例通过预期的储能充放电功率曲线建立线性化的储能循环损耗模型，从而使得在对微网的优化调度过程中考虑储能循环寿命损耗，能够让微网运营商避免采取过度充放电的微网运行策略，本发明能够对微网的优化运行计划提供依据和参考，具有实际的指导意义。
[0048] 本发明的另一个实施例具有以下优点：
[0049] 本发明实施例提供的微网优化调度方法由于考虑了储能循环寿命损耗，提高了储能系统的运行寿命，能够帮助微网投资运营商降低运行成本，提高运行收益，同时本发明提供的实施例大大简化了储能循环损耗的计算，降低了模型的非线性度，使得模型可通过Cplex等高效的商业线性规划求解器求解，同时对模型
精度的损失很小。
附图说明
[0050] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0051] 图1为本发明提供的一种微网优化调度方法、系统以及设备的方法
流程图。
[0052] 图2为本发明提供的一种微网优化调度方法、系统以及设备的储能荷电状态变化曲线图。
具体实施方式
[0053] 本发明实施例提供了一种微网优化调度方法、系统以及设备，用于解决现有技术对包含储能系统的微电网研究中，存在着没有考虑储能循环寿命损耗的技术问题。
[0054] 为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0055] 本发明实施例的目的是为微网运营商提供一种微网优化调度方法。微网的优化调度是指在满足系统的各约束条件的前提下，使得总运行成本最小化的微网电源
能量管理和经济调度方法。微网中包含风电、光伏等不可控发电资源、可调度机组以及
电池储能设备。本发明通过对不同电源设备的运行参数建模，以总发电成本最小化为目标建立微网的日前计划调度策略优化模型，以期得到各电源的发电计划分解曲线。
[0056] 对于储能循环损耗的建模过程，其难点在于需要在确认荷电状态变化曲线后通过选取局部极值点来辨识每个循环，适用于事后评估寿命损耗情况。然而在微网的优化调度决策模型中，由于模型的决策变量会影响储能的运行策略(储能的充放电功率)，进而改变荷电状态变化曲线和局部极值点，对于任何一套可行的微网优化调度策略，都必须重新搜索荷电状态极值点、辨识每个半循环，以计算循环寿命损耗。
[0057] 目前，对包含储能系统的微电网优化调度问题，国内外学者已做了一些相关的研究。有文献对不同策略下含储能系统的微网优化配置展开了研究，并给出了各策略的微网优化方案。有文献基于不同的运行模式，分析了分布式发电和储能装置的基本出力特性，按经济最优原则制定了运行方案，但以上文献并没有涉及储能的损耗问题。频繁地充放电使得储能寿命相对较短，因此在微网经济运行中需要计及储能的损耗费用。有文献在微网调度中以恒定损耗系数描述储能损耗费用，没有考虑荷电状态(SOC)对损耗成本的影响；有文献计及储能充放电深度对充放电循环次数的影响，通过累积储能充放电损耗来确定一个调度周期内储能的损耗成本，但不同SOC下充放电相同深度带来的损耗并不相同，呈现高度非线性特征。由于储能的运行特性会对微网的经济运行产生巨大影响，因此须采用较为精确且实用的储能损耗模型，然而总的来说，在现有的微网优化调度研究中，针对储能循环寿命损耗的精确建模方法还不多见。
[0058] 针对储能循环损耗函数的高度非线性特征，如何处理决策变量、荷电状态变化曲线的极值点以及循环寿命损耗这三者的耦合关系是本发明实施例的重点。本发明实施例首先通过不考虑电储能循环寿命的微网经济调度模型得到初始的储能充放电功率曲线以及荷电状态曲线，然后通过对包含决策变量的函数在初始值附近进行线性化近似，大大简化了储能循环损耗的计算，降低了模型的非线性度，使得模型可通过Cplex等高效的商业线性规划求解器求解，同时对模型精度的损失很小。
[0059] 请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种微网优化调度方法的方法流程图。
[0060] 如图1所示，本发明提供的一种微网优化调度方法，包括以下步骤：
[0061] 步骤S1：获取微网中的电网参数；
[0062] 步骤S2：根据电网参数以及微网的系统约束条件，建立不考虑电储能循环寿命的微网经济调度模型MO；
[0063] 步骤S3：求解不考虑电储能循环寿命的微网经济调度模型MO，得到预期的储能充放电功率曲线；
[0064] 步骤S4：根据预期的储能充放电功率曲线建立线性化的储能循环损耗模型；
[0065] 步骤S5：将线性化的储能循环损耗模型代入不考虑电储能循环寿命的微网经济调度模型MO中，得到考虑储能循环损耗成本的微网经济调度模型M1；
[0066] 步骤S6：求解考虑储能循环损耗成本的微网经济调度模型M1，得到考虑储能循环寿命的微网优化调度决策。
[0067] 作为一个优选的实施例，步骤S1中电网参数包括：包括光伏发电运行参数、风电等分布式发电运行参数、可调度机组运行参数、储能运行参数、微网内部负荷预测值以及现货市场的电价。
[0068] 光伏与风电为不可控发电资源，原则上要求全部消纳，当超过微网最大消纳能力时可以切断一部分出力。设光伏设备的最大出力为 光伏的预测出力为 t＝1,2,...,T，光伏的上网标杆电价为 光伏“弃光”的惩罚成本为
[0069] 设风电设备的最大出力为 风电的预测出力为 t＝1,2,...,T，风电的上网标杆电价为 风电“弃风”的惩罚成本为
[0070] 微网负荷为不可控负荷，设微网负荷的预测值为 t＝1,2,...,T。
[0071] 作为一个优选的实施例，获取可调度机组运行参数的具体步骤如下：
[0072] 设微网中有NG台可调度
发电机组，采用统一的等值建模方式，设发电成本为二次函数形式，公式如下：
[0073]
[0074] 其中，an，bn，cn分别为第n台机组的发电成本系数，n＝1,2,...,NG， 为第n台机组的发电功率， 满足以下约束条件，
[0075]
[0076]
[0077] 其中 为第n台机组的额定功率， 与 为分别为最大向上和最大向下爬坡速率，Δt为时间间隔。
[0078] 作为一个优选的实施例，获取储能运行参数的具体步骤如下：
[0079] 设储能的初始荷电状态水平为 t时刻的荷电状态水平为 t＝1,2,...,T，储能的总容量为EBS，最大充放电功率为 充放电转换效率分别为ηch与ηdis，储能充电时相当于负荷，实时功率为负，储能储存的能量增大；当储能放电时候相当于发电设备，实时功率为正，储能储存的能量减小。储能的荷电状态变化方程为：
[0080]
[0081] 其中， 与 分别为t时刻的充电功率以及放电功率，且满足以下约束条件：
[0082]
[0083]
[0084] 荷电状态满足以下约束条件：
[0085]
[0086] 其中， 与 分别为最大和最小荷电状态值。
[0087] 作为一个优选的实施例，设现货市场电价为 t＝1,2,...,T；当微网净负荷超过0时，按现货市场出清价格计算购电费用。
[0088] 作为一个优选的实施例，步骤S2中，微网的系统约束条件为负荷平衡约束条件，微网通过与主网联络点(PCC)的电能交换保持自身负荷平衡，设微网对主网的输入功率和输出功率分别为 与
[0089] 则微网必须满足负荷平衡条件：
[0090]
[0091] 其中， 为风电发电功率， 为光伏发电功率、 为储能放电功率， 为储能充电功率， 与 不能超过联络点的最大交换功率 且不得同时为0，故满足以下约束条件：
[0092]
[0093]
[0094] 其中αt为0-1变量。
[0095] 通过联立以上条件，得到不考虑电储能循环寿命的微网经济调度模型MO如下：
[0096]
[0097]
[0098]
[0099]
[0100]
[0101]
[0102]
[0103] 作为一个优选的实施例，步骤S3中，通过不考虑电储能循环寿命的微网经济调度模型MO，得到一组预期的储能充放电功率曲线；
[0104] 预期的储能充放电功率曲线为 t＝1,2,...,T；荷电状态曲线为其中， 与 分别为不考虑电储能循环寿命的微网经济调度模型MO充电功率的最优决策以及放电功率的最优决策。
[0105] 作为一个优选的实施例，步骤S4包括以下步骤：
[0106] 步骤S401：求解储能等效循环次数；
[0107] 在电池储能的运行调度中，需要考虑充放电深度(depth of discharge,DOD)对电池储能的循环寿命和效率的影响，并建立储能的循环损耗模型。循环寿命取决于电池的循环策略。电池充放电越频繁，充放电深度越深，老化越快，循环寿命越短，对于充放电深度不变的循环方式，电池的循环寿命Tcycle如下式：
[0108]
[0109] 其中 是使新电池失效的充放电深度为d的循环次数，表示为基于电池生产商的实验数据通过拟合方法得到； 是每天充放电深度
为d的循环次数；Nday代表储能设备一年的运行天数。
[0110] 电池循环寿命损失(以总成本的百分比计)如下式，nd是充放电深度为d的循环次数；
[0111]
[0112] 考虑到幂函数描述不同种类的电池寿命的广泛适用性，定义Nf(d)为放电深度d的幂函数，如下式：
[0113]
[0114] 其中是kP常数，通常取值为0.8-2.1； 是满循环(即d＝100％)的失效次数，由储能设备商通过产品测试得到。
[0115] 因此，通过对
蓄电池充放电过程的计量，可以得到蓄电池的循环寿命以及每次充放电过程的损耗成本，每日的等效满循环次数为：
[0116]
[0117] 步骤S402：根据预期的储能充放电功率曲线以及储能等效循环次数建立循环损耗成本函数；
[0118] 根据预期的储能充放电功率曲线，得到荷电状态曲线 如图2所示，在荷电状态曲线 每两相邻的局部极值点之间，储能电池完成了一次半循环，可得每个半循环的充放电深度如下：
[0119]
[0120] 其中 为荷电状态曲线 第k个局部极值点的值。
[0121] 因此，可得荷电状态曲线 对应的循环损耗 为：
[0122]
[0123] 其中，C为局部极值点的集合，cBS为储能的投资成本。
[0124] 步骤S403：基于循环损耗成本函数建立线性化的储能循环损耗模型。
[0125] 假设考虑循环损耗后的储能荷电状态曲线为 通过对 进行泰勒多项式展开可得到在 附近的一次形式，公式如下：
[0126]
[0127] 其中， 为常数。
[0128] 因此，线性化的储能循环损耗模型表示为
[0129]
[0130] 作为一个优选的实施例，在步骤S5中，为了保持核电状态水平曲线 在优化后极值点
位置分布不发生改变，需要对 设置以下约束条件：
[0131]
[0132] 即 当 时 ，要 保 证 反 之 当 时 ，
[0133] 综合以上，得到考虑储能循环损耗成本的微网经济调度模型M1如下：
[0134]
[0135]
[0136]
[0137]
[0138]
[0139]
[0140]
[0141]
[0142] 以上模型为混合整数线性规划(MILP)问题，对M1求解即可得到微网的优化调度策略，包括储能以及各发电单元的发电计划分解曲线。
[0143] 一种微网优化调度系统，包括电网参数获取模块、不考虑电储能循环寿命的微网经济调度模型模块、线性化的储能循环损耗模型模块以及考虑储能循环损耗成本的微网经济调度模型模块；
[0144] 所述电网参数获取模块用于获取微网中的电网参数；
[0145] 所述不考虑电储能循环寿命的微网经济调度模型模块用于构建不考虑电储能循环寿命的微网经济调度模型并进行求解；
[0146] 所述线性化的储能循环损耗模型模块用于构建线性化的储能循环损耗模型并进行求解；
[0147] 所述考虑储能循环损耗成本的微网经济调度模型模块用于构建考虑储能循环损耗成本的微网经济调度模型并进行求解。
[0148] 一种微网优化调度设备，所述设备包括处理器以及存储器；
[0149] 所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
[0150] 所述处理器用于根据所述程序代码中的指令上述的微网优化调度方法。
[0151] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0152] 在本
申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些
接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0153] 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0154] 另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用
硬件的形式实现，也可以采用
软件功能单元的形式实现。
[0155] 所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，
服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动
硬盘、
只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、
随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0156] 以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
