本發(fā)明涉及一種微電網(wǎng)電儲(chǔ)能、冰蓄冷優(yōu)化調(diào)度方法，屬于新能源及電力需求側(cè)響應(yīng)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展及低碳技術(shù)的普及，未來小規(guī)模的新能源發(fā)電，電儲(chǔ)能裝置，冰蓄冷裝置等將會(huì)在電力用戶中得到廣泛應(yīng)用。這些技術(shù)不僅影響了原有的電網(wǎng)運(yùn)行方式，也給用戶側(cè)電能使用帶來的更多的靈活性，用戶可以響應(yīng)電網(wǎng)的價(jià)格激勵(lì)信號(hào)以改變其用電行為，即需求側(cè)響應(yīng)。通過需求側(cè)響應(yīng)可以降低電網(wǎng)高峰用電，提升谷期用電。微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)需求側(cè)響應(yīng)的重要手段，目前已經(jīng)越來越受到重視。目前的微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)沒有同時(shí)考慮電儲(chǔ)能和冰蓄冷的協(xié)同優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種微電網(wǎng)電儲(chǔ)能、冰蓄冷聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方法。該方法基于交直流負(fù)荷、冷負(fù)荷和光伏的預(yù)測結(jié)果以及電價(jià)信息，對(duì)電儲(chǔ)能的充放電狀態(tài)和制冷機(jī)、蓄冰槽冷負(fù)荷分配以總電費(fèi)最小為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。通過對(duì)微電網(wǎng)電儲(chǔ)能和冰蓄冷優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的電能進(jìn)行合理的優(yōu)化使得總系統(tǒng)將電價(jià)高峰時(shí)期的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到電價(jià)低谷時(shí)期，從而達(dá)到節(jié)約電費(fèi)的目的，該方法可以應(yīng)用在不同類型的智能微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)中。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種微電網(wǎng)電儲(chǔ)能、冰蓄冷聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方法，該方法包括以下步驟：

步驟1：對(duì)下一日的交直流負(fù)荷、冷負(fù)荷及光伏發(fā)電進(jìn)行預(yù)測。

步驟2：基于交直流負(fù)荷、冷負(fù)荷和光伏發(fā)電的預(yù)測結(jié)果以及電價(jià)信息，以總電費(fèi)最小為目標(biāo)，對(duì)電儲(chǔ)能的充放電狀態(tài)和制冷機(jī)、蓄冰槽冷負(fù)荷分配建立優(yōu)化模型。

步驟3：對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行求解，得到最優(yōu)的電儲(chǔ)能充放電策略以及制冷機(jī)、蓄冰槽冷負(fù)荷分配策略。

進(jìn)一步地，所述步驟1中預(yù)測方法為常用的用戶交直流負(fù)荷、冷負(fù)荷和光伏預(yù)測方法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及支持向量機(jī)方法。

進(jìn)一步地，所述步驟2中優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)為全天總電費(fèi)約束。

式中，t為時(shí)段序號(hào)，n為全天時(shí)段總數(shù)。C(t)為時(shí)段t的分時(shí)電價(jià)。P(t)為時(shí)段t從主網(wǎng)得到的供電功率，T為單位時(shí)段長度。

約束條件為：

a)直流電源和交流電源

總功率平衡約束：

P(t)＝P_AC-load(t)+P_AC-DC(t)+P_i(t)-P′_i(t)+P_CT(t)

P_AC-load(t)為時(shí)段t的交流負(fù)荷，P_AC-DC(t)為交直流轉(zhuǎn)換器的功率。P_i(t)為蓄冰槽耗電量，P′_i(t)為蓄冰槽承擔(dān)冷負(fù)荷量，∑P′_i(t)＝∑P_i(t)*η，η為供冷效率(由于存在冷損失)。當(dāng)蓄冰槽制冰蓄冷時(shí)，P_i(t)>0；當(dāng)蓄冰槽融冰供冷時(shí)，P′_i(t)>0。P_CT(t)為冷卻塔耗電量，由于冷卻塔的能耗在系統(tǒng)中所占的比例不大，在實(shí)際應(yīng)用中往往采用經(jīng)驗(yàn)公式：

P_CT(t)＝0.025*(Q_k(t)+P_k(t))

其中Q_k(t)為制冷機(jī)供冷量，P_k(t)為制冷機(jī)耗電量，Q_k(t)＝P_k(t)*EER。EER為制冷機(jī)能效比，可以通過制冷機(jī)組運(yùn)行參數(shù)擬合得到。

交直流轉(zhuǎn)換器效率約束：

式中：η_A/D為交流轉(zhuǎn)換為直流的轉(zhuǎn)換效率，η_D/A為直流轉(zhuǎn)化為交流的轉(zhuǎn)換效率，P_DC(t)為時(shí)段t的直流母線總負(fù)荷。

直流母線總負(fù)荷約束：

P_DC(t)+P_PV(t)＝P_DC-load(t)+P_B(t)

P_PV(t)為光伏發(fā)電功率，P_DC-load(t)為直流負(fù)荷，P_B(t)為儲(chǔ)能電池在時(shí)段t的功率，充電時(shí)P_B(t)>0，放電時(shí)P_B(t)<0。

b)設(shè)備和能源平衡的約束

放電效率約束：

為最大充電效率，為最大放電效率，P_B(t)為時(shí)段t的充電效率。

儲(chǔ)能電池電量狀態(tài)約束：

E_min≤E_B(t)≤E_max

E_min＝SOC_minR

E_max＝SOC_maxR

E_max為儲(chǔ)能電池最大電量，E_min為儲(chǔ)能電池最低電量，E_B(t)為時(shí)段t的電池儲(chǔ)能狀態(tài)。SOC_min和SOC_max為最小和最大荷電狀態(tài)，R為電池容量。

在任何時(shí)候，儲(chǔ)能的總能量為儲(chǔ)能初始能量和累積能量的總和：

E(0)為電池初始電量，E(t)為時(shí)段t的累積電量，i為全天充電的時(shí)段數(shù)。

日電量累積約束：

冰蓄冷裝置約束：

其中，Q_kmax為制冷機(jī)組最大供冷量，Q_i(t)為蓄冰槽供冷量，Q_imax為蓄冰槽最大供冷量，Q_sys(t)系統(tǒng)需要供冷量，QI為蓄冰槽容量。

進(jìn)一步地，所述步驟3中采用分支定界法對(duì)步驟2建立的模型進(jìn)行優(yōu)化求解，輸出優(yōu)化結(jié)果：電池的充放電功率及時(shí)段，交直流轉(zhuǎn)換器的功率及時(shí)段、制冷機(jī)和蓄冰槽的供冷量及時(shí)段。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：相對(duì)于現(xiàn)有的微電網(wǎng)電儲(chǔ)能優(yōu)化調(diào)度方法，本發(fā)明同時(shí)考慮了電儲(chǔ)能和冰蓄冷的聯(lián)合優(yōu)化，更有效地提升能源使用效率并進(jìn)行削峰填谷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)約電費(fèi)的目的，本發(fā)明適用于不同類型的微電網(wǎng)用戶。

附圖說明

圖1為典型的智能微網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2為微電網(wǎng)電儲(chǔ)能、冰蓄冷優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

微網(wǎng)的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D如圖1所示，將m組光伏發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池和/或直流負(fù)荷分別聯(lián)接到m條直流母線上，通過雙向變流器與公共的交流母線相連，交流母線上配冰蓄冷裝置。再由交流母線通過變壓器接入配電網(wǎng)。該系統(tǒng)既可滿足直流負(fù)荷需求，也可滿足交流負(fù)荷需求。整個(gè)系統(tǒng)可以被分為直流電源、直流負(fù)荷以及交流電源、交流負(fù)荷。當(dāng)?shù)氐闹绷髂妇€用來和直流能源設(shè)備相連，并通過一個(gè)雙向轉(zhuǎn)換器與交流系統(tǒng)連接。這種結(jié)構(gòu)使得電池和直流負(fù)荷能夠在交、直流轉(zhuǎn)換之前使用光伏輸出的能量。通過消除交直流轉(zhuǎn)換時(shí)不必要的能量損耗，用戶們便可以利用分時(shí)電價(jià)節(jié)省電費(fèi)，還可以參與需求側(cè)響應(yīng)來減輕電網(wǎng)壓力。

首先用常用的用戶交直流負(fù)荷、冷負(fù)荷及光伏發(fā)電預(yù)測方法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及支持向量機(jī)方法對(duì)下一日的負(fù)荷及光伏和風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行預(yù)測。

基于交直流負(fù)荷、冷負(fù)荷和光伏發(fā)電的預(yù)測結(jié)果以及電價(jià)信息，以總電費(fèi)最小為目標(biāo)，對(duì)電儲(chǔ)能的充放電狀態(tài)和制冷機(jī)、蓄冰槽冷負(fù)荷分配建立優(yōu)化模型。優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)為全天總電費(fèi)約束。

式中，t為時(shí)段序號(hào)，n為全天時(shí)段總數(shù)，n可取96。C(t)為時(shí)段t的分時(shí)電價(jià)。P(t)為時(shí)段t從主網(wǎng)得到的供電功率，T為單位時(shí)段長度，n取96時(shí)，T＝0.25h。

約束條件為：

a)直流電源和交流電源

總功率平衡約束：

P(t)＝P_AC-load(t)+P_AC-DC(t)+P_i(t)-P′_i(t)+P_CT(t)

P_AC-load(t)為時(shí)段t的交流負(fù)荷，P_AC-DC(t)為交直流轉(zhuǎn)換器的功率。P_i(t)為蓄冰槽耗電量，P′_i(t)為蓄冰槽承擔(dān)冷負(fù)荷量，ΣP′_i(t)＝ΣP_i(t)*η，η為供冷效率(由于存在冷損失)。當(dāng)蓄冰槽制冰蓄冷時(shí)，P_i(t)>0；當(dāng)蓄冰槽融冰供冷時(shí)，P′_i(t)>0。P_CT(t)為冷卻塔耗電量，由于冷卻塔的能耗在系統(tǒng)中所占的比例不大，在實(shí)際應(yīng)用中往往采用經(jīng)驗(yàn)公式：

P_CT(t)＝0.025*(Q_k(t)+P_k(t))

其中Q_k(t)為制冷機(jī)供冷量，P_k(t)為制冷機(jī)耗電量，Q_k(t)＝P_k(t)*EER。EER為制冷機(jī)能效比，可以通過制冷機(jī)組運(yùn)行參數(shù)擬合得到。

交直流轉(zhuǎn)換器效率約束：

式中：η_A/D為交流轉(zhuǎn)換為直流的轉(zhuǎn)換效率，η_D/A為直流轉(zhuǎn)化為交流的轉(zhuǎn)換效率，P_DC(t)為時(shí)段t的直流母線總負(fù)荷。

直流母線總負(fù)荷約束：

P_DC(t)+P_PV(t)＝P_DC-load(t)+P_B(t)

P_PV(t)為光伏發(fā)電功率，P_DC-load(t)為直流負(fù)荷，P_B(t)為儲(chǔ)能電池在時(shí)段t的功率，充電時(shí)P_B(t)>0，放電時(shí)P_B(t)<0。

b)設(shè)備和能源平衡的約束

放電效率約束：

為最大充電效率，為最大放電效率，P_B(t)為時(shí)段t的充電效率。

儲(chǔ)能電池電量狀態(tài)約束：

E_min≤E_B(t)≤E_max

E_min＝SOC_minR

E_max＝SOC_maxR

E_max為儲(chǔ)能電池最大電量，E_min為儲(chǔ)能電池最低電量，E_B(t)為時(shí)段t的電池儲(chǔ)能狀態(tài)。SOC_min和SOC_max為最小和最大荷電狀態(tài)，R為電池容量。

在任何時(shí)候，儲(chǔ)能的總能量為儲(chǔ)能初始能量和累積能量的總和：

E(0)為電池初始電量，E(t)為時(shí)段t的累積電量，i為全天充電的時(shí)段數(shù)。

日電量累積約束：

冰蓄冷裝置約束：

其中，Q_kmax為制冷機(jī)組最大供冷量，Q_i(t)為蓄冰槽供冷量，Q_imax為蓄冰槽最大供冷量，Q_sys(t)系統(tǒng)需要供冷量，QI為蓄冰槽容量。

最后，采用分支定界法對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行優(yōu)化求解，輸出優(yōu)化結(jié)果：電池的充放電功率及時(shí)段，交直流轉(zhuǎn)換器的功率及時(shí)段、制冷機(jī)和蓄冰槽的供冷量及時(shí)段。

微電網(wǎng)電儲(chǔ)能、冰蓄冷聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的優(yōu)勢(shì)在于：可以通過協(xié)調(diào)電儲(chǔ)能和冰蓄冷調(diào)度優(yōu)化能源使用，提升能源使用效率；通過引入直流負(fù)荷提升能源效率；通過需求側(cè)響應(yīng)削峰填谷，提升電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)型及安全性；對(duì)終端用戶的直接經(jīng)濟(jì)收益。微電網(wǎng)電儲(chǔ)能、冰蓄冷聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)對(duì)用戶最有價(jià)值的意義在于通過電儲(chǔ)能和冰蓄冷裝置的聯(lián)合調(diào)度，可以更加有效地將用戶在電價(jià)高時(shí)的用電轉(zhuǎn)移到電價(jià)低時(shí)用電，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約電費(fèi)的目的。