本發(fā)明涉及交流微電網(wǎng)能量管理優(yōu)化方法，具體是一種多時(shí)間尺度微電網(wǎng)能量管理優(yōu)化調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

微電網(wǎng)既能高效率解決分布式電源的大規(guī)模分散接入問題，也可作為傳統(tǒng)電網(wǎng)的有益補(bǔ)充，是使分布式發(fā)電成為傳統(tǒng)電網(wǎng)可接納利用能源的有效載體。微電網(wǎng)中各分布式電源有著各自運(yùn)行優(yōu)缺點(diǎn)，其相互間協(xié)調(diào)與配合方式引發(fā)了對微電網(wǎng)能量管理及優(yōu)化的廣泛研究，即在功率平衡前提下，進(jìn)行分布式電源(DER)、儲能與負(fù)荷之間的功率優(yōu)化調(diào)度，使微電網(wǎng)最優(yōu)化運(yùn)行。

對于微電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行，現(xiàn)有研究存在對微電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)考慮不全面、對微電網(wǎng)各運(yùn)行狀態(tài)下的控制策略不夠詳盡、對運(yùn)行成本計(jì)算準(zhǔn)確性不足等問題。有關(guān)學(xué)者提出一種分時(shí)段電價(jià)機(jī)制下的微電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)度方案，但未將谷電價(jià)與平電價(jià)時(shí)段完全分開，而且各時(shí)段控制策略過于簡略。為了考慮需求側(cè)響應(yīng)，有關(guān)學(xué)者將微電網(wǎng)內(nèi)的負(fù)荷分3類，以停電損失和總運(yùn)行成本最小為目標(biāo)建立了獨(dú)立微電網(wǎng)能量管理模型，但是未考慮可中斷負(fù)荷的中斷時(shí)長限制。有關(guān)學(xué)者提出使用吞吐量法來估算蓄電池的運(yùn)行壽命損耗，蓄電池壽命損耗等于固定時(shí)段內(nèi)的有效累積吞吐量與總循環(huán)壽命累積吞吐量的比值，但對于總循環(huán)壽命的累計(jì)吞吐量計(jì)算上采用估算值處理，結(jié)果不夠準(zhǔn)確。此外，現(xiàn)有多時(shí)間尺度微電網(wǎng)能量管理的研究未考慮日內(nèi)調(diào)度階段的附加成本，不便于準(zhǔn)確計(jì)算日前和日內(nèi)總運(yùn)行成本。因此，一種全面考慮微電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、各運(yùn)行狀態(tài)下控制策略準(zhǔn)確詳盡且能準(zhǔn)確計(jì)算運(yùn)行成本的微電網(wǎng)能量管理優(yōu)化調(diào)度方法亟待建立。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決微電網(wǎng)中各分布式單元協(xié)調(diào)配合的問題，兼顧微電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與可靠性，針對現(xiàn)有研究存在的對微電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)考慮不全面、對微電網(wǎng)各運(yùn)行狀態(tài)下的控制策略不夠詳盡、對運(yùn)行成本計(jì)算準(zhǔn)確性不足等問題，建立了一種多時(shí)間尺度微電網(wǎng)能量管理優(yōu)化調(diào)度方法。

本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：多時(shí)間尺度微電網(wǎng)能量管理優(yōu)化調(diào)度方法，所述微電網(wǎng)交流母線通過靜態(tài)開關(guān)與大電網(wǎng)相連，交流母線引出三條饋線，第一饋線和第二饋線上超級電容、鋰電池和燃料電池分別通過DC/DC變換器和DC/AC逆變器接入，第三饋線上光伏發(fā)電系統(tǒng)通過DC/AC逆變器接入，三條饋線上都接有負(fù)荷，所述負(fù)荷分為可中斷負(fù)荷和固定負(fù)荷；該管理優(yōu)化調(diào)度方法是由如下步驟實(shí)現(xiàn)的：

一.日前經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度階段：

(1)日前經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度過程中，按小時(shí)分段，將1天分為24時(shí)段，假設(shè)每一時(shí)段中各分布式單元的功率輸出和/或吸收為定值；

(2)預(yù)測未來一天各時(shí)段的光伏發(fā)電功率以及固定負(fù)荷、可中斷負(fù)荷的波動(dòng)情況；

(3)查詢鋰電池的額定容量和初始狀態(tài)SOC值；

(4)分布式單元數(shù)學(xué)模型的建立：

a.燃料電池的運(yùn)行維護(hù)成本

燃料電池的發(fā)電成本C_Fi(P_Fi(t))與燃?xì)獾膬r(jià)格C_FC、燃?xì)獾牡蜔嶂礚HV_FC、燃料電池的效率η_FC、燃料電池發(fā)電功率P_Fi(t)有關(guān)，其運(yùn)行成本可表示為：

燃料電池的維護(hù)成本與燃料電池發(fā)電功率P_Fi(t)成正比，其維護(hù)成本C_OMFi(P_Fi(t))可表示為：

C_OMFi(P_Fi(t))＝K_OMFC·P_Fi(t)·Δt (2)

其中，K_OMFC表示燃料電池維護(hù)成本系數(shù)；

b.鋰電池的運(yùn)行維護(hù)成本

將鋰電池的充電損耗和放電損耗按近似相同考慮，得鋰電池放電深度如下式所示：

其中，I_ch(t)為0-1整數(shù)變量，取1時(shí)表示鋰電池在t時(shí)段處于充電狀態(tài)；I_dis(t)為0-1整數(shù)變量，取1時(shí)表示鋰電池在t時(shí)段處于放電狀態(tài)；P_ch(t)表示t時(shí)段內(nèi)鋰電池充電功率，P_dis(t)表示t時(shí)段內(nèi)鋰電池放電功率；D_od(t)表示鋰電池在t時(shí)段的放電深度，E_LB表示鋰電池額定容量；

鋰電池的運(yùn)行壽命與放電深度之間的關(guān)系擬合成如下公式：

N_life(t)＝-3278·D_od(t)⁴-5·D_od(t)³+12823·D_od(t)²-14122·D_od(t)+5112 (4)

其中，N_life(t)表示t時(shí)段鋰電池在放電深度D_od(t)下的循環(huán)壽命；

考慮鋰電池循環(huán)壽命的運(yùn)行成本函數(shù)如下式所示：

其中，C_B(t)表示t時(shí)段內(nèi)鋰電池的運(yùn)行成本，C_inv表示鋰電池的初始投資費(fèi)用；

鋰電池的維護(hù)成本與鋰電池的充放電功率的絕對值成正比，如下式所示：

C_OMB(t)＝K_OMB·|I_ch(t)·P_ch(t)+I_dis(t)·P_dis(t)|·Δt (6)

其中，C_OMB(t)表示t時(shí)段內(nèi)鋰電池的維護(hù)成本，K_OMB表示鋰電池的維護(hù)成本系數(shù)；

(5)建立微電網(wǎng)總運(yùn)行成本最低目標(biāo)函數(shù)min F：

其中，n表示微電網(wǎng)中燃料電池?cái)?shù)量，P_Fi(t)表示燃料電池i在時(shí)段t內(nèi)發(fā)出的功率，C_Fi(P_Fi(t))表示燃料電池i在時(shí)段t內(nèi)的運(yùn)行成本，C_OMFi(P_Fi(t))表示燃料電池i在時(shí)段t內(nèi)的維護(hù)成本；m表示微電網(wǎng)中鋰電池?cái)?shù)量，C_Bj(t)表示鋰電池j在時(shí)段t內(nèi)的壽命周期運(yùn)行成本，C_OMBj(t)表示鋰電池j在時(shí)段t內(nèi)的維護(hù)成本；h表示微電網(wǎng)中可中斷負(fù)荷的數(shù)量，I_lk(t)為0-1整數(shù)變量，為0時(shí)表示可中斷負(fù)荷k在t時(shí)段內(nèi)切除，為1時(shí)表示可中斷負(fù)荷k在時(shí)段t內(nèi)運(yùn)行，C_lk表示可中斷負(fù)荷k單位時(shí)段內(nèi)的中斷補(bǔ)償金額，各可中斷負(fù)荷的中斷補(bǔ)償價(jià)格因負(fù)荷的重要程度而異，P_lk(t)表示可中斷負(fù)荷k在時(shí)段t內(nèi)的功率大小，Δt表示單位時(shí)間段，本發(fā)明中取為1小時(shí)；I_Pgrid(t)與I_Sgrid(t)為0-1整數(shù)變量，其組合表示微電網(wǎng)向大電網(wǎng)購售電情況；C_P(t)表示t時(shí)段購電價(jià)，C_S(t)表示t時(shí)段售電價(jià)，考慮售電和購電價(jià)格各分為峰谷平3個(gè)時(shí)段；P_Pgrid(t)表示t時(shí)段購電功率，P_Sgrid(t)表示t時(shí)段售電功率；

(6)為保證微電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行，微電網(wǎng)中各單元在每個(gè)時(shí)段中均需滿足一定的等式約束或不等式約束條件，包括：

a.微電網(wǎng)中功率平衡等式約束：

其中，P_pv(t)表示步驟(2)日前預(yù)測在時(shí)段t內(nèi)光伏發(fā)出的功率，P_lc(t)表示日前預(yù)測在時(shí)段t內(nèi)的固定負(fù)荷功率；

b.燃料電池應(yīng)滿足t時(shí)段輸出功率在一定范圍：

P_FCmin≤P_Fi(t)≤P_FCmax (9)

其中，P_FCmax與P_FCmin分別表示t時(shí)段內(nèi)燃料電池輸出功率的上下限；

c.鋰電池運(yùn)行約束：

鋰電池荷電狀態(tài)SOC(t)在t時(shí)段內(nèi)的表達(dá)式如下式所示：

其中，E_LB(t)表示在t時(shí)段內(nèi)鋰電池的剩余容量；

鋰電池荷電狀態(tài)約束為：

SOC_min≤SOC(t)≤SOC_max (11)

其中，SOC_max與SOC_min分別表示荷電狀態(tài)的上下限；

在t時(shí)段時(shí)單個(gè)鋰電池的剩余容量E_LB(t)可表示為：

其中，γ表示鋰電池的充放電效率，E_LB(0)表示鋰電池初始剩余容量；

為了方便日前周期性調(diào)度，鋰電池每日的始末剩余容量或荷電狀態(tài)需保持一致：

E_LB(0)＝E_LB(24) (13)

同一時(shí)段t內(nèi)，鋰電池或者處于充電狀態(tài)，或者處于放電狀態(tài)，故其運(yùn)行狀態(tài)需滿足如下約束：

I_ch(t)+I_dis(t)≤1 (14)

此外，每時(shí)段t內(nèi)鋰電池考慮實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的充放電功率需滿足下式約束:

0≤P_dis(t)≤min(P_dismax,γ·(E_LB(t-1)-SOC_min·E_LB)) (16)

其中P_chmax與P_dismax分別表示鋰電池充放電功率限值；

d.聯(lián)絡(luò)線交互功率約束：

同一時(shí)段t內(nèi)，或者處于購電狀態(tài)，或者處于售電狀態(tài)，故聯(lián)絡(luò)線交互功率需滿足下式約束：

I_Pgrid(t)+I_Sgrid(t)≤1 (17)

此外，每時(shí)段t內(nèi)需滿足交互功率上下限約束如下：

P_Pgridmin≤P_Pgrid(t)≤P_Pgridmax (18)

P_Sgridmin≤P_Sgrid(t)≤P_Sgridmax (19)

P_Pgridmin和P_Pgridmax分別表示聯(lián)絡(luò)線購電功率限值；P_Sgridmin和P_Sgridmax分別表示聯(lián)絡(luò)線售電功率限值；

e.可中斷負(fù)荷約束：

各可中斷負(fù)荷根據(jù)其重要程度不同，有著不同的每日最大中斷時(shí)長，其一天內(nèi)可中斷時(shí)長約束如下：

其中，T_lk表示可中斷負(fù)荷k在一天內(nèi)可中斷最大時(shí)長，中斷時(shí)長視負(fù)荷重要程度而定，具體取值依照負(fù)荷長期工作的統(tǒng)計(jì)結(jié)果；

(7)根據(jù)建立的模型(1)－(20)求解出：未來一天各時(shí)段可中斷負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)I_lk(t)、聯(lián)絡(luò)線交互功率I_Sgrid(t)·P_Sgrid(t)和I_Pgrid(t)·P_Pgrid(t)、燃料電池發(fā)電功率P_Fi(t)、鋰電池充放電功率I_dis(t)·P_dis(t)和I_ch(t)·P_ch(t)、鋰電池SOC值SOC(t)；

二.日內(nèi)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度階段：

(1)日內(nèi)調(diào)度計(jì)劃中，以15分鐘作為單位時(shí)段，將全天分為96個(gè)時(shí)段，并按照峰、谷、平時(shí)段劃分策略；

(2)超短期預(yù)測日內(nèi)各時(shí)段的光伏發(fā)電功率以及固定負(fù)荷波動(dòng)情況；

(3)在每一時(shí)段，根據(jù)日前預(yù)測與日內(nèi)超短期預(yù)測光伏、負(fù)荷功率的差異，計(jì)算出微電網(wǎng)波動(dòng)功率ΔP(t)，ΔP(t)＞0表示負(fù)荷功率大于光伏發(fā)出功率，ΔP(t)≤0情況相反：

ΔP(t)＝P_lcn(t)-P_lc(t)-(P_pvn(t)-P_pv(t)) (21)

其中，P_lcn(t)表示t時(shí)段超短期預(yù)測固定負(fù)荷功率，P_lc(t)表示t時(shí)段日前預(yù)測固定負(fù)荷功率，P_pvn(t)表示t時(shí)段超短期預(yù)測光伏發(fā)電功率，P_pv(t)表示t時(shí)段日前預(yù)測光伏發(fā)電功率；

(4)日內(nèi)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度流程：結(jié)合分時(shí)電價(jià)與燃料電池發(fā)電成本，分別制定出不同時(shí)段的調(diào)度策略，在峰平谷時(shí)段內(nèi)根據(jù)微電網(wǎng)波動(dòng)功率ΔP(t)和實(shí)時(shí)采集到的微電網(wǎng)內(nèi)分布式單元的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，根據(jù)以下a、b和c的控制策略分別得出每時(shí)段超級電容充放電功率、超級電容SOC值、燃料電池與聯(lián)絡(luò)線交互功率針對功率波動(dòng)進(jìn)行的補(bǔ)償功率；將以上求得的可控分布式單元修正結(jié)果與日前經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度求得的可控分布式單元運(yùn)行計(jì)算值進(jìn)行線性疊加，作為可控分布式單元出力安排的參考值，并以此對可控分布式單元進(jìn)行控制指令的發(fā)送；一個(gè)時(shí)段執(zhí)行完后進(jìn)行下一個(gè)時(shí)段，直到96個(gè)時(shí)段完成則進(jìn)入下一天的控制，從0時(shí)刻再開始；

a.在峰電價(jià)時(shí)段，從附加成本最低的角度出發(fā)，當(dāng)ΔP(t)＞0時(shí)，優(yōu)先讓超級電容放電，若超級電容剩余容量不足，則使用燃料電池發(fā)電，若燃料電池功率仍然不足，則從大電網(wǎng)購電以平抑功率波動(dòng)；當(dāng)ΔP(t)≤0時(shí)，優(yōu)先向大電網(wǎng)售電，若未達(dá)到交互功率限值，則將超級電容存儲電量向大電網(wǎng)售電；若超過限值仍存在功率剩余，則結(jié)合超級電容的SOC上限值考慮是否充電；

b.在平電價(jià)時(shí)段，當(dāng)燃料成本介于該時(shí)段購售電價(jià)之間時(shí)，當(dāng)ΔP(t)＞0時(shí)，優(yōu)先安排燃料電池發(fā)電，然后依次調(diào)用超級電容放電、向大電網(wǎng)購電；當(dāng)ΔP(t)≤0時(shí)，優(yōu)先給超級電容充電，然后才考慮向大電網(wǎng)售電；當(dāng)燃料成本高于該時(shí)段購售電價(jià)格時(shí)，當(dāng)ΔP(t)＞0時(shí)，按照超級電容放電、向大電網(wǎng)購電和燃料電池發(fā)電的優(yōu)先級順序安排運(yùn)行；當(dāng)ΔP(t)≤0時(shí)，優(yōu)先給超級電容充電，然后才考慮向大電網(wǎng)售電；當(dāng)燃料成本低于該時(shí)段購售電價(jià)格時(shí)，當(dāng)ΔP(t)＞0時(shí)，優(yōu)先安排燃料電池發(fā)電，然后依次調(diào)用超級電容放電、向大電網(wǎng)購電；當(dāng)ΔP(t)≤0時(shí)，優(yōu)先給超級電容充電，然后才考慮向大電網(wǎng)售電；

c.在谷電價(jià)時(shí)段，當(dāng)ΔP(t)＞0時(shí)，優(yōu)先從大電網(wǎng)購電，然后結(jié)合超級電容的SOC決定是否繼續(xù)購電來給超級電容充電；當(dāng)ΔP(t)≤0時(shí)，根據(jù)超級電容的SOC值優(yōu)先給超級電容充電。

本發(fā)明對比于現(xiàn)有研究所具有的有益效果如下：

(1)在日前經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度階段，考慮峰、谷、平各時(shí)段電價(jià)，根據(jù)日前光伏與負(fù)荷預(yù)測，以包含鋰電池和燃料電池的運(yùn)行維護(hù)成本、可中斷負(fù)荷的中斷補(bǔ)償、從大電網(wǎng)購售電價(jià)格等總運(yùn)行成本為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行微電網(wǎng)內(nèi)分布式單元功率優(yōu)化分配，對微電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的處理更加全面；

(2)本發(fā)明結(jié)合現(xiàn)有鋰電池的運(yùn)行壽命與充放電深度關(guān)系等理論基礎(chǔ)，考慮鋰電池循環(huán)壽命，推導(dǎo)出了鋰電池運(yùn)行成本函數(shù)，既可以較準(zhǔn)確定量估算鋰電池的運(yùn)行成本，也自然將鋰電池運(yùn)行壽命損耗歸于目標(biāo)函數(shù)中，完成多目標(biāo)向單目標(biāo)的轉(zhuǎn)化，減少計(jì)算復(fù)雜度；

(3)日內(nèi)調(diào)度策略從經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化角度出發(fā)，通過對微電網(wǎng)向大電網(wǎng)的購售電、超級電容、燃料電池的出力配合安排，針對峰、谷、平電價(jià)時(shí)段分別建立獨(dú)立控制策略，控制策略細(xì)節(jié)更為具體、詳盡；

(4)在日內(nèi)調(diào)度階段提出了附加成本，在控制流程中每一步針對聯(lián)絡(luò)線交互功率與燃料電池的供給功率進(jìn)行了附加成本計(jì)算，可以較準(zhǔn)確地計(jì)算日前和日內(nèi)總運(yùn)行成本，便于實(shí)現(xiàn)多時(shí)間尺度優(yōu)化調(diào)度方案的結(jié)果對比；

(5)在日前階段儲能單元只使用鋰電池，并且使其充放電功率每小時(shí)內(nèi)不變，在日內(nèi)階段儲能單元只使用超級電容來平抑功率的波動(dòng)；這樣充分發(fā)揮了鋰電池能量密度大、功率密度小，而超級電容能量密度小、功率密度大的特點(diǎn)，同時(shí)減少了鋰電池的壽命損耗。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所涉及的交流微電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明所涉及的日前光伏預(yù)測曲線；

圖3是本發(fā)明所涉及的日前固定負(fù)荷預(yù)測曲線；

圖4是本發(fā)明所涉及的日前可中斷負(fù)荷預(yù)測曲線；

圖5是本發(fā)明所涉及的日前可中斷負(fù)荷運(yùn)行曲線；

圖6是本發(fā)明所涉及的日前優(yōu)化策略計(jì)算出的鋰電池SOC值曲線；

圖7是本發(fā)明所涉及的日前聯(lián)絡(luò)線交互功率、燃料電池功率、鋰電池充放電優(yōu)化結(jié)果曲線；

圖8是本發(fā)明所涉及的光伏超短期預(yù)測曲線；

圖9是本發(fā)明所涉及的日內(nèi)固定負(fù)荷預(yù)測曲線；

圖10是本發(fā)明所涉及的系統(tǒng)波動(dòng)功率曲線；

圖11是本發(fā)明所涉及的日內(nèi)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度流程；

圖12是本發(fā)明所涉及的峰電價(jià)時(shí)段控制策略；

圖中：ΔP(t)表示每時(shí)段微電網(wǎng)波動(dòng)功率，E_sc(t)表示每時(shí)段采集到的超級電容剩余容量，E_scmin和E_scmax分別是超級電容剩余容量的下限和上限值，P_fc(t)表示每時(shí)段燃料電池發(fā)電功率，P_fcmax表示燃料電池發(fā)電功率上限值，P_pgrid(t)和P_sgrid(t)分別表示每時(shí)段購售電量，P_pgridmax和P_sgridmax表示購售電功率上限值，Δt表示單位時(shí)間段取為15分鐘；

圖13是本發(fā)明所涉及的平電價(jià)時(shí)段控制策略；

圖中變量的含義同圖12注釋；

圖14是本發(fā)明所涉及的谷電價(jià)時(shí)段控制策略；

圖中變量的含義同圖12注釋；

圖15是本發(fā)明所涉及的超級電容SOC值曲線；

圖16是本發(fā)明所涉及的日內(nèi)聯(lián)絡(luò)線交互功率、燃料電池功率、鋰電池充放電曲線；

具體實(shí)施方式

參見圖1，其為本發(fā)明中的交流微電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；如圖1所示，微電網(wǎng)的交流母線通過靜態(tài)開關(guān)與大電網(wǎng)相連，380V交流母線引出三條饋線，第一饋線和第二饋線上超級電容、鋰電池和燃料電池分別通過DC/DC變換器和DC/AC逆變器接入，第三饋線上光伏發(fā)電系統(tǒng)通過DC/AC逆變器接入，L1、L2、L3和L4表示四種可中斷負(fù)荷；Lc1、Lc2和Lc3表示固定負(fù)荷；本實(shí)例中取總固定負(fù)荷功率不大于10kW；在實(shí)施例中，光伏采用額定功率為16.5kW的光伏板；燃料電池選擇天然氣燃料電池計(jì)算，其額定功率為6kW，燃?xì)鈨r(jià)格為1.81元/m³，燃?xì)獾蜔嶂等?.7，燃料電池效率取40％，燃料電池維護(hù)成本系數(shù)取0.1元/kWh；鋰電池容量為50Ah，最大充放電功率限值為25kW，運(yùn)行維護(hù)成本系數(shù)為0.0832元/kWh，初期投資成本為30000元，鋰電池的充放電效率γ為0.9；超級電容容量為16.7F，最大充放電功率限值為25kW；為了保證微電網(wǎng)盡量自給自足，較少依賴大電網(wǎng)，選擇聯(lián)絡(luò)線交互功率限值為微電網(wǎng)中分布式電源總功率的25％到30％，本實(shí)例取為6kW，峰谷平時(shí)段劃分及購售電價(jià)見表1；可中斷負(fù)荷數(shù)據(jù)見表2；

表1峰谷平時(shí)段購售電價(jià)

表2可中斷負(fù)荷數(shù)據(jù)

一.日前經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度階段：

(1)日前經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度過程中，按小時(shí)分段，將1天分為24時(shí)段，假設(shè)每一時(shí)段中各分布式單元的功率輸出和/或吸收為定值；

(2)預(yù)測未來一天各時(shí)段的光伏發(fā)電功率以及固定負(fù)荷、可中斷負(fù)荷的波動(dòng)情況，預(yù)測方法可采用多種公知的預(yù)測方法，選用沒有局限性，本實(shí)例采用之前一周光伏發(fā)電功率做線性規(guī)劃得出日前光伏預(yù)測曲線見圖2，日前固定負(fù)荷預(yù)測曲線見圖3，日前可中斷負(fù)荷預(yù)測曲線見圖4；

(3)查詢鋰電池的額定容量和初始狀態(tài)SOC值，實(shí)施例中取額定容量為26kWh，初始狀態(tài)SOC值為0.575；

(4)分布式單元數(shù)學(xué)模型的建立：

a.燃料電池的運(yùn)行維護(hù)成本

燃料電池的發(fā)電成本C_Fi(P_Fi(t))與燃?xì)獾膬r(jià)格C_FC、燃?xì)獾牡蜔嶂礚HV_FC、燃料電池的效率η_FC、燃料電池發(fā)電功率P_Fi(t)有關(guān)，其運(yùn)行成本表示為：

燃料電池的維護(hù)成本與燃料電池發(fā)電功率P_Fi(t)成正比，其維護(hù)成本C_OMFi(P_Fi(t))可表示為：

C_OMFi(P_Fi(t))＝K_OMFC·P_Fi(t)·Δt (2)

其中，K_OMFC表示燃料電池維護(hù)成本系數(shù)；

b.鋰電池的運(yùn)行維護(hù)成本

放電深度(Depth of Discharge,DOD)指鋰電池在運(yùn)行過程中，電池放出的能量占其額定容量的百分比。放電深度與鋰電池的壽命有很大關(guān)系，鋰電池放電深度越深，則運(yùn)行壽命越短，因而在鋰電池使用過程中，應(yīng)盡量避免深度充放電。本發(fā)明中將鋰電池的充電損耗和放電損耗按近似相同考慮，得鋰電池放電深度如下式所示：

其中，I_ch(t)為0-1整數(shù)變量，取1時(shí)表示鋰電池在t時(shí)段處于充電狀態(tài)；I_dis(t)為0-1整數(shù)變量，取1時(shí)表示鋰電池在t時(shí)段處于放電狀態(tài)；P_ch(t)表示t時(shí)段內(nèi)鋰電池充電功率，P_dis(t)表示t時(shí)段內(nèi)鋰電池放電功率；D_od(t)表示鋰電池在t時(shí)段的放電深度，E_LB表示鋰電池額定容量；

有關(guān)學(xué)者采用雨流(Rain Flow)計(jì)數(shù)法統(tǒng)計(jì)出鋰電池的運(yùn)行壽命與放電深度之間的關(guān)系，并將其擬合成如下公式：

N_life(t)＝-3278·D_od(t)⁴-5·D_od(t)³+12823·D_od(t)²-14122·D_od(t)+5112 (4)

其中，N_life(t)表示t時(shí)段鋰電池在放電深度D_od(t)下的循環(huán)壽命；

結(jié)合鋰電池的運(yùn)行壽命與放電深度關(guān)系、吞吐量法估算蓄電池壽命損耗等理論基礎(chǔ)，本發(fā)明推導(dǎo)出了考慮鋰電池循環(huán)壽命的運(yùn)行成本函數(shù)如下式所示：

其中，C_B(t)表示t時(shí)段內(nèi)鋰電池的運(yùn)行成本，C_inv表示鋰電池的初始投資費(fèi)用。該式既可以較準(zhǔn)確定量估算鋰電池的運(yùn)行成本，也自然將鋰電池運(yùn)行壽命損耗歸于目標(biāo)函數(shù)中，完成多目標(biāo)向單目標(biāo)的轉(zhuǎn)化，減少計(jì)算復(fù)雜度。

鋰電池的維護(hù)成本與鋰電池的充放電功率的絕對值成正比，如下式所示：

C_OMB(t)＝K_OMB·|I_ch(t)·P_ch(t)+I_dis(t)·P_dis(t)|·Δt (6)

其中，C_OMB(t)表示t時(shí)段內(nèi)鋰電池的維護(hù)成本，K_OMB表示鋰電池的維護(hù)成本系數(shù)。

(5)微電網(wǎng)的日前經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度可以歸結(jié)為混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題，建立微電網(wǎng)總運(yùn)行成本最低目標(biāo)函數(shù)min F：

其中，n表示微電網(wǎng)中燃料電池?cái)?shù)量，P_Fi(t)表示燃料電池i在時(shí)段t內(nèi)發(fā)出的功率，C_Fi(P_Fi(t))表示燃料電池i在時(shí)段t內(nèi)的運(yùn)行成本，C_OMFi(P_Fi(t))表示燃料電池i在時(shí)段t內(nèi)的維護(hù)成本；m表示微電網(wǎng)中鋰電池?cái)?shù)量，C_Bj(t)表示鋰電池j在時(shí)段t內(nèi)的壽命周期運(yùn)行成本，C_OMBj(t)表示鋰電池j在時(shí)段t內(nèi)的維護(hù)成本；h表示微電網(wǎng)中可中斷負(fù)荷的數(shù)量，I_lk(t)為0-1整數(shù)變量，為0時(shí)表示可中斷負(fù)荷k在t時(shí)段內(nèi)切除，為1時(shí)表示可中斷負(fù)荷k在時(shí)段t內(nèi)運(yùn)行，C_lk表示可中斷負(fù)荷k單位時(shí)段內(nèi)的中斷補(bǔ)償金額，各可中斷負(fù)荷的中斷補(bǔ)償價(jià)格因負(fù)荷的重要程度而異，P_lk(t)表示可中斷負(fù)荷k在時(shí)段t內(nèi)的功率大小，Δt表示單位時(shí)間段，本發(fā)明中取為1小時(shí)；I_Pgrid(t)與I_Sgrid(t)為0-1整數(shù)變量，其組合表示微電網(wǎng)向大電網(wǎng)購售電情況；C_P(t)表示t時(shí)段購電價(jià)，C_S(t)表示t時(shí)段售電價(jià)，考慮售電和購電價(jià)格各分為峰谷平3個(gè)時(shí)段；P_Pgrid(t)表示t時(shí)段購電功率，P_Sgrid(t)表示t時(shí)段售電功率。

(6)為保證微電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行，微電網(wǎng)中各單元在每個(gè)時(shí)段中均需滿足一定的等式約束或不等式約束條件，包括：

a.微電網(wǎng)中功率平衡等式約束：

其中，P_pv(t)表示步驟(2)日前預(yù)測在時(shí)段t內(nèi)光伏發(fā)出的功率，P_lc(t)表示日前預(yù)測在時(shí)段t內(nèi)的固定負(fù)荷功率；

b.燃料電池應(yīng)滿足t時(shí)段輸出功率在一定范圍：

P_FCmin≤P_Fi(t)≤P_FCmax (9)

其中，P_FCmax與P_FCmin分別表示t時(shí)段內(nèi)燃料電池輸出功率的上下限，本實(shí)例中P_FCmax為6KW,P_FCmin為零；

c.鋰電池運(yùn)行約束：

荷電狀態(tài)(State of Charge,SOC)，表示鋰電池剩余容量與它滿充電狀態(tài)時(shí)容量比值的百分?jǐn)?shù)。鋰電池荷電狀態(tài)SOC(t)在t時(shí)段內(nèi)的表達(dá)式如下式所示：

其中，E_LB(t)表示在t時(shí)段內(nèi)鋰電池的剩余容量；

鋰電池荷電狀態(tài)約束為：

SOC_min≤SOC(t)≤SOC_max (11)

其中，SOC_max與SOC_min分別表示荷電狀態(tài)的上下限，本實(shí)例中SOC_max為0.85，SOC_min為0.25；

在t時(shí)段時(shí)單個(gè)鋰電池的剩余容量E_LB(t)可表示為：

其中，γ表示鋰電池的充放電效率，本實(shí)例中為0.9，E_LB(0)表示鋰電池初始剩余容量；

為了方便日前周期性調(diào)度，鋰電池每日的始末剩余容量或荷電狀態(tài)需保持一致：

E_LB(0)＝E_LB(24) (13)

同一時(shí)段t內(nèi)，鋰電池或者處于充電狀態(tài)，或者處于放電狀態(tài)，故其運(yùn)行狀態(tài)需滿足如下約束：

I_ch(t)+I_dis(t)≤1 (14)

此外，每時(shí)段t內(nèi)鋰電池考慮實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的充放電功率需滿足下式約束:

0≤P_dis(t)≤min(P_dismax,γ·(E_LB(t-1)-SOC_min·E_LB)) (16)

其中P_chmax與P_dismax分別表示鋰電池充放電功率限值，本實(shí)施例為25KW；

d.聯(lián)絡(luò)線交互功率約束：

同一時(shí)段t內(nèi)，或者處于購電狀態(tài)，或者處于售電狀態(tài)，故聯(lián)絡(luò)線交互功率需滿足下式約束：

I_Pgrid(t)+I_Sgrid(t)≤1 (17)

此外，每時(shí)段t內(nèi)需滿足交互功率上下限約束如下：

P_Pgridmin≤P_Pgrid(t)≤P_Pgridmax (18)

P_Sgridmin≤P_Sgrid(t)≤P_Sgridmax (19)

P_Pgridmin和P_Pgridmax分別表示聯(lián)絡(luò)線購電功率限值，本實(shí)例分別為0和6KW；P_Sgridmin和P_Sgridmax分別表示聯(lián)絡(luò)線售電功率限值，本實(shí)例分別為0和6KW；

e.可中斷負(fù)荷約束：

各可中斷負(fù)荷根據(jù)其重要程度不同，有著不同的每日最大中斷時(shí)長，其一天內(nèi)可中斷時(shí)長約束如下：

其中，T_lk表示可中斷負(fù)荷k在一天內(nèi)可中斷最大時(shí)長，中斷時(shí)長視負(fù)荷重要程度而定，具體取值依照負(fù)荷長期工作的統(tǒng)計(jì)結(jié)果；

(7)根據(jù)建立的模型(1)－(20)求解出：未來一天各時(shí)段可中斷負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)I_lk(t)、聯(lián)絡(luò)線交互功率I_Sgrid(t)·P_Sgrid(t)和I_Pgrid(t)·P_Pgrid(t)、燃料電池發(fā)電功率P_Fi(t)、鋰電池充放電功率I_dis(t)·P_dis(t)和I_ch(t)·P_ch(t)、鋰電池SOC值SOC(t)，分別見圖5、圖6和圖7；日前經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度預(yù)測出的系統(tǒng)運(yùn)行總成本為90.64556元/天；

其中，圖5為可中斷負(fù)荷運(yùn)行曲線，可以看出可中斷負(fù)荷集中運(yùn)行于兩大時(shí)段：0:00～6:00時(shí)段為谷電價(jià)時(shí)段，結(jié)合圖7可知該時(shí)段微電網(wǎng)從大電網(wǎng)大量購電，支撐較重負(fù)荷運(yùn)行；在9:00～16:00時(shí)段，光照充足，光伏發(fā)電量大，可以支持較重負(fù)荷運(yùn)行。圖6為日前優(yōu)化策略計(jì)算出的鋰電池SOC值曲線，可看出其SOC值保持在0.5至0.86之間，避免了鋰電池深度充放電，減少壽命損耗，降低了運(yùn)行成本。圖7表示日前聯(lián)絡(luò)線交互功率、燃料電池功率、鋰電池充放電優(yōu)化結(jié)果曲線?？梢钥闯?，整個(gè)過程中，燃料電池發(fā)電情況穩(wěn)定。在谷電價(jià)0:00～6:00時(shí)段，微電網(wǎng)盡量從大電網(wǎng)購電，多余電量向鋰電池充電；在峰電價(jià)6:00～8:00時(shí)段，光照還不充足，向大電網(wǎng)購電量降為0，由鋰電池放電和燃料電池發(fā)電供給負(fù)荷；在峰電價(jià)9:00～11:00時(shí)段，盡量向大電網(wǎng)售電；在平電價(jià)時(shí)段，保持對鋰電池充電；在峰電價(jià)19:00～23:00時(shí)段，此時(shí)光伏發(fā)電量為零，但負(fù)荷仍較重，為了滿足負(fù)荷功率需求，在鋰電池放電和燃料電池發(fā)電情況下，仍需從大電網(wǎng)購電。

二.日內(nèi)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度階段：

(1)日內(nèi)調(diào)度計(jì)劃中，以15分鐘作為單位時(shí)段，將全天分為96個(gè)時(shí)段，并按照峰、谷、平時(shí)段劃分策略；

(2)超短期預(yù)測日內(nèi)各時(shí)段的光伏發(fā)電功率以及固定負(fù)荷波動(dòng)情況，超短期預(yù)測可采用多種公知的預(yù)測方法，選用沒有局限性，本實(shí)例采用文獻(xiàn)[1]和[2]中使用的預(yù)測方法得出超短期光伏和負(fù)荷功率預(yù)測曲線分別見圖8和圖9；

[1]鐘春霞.基于相似日選擇算法和Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的光伏輸出功率預(yù)測[J].南京工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，14(1)：42-47.

[2]張鋒，吳勁暉，張怡，胡若云.基于負(fù)荷趨勢的新型超短期負(fù)荷預(yù)測法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2014，28(19)：64-67.

(3)在每一時(shí)段，根據(jù)日前預(yù)測與日內(nèi)超短期預(yù)測光伏、負(fù)荷功率的差異，計(jì)算出微電網(wǎng)波動(dòng)功率ΔP(t)，ΔP(t)＞0表示負(fù)荷功率大于光伏發(fā)出功率，ΔP(t)≤0情況相反，見圖10；

ΔP(t)＝P_lcn(t)-P_lc(t)-(P_pvn(t)-P_pv(t)) (21)

其中，P_lcn(t)表示t時(shí)段超短期預(yù)測固定負(fù)荷功率，P_lc(t)表示t時(shí)段日前預(yù)測固定負(fù)荷功率，P_pvn(t)表示t時(shí)段超短期預(yù)測光伏發(fā)電功率，P_pv(t)表示t時(shí)段日前預(yù)測光伏發(fā)電功率；

(4)日內(nèi)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度流程：結(jié)合分時(shí)電價(jià)與燃料電池發(fā)電成本，分別制定出不同時(shí)段的調(diào)度策略，在峰平谷時(shí)段內(nèi)根據(jù)微電網(wǎng)波動(dòng)功率ΔP(t)和實(shí)時(shí)采集到的微電網(wǎng)內(nèi)分布式單元的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，根據(jù)以下a、b和c的控制策略分別得出每時(shí)段超級電容充放電功率、超級電容SOC值、燃料電池與聯(lián)絡(luò)線交互功率針對功率波動(dòng)進(jìn)行的補(bǔ)償功率；將以上求得的可控分布式單元修正結(jié)果與日前經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度求得的可控分布式單元運(yùn)行計(jì)算值進(jìn)行線性疊加，作為可控分布式單元出力安排的參考值，并以此對可控分布式單元進(jìn)行控制指令的發(fā)送；一個(gè)時(shí)段執(zhí)行完后進(jìn)行下一個(gè)時(shí)段，直到96個(gè)時(shí)段完成則進(jìn)入下一天的控制，從0時(shí)刻再開始；控制流程見圖11；

a.在峰電價(jià)時(shí)段，從附加成本最低的角度出發(fā)，當(dāng)ΔP(t)＞0時(shí)，優(yōu)先讓超級電容放電，若超級電容剩余容量不足，則使用燃料電池發(fā)電，若燃料電池功率仍然不足，則從大電網(wǎng)購電以平抑功率波動(dòng)；當(dāng)ΔP(t)≤0時(shí)，優(yōu)先向大電網(wǎng)售電，若未達(dá)到交互功率限值，則將超級電容存儲電量向大電網(wǎng)售電；若超過限值仍存在功率剩余，則結(jié)合超級電容的SOC上限值考慮是否充電；峰電價(jià)時(shí)段控制策略見圖12；

b.在平電價(jià)時(shí)段，當(dāng)燃料成本介于該時(shí)段購售電價(jià)之間時(shí)，當(dāng)ΔP(t)＞0時(shí)，優(yōu)先安排燃料電池發(fā)電，然后依次調(diào)用超級電容放電、向大電網(wǎng)購電；當(dāng)ΔP(t)≤0時(shí)，優(yōu)先給超級電容充電，然后才考慮向大電網(wǎng)售電；當(dāng)燃料成本高于該時(shí)段購售電價(jià)格時(shí)，當(dāng)ΔP(t)＞0時(shí)，按照超級電容放電、向大電網(wǎng)購電和燃料電池發(fā)電的優(yōu)先級順序安排運(yùn)行；當(dāng)ΔP(t)≤0時(shí)，優(yōu)先給超級電容充電，然后才考慮向大電網(wǎng)售電；當(dāng)燃料成本低于該時(shí)段購售電價(jià)格時(shí)，當(dāng)ΔP(t)＞0時(shí)，優(yōu)先安排燃料電池發(fā)電，然后依次調(diào)用超級電容放電、向大電網(wǎng)購電；當(dāng)ΔP(t)≤0時(shí)，優(yōu)先給超級電容充電，然后才考慮向大電網(wǎng)售電；實(shí)施例只考慮了燃料成本價(jià)格介于平電價(jià)時(shí)段購售電價(jià)之間的情況，該時(shí)段控制策略見圖13；

c.在谷電價(jià)時(shí)段，當(dāng)ΔP(t)＞0時(shí)，優(yōu)先從大電網(wǎng)購電，然后結(jié)合超級電容的SOC決定是否繼續(xù)購電來給超級電容充電。當(dāng)ΔP(t)≤0時(shí)，根據(jù)超級電容的SOC值優(yōu)先給超級電容充電；谷電價(jià)時(shí)段控制策略見圖14。

每時(shí)段超級電容充放電功率、超級電容SOC值、燃料電池與聯(lián)絡(luò)線交互功率針對功率波動(dòng)進(jìn)行的補(bǔ)償功率，結(jié)果分別見圖15和圖16；將超短期調(diào)度附加補(bǔ)償成本疊加在總運(yùn)行成本內(nèi)；在日內(nèi)調(diào)度策略中，可計(jì)算出附加成本為1.47286元/天，結(jié)合日前經(jīng)濟(jì)優(yōu)化的結(jié)果，可得出總運(yùn)行成本為92.11842元/天。

圖15為以15分鐘為單位時(shí)段超級電容的日內(nèi)SOC值曲線?？梢钥闯?，在峰電價(jià)時(shí)段，超級電容SOC值較低，在平電價(jià)時(shí)段SOC值較高，在谷電價(jià)時(shí)段基本保持最大SOC值，結(jié)果符合經(jīng)濟(jì)性要求，反映了調(diào)度策略的正確性。圖16表示日內(nèi)聯(lián)絡(luò)線交互功率、燃料電池功率、鋰電池充放電調(diào)度結(jié)果曲線。在谷電價(jià)時(shí)段，起初聯(lián)絡(luò)線交互功率為最大購電量，結(jié)合圖15當(dāng)超級電容SOC值達(dá)上限后，隨著系統(tǒng)功率波動(dòng)，微電網(wǎng)從大電網(wǎng)的購售電量起到主要調(diào)節(jié)作用；在6:00～11:00時(shí)段，起初聯(lián)絡(luò)線交互功率保持最大售電量，超級電容持續(xù)放電，結(jié)合圖15當(dāng)超級電容達(dá)SOC下限后，隨系統(tǒng)功率波動(dòng)，調(diào)節(jié)的優(yōu)先級依次為燃料電池、微電網(wǎng)從大電網(wǎng)購售電量；在平電價(jià)時(shí)段，當(dāng)功率波動(dòng)為正時(shí)，依次安排燃料電池發(fā)電、超級電容放電、向大電網(wǎng)購電，在功率波動(dòng)為負(fù)時(shí)，優(yōu)先給超級電容充電；在19:00～23:00時(shí)段，超級電容持續(xù)放電，當(dāng)其SOC值達(dá)下限時(shí)，由燃料電池負(fù)責(zé)功率供給。在整個(gè)過程中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與日內(nèi)調(diào)度策略相符。

實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的微電網(wǎng)控制策略與本發(fā)明提出的控制策略相比較，在日前階段，由于沒有建立出鋰電池運(yùn)行成本函數(shù)，為了減少鋰電池的運(yùn)行壽命損耗，只能進(jìn)行定性的控制，不夠準(zhǔn)確，不能做到最優(yōu)；在日內(nèi)階段，實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有策略對于分時(shí)電價(jià)的考慮比較粗略；在同樣設(shè)備及參數(shù)基礎(chǔ)上，通過現(xiàn)有的微電網(wǎng)控制策略得出的日前調(diào)度階段微電網(wǎng)總運(yùn)行成本為96.61948元/天，通過本發(fā)明的方法得出的日前經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度階段微電網(wǎng)總運(yùn)行成本為90.64556元/天，體現(xiàn)出本發(fā)明的方法是更好的；通過實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的日內(nèi)調(diào)度策略得出的微電網(wǎng)附加成本為3.14120元/天，通過本發(fā)明的方法得出的日內(nèi)調(diào)度階段微電網(wǎng)附加成本為1.47286元/天，這也充分體現(xiàn)出本發(fā)明的方法是更為優(yōu)化的。