離網(wǎng)并網(wǎng)混合光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種離網(wǎng)并網(wǎng)混合光伏發(fā)電控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)由光伏陣列，并網(wǎng)逆變器、蓄電池組、雙向逆變器、負載、功率表、公共電網(wǎng)、需求響應(yīng)控制系統(tǒng)和開關(guān)組構(gòu)成。所述光伏陣列通過并網(wǎng)逆變器接入交流側(cè)，蓄電池組通過雙向逆變器接入交流側(cè)；并網(wǎng)逆變器通過、雙向逆變器相連、公共電網(wǎng)與負載之間通過開關(guān)組（S1-S4）相連接；整個離網(wǎng)并網(wǎng)混合發(fā)電系統(tǒng)通過需求響應(yīng)控制系統(tǒng)統(tǒng)一管理控制。通過開關(guān)組的開閉組合，系統(tǒng)支持8種不同的運行模式，以實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最優(yōu)化與電網(wǎng)的削峰填谷，并通過限制蓄電池放電深度與充放電功率的方法延長其使用壽命。
【專利說明】離網(wǎng)并網(wǎng)混合光伏發(fā)電控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及太陽能新能源發(fā)電和應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種離網(wǎng)并網(wǎng)混合光伏發(fā)電控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源危機的加劇，在開發(fā)利用可再生能源的同時，如何更加合理的利用能源也逐漸成為社會關(guān)注的問題。近年來電能的負荷增長速度大于電量的增長，導(dǎo)致電網(wǎng)負荷率下降，峰谷差加大。對于用電企業(yè)而言，這會使得用電成本大大提高，不利于經(jīng)濟效益，而對于公共電網(wǎng)而言，這又將影響電網(wǎng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。因此，將光伏發(fā)電與電網(wǎng)電能綜合利用，并基于峰谷電價對分布式電源系統(tǒng)進行優(yōu)化調(diào)度具有重要意義。
[0003]而現(xiàn)在大多數(shù)的分布式電源系統(tǒng)，雖然可以實現(xiàn)系統(tǒng)的并網(wǎng)離網(wǎng)運行，并具有儲能裝置以提高能源利用率，但仍具有以下不足:
[0004]1.現(xiàn)有系統(tǒng)沒有針對峰谷電價對系統(tǒng)的經(jīng)濟運行進行優(yōu)化。個別系統(tǒng)雖然能夠支撐峰谷電價，但這些系統(tǒng)的調(diào)度方案較為簡單，僅根據(jù)幾個閾值或條件進行模式切換，這樣雖能在一定程度上降低運行成本，但沒有從全局最優(yōu)的角度進行優(yōu)化控制，故優(yōu)化效果有限。
[0005]2.現(xiàn)有系統(tǒng)通常缺少對各時段光伏發(fā)電量的預(yù)測，個別系統(tǒng)雖涉及發(fā)電量預(yù)測，但預(yù)測算法較為簡單，預(yù)測值可信度較低。缺少了各時段發(fā)電量的預(yù)測，就無法通過發(fā)電量安排本天調(diào)度方案，難以實現(xiàn)經(jīng)濟最優(yōu)化。
[0006]3.現(xiàn)有系統(tǒng)未考慮蓄電池使用壽命，在運行過程中，無法控制蓄電池的放電深度，而深度放電將大大降低蓄電池的使用壽命。
實用新型內(nèi)容
[0007]為了解決現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，本實用新型提供了一種根據(jù)分時電價，對光伏發(fā)電裝置、蓄電池組和公網(wǎng)所組成的微網(wǎng)進行優(yōu)化控制的離網(wǎng)并網(wǎng)混合光伏發(fā)電控制系統(tǒng)。
[0008]為達到上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案:
[0009]一種離網(wǎng)并網(wǎng)混合光伏發(fā)電控制系統(tǒng)，它由光伏陣列，并網(wǎng)逆變器、蓄電池組、雙向逆變器、負載、功率表、公共電網(wǎng)、需求響應(yīng)控制器、管理計算機和開關(guān)組構(gòu)成，開關(guān)組包括開關(guān)S1-S4;所述光伏陣列通過并網(wǎng)逆變器接入交流側(cè)，蓄電池組通過雙向逆變器接入交流側(cè)；并網(wǎng)逆變器通過開關(guān)SI與電網(wǎng)相連，通過開關(guān)S3與雙向逆變器相連，通過開關(guān)S3、S4與負載相連；雙向逆變器通過開關(guān)S4與負載相連，通過開關(guān)S4、S2與電網(wǎng)相連；電網(wǎng)通過開關(guān)S2與負載相連；整個離網(wǎng)并網(wǎng)混合發(fā)電系統(tǒng)通過需求響應(yīng)控制器與管理計算機統(tǒng)一管理控制；通過開關(guān)S1-S4的不同開閉組合，進行系統(tǒng)支持停機模式、離網(wǎng)蓄電池供電模式、離網(wǎng)光伏-蓄電池工作模式、電網(wǎng)單獨供電模式、電網(wǎng)供電-充電模式、光伏供電-并網(wǎng)-充電模式、電網(wǎng)供電-光伏并網(wǎng)-充電模式和電網(wǎng)供電-光伏并網(wǎng)-放電模式的切換。
[0010]所述管理計算機設(shè)有歷史信息數(shù)據(jù)庫，根據(jù)光伏發(fā)電量與用電負荷的歷史數(shù)據(jù)以及當(dāng)?shù)貧庀笮畔?，預(yù)測當(dāng)天的光伏發(fā)電量曲線與用電負荷曲線，并將預(yù)測結(jié)果通過以太網(wǎng)發(fā)送至需求響應(yīng)控制器。
[0011]所述需求響應(yīng)控制器由微控制器、以太網(wǎng)通信接口與交流接觸器控制接口組成，接收來自管理計算機的功率預(yù)測值，以此為依據(jù)進行優(yōu)化調(diào)度，并最終控制開關(guān)組通過各開關(guān)的開閉，進行工作模式的調(diào)整，實現(xiàn)調(diào)度方案。
[0012]所述各運行模式:
[0013]I)停機模式，所有開關(guān)均為斷開狀態(tài)；
[0014]2)離網(wǎng)蓄電池供電模式，S1、S2、S3斷開，S4閉合，負載由蓄電池單獨供電，能量由蓄電池流向負載；
[0015]3)離網(wǎng)光伏-蓄電池工作模式，該模式又因蓄電池的充放電狀態(tài)不同分為兩種情況:當(dāng)開關(guān)S1、S2斷開，S3、S4閉合，當(dāng)光伏陣列功率不足以滿足負載需求時，由蓄電池進行補充，共同為負載供電，能量由光伏陣列和蓄電池流向負載；
[0016]開關(guān)S1、S2斷開，S3、S4閉合，當(dāng)光伏陣列功率足以滿足負載需求時，對蓄電池進行充電，能量由光伏陣列流向蓄電池和負載；
[0017]4)電網(wǎng)單獨供電模式，開關(guān)S1、S3、S4斷開，S2閉合，公共電網(wǎng)單獨為負載供電，能量由公共電網(wǎng)流向負載；
[0018]5)電網(wǎng)供電-充電模式，S1、S3斷開，S2、S4閉合,公共電網(wǎng)對負載供電并對蓄電池充電，能量由公共電網(wǎng)流向蓄電池和負載；
[0019]6)光伏供電-并網(wǎng)-充電模式，開關(guān)S2斷開，S1、S3、S4閉合，光伏陣列功率足以滿足負載需求，蓄電池充電需求之后，多余的功率輸送至公共電網(wǎng)，能量從光伏陣列流向負載,蓄電池和公共電網(wǎng)；
[0020]7)電網(wǎng)供電-光伏并網(wǎng)-充電模式，S3斷開，S1、S2、S4閉合,一方面光伏陣列輸出功率至公共電網(wǎng)，另一方面公共電網(wǎng)對負載供電，對蓄電池充電；
[0021]8)電網(wǎng)供電-光伏并網(wǎng)-放電模式，S4斷開，S1、S2、S3閉合，光伏陣列和蓄電池輸出功率至公共電網(wǎng)，公共電網(wǎng)對負載供電。
[0022]一種離網(wǎng)并網(wǎng)混合光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的優(yōu)化控制方法，根據(jù)光伏發(fā)電量與用電負荷的歷史數(shù)據(jù)以及氣象信息，預(yù)測當(dāng)天的光伏發(fā)電量曲線與用電負荷曲線，根據(jù)預(yù)測的光伏發(fā)電量與用電負荷，以運行成本最小為優(yōu)化目標(biāo)，以每小時內(nèi)的蓄電池充放電功率，與電網(wǎng)的交換功率及系統(tǒng)的運行模式為被優(yōu)化變量，以電能平衡條件、與電網(wǎng)交換功率的上下限、蓄電池充放電功率限制和荷電狀態(tài)限制為約束條件，通過粒子群優(yōu)化算法進行調(diào)度決策對系統(tǒng)運行模式進行決策調(diào)度，從而使系統(tǒng)運行成本最低，并通過限制蓄電池放電深度與充放電功率的方式延長其使用壽命。
[0023]光伏輸出功率預(yù)測為:統(tǒng)計各種天氣下，一個研究時段內(nèi)，每天的光伏輸出功率，將輸出功率從O到最大值均勻劃分為若干區(qū)間，處于同一區(qū)間內(nèi)的功率作為一個狀態(tài)；將一天劃分為多個時間段，一個時間段至少I小時，統(tǒng)計研究時段內(nèi)每個時間段光伏輸出功率的轉(zhuǎn)移次數(shù)，得到該時間段對應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣；系統(tǒng)正式運行后，首先根據(jù)氣象中心提供的信息，找到對應(yīng)天氣下的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，然后通過馬爾科夫鏈的方法，對一整天的光伏輸出功率進行預(yù)測。
[0024]電負荷進行預(yù)測為:統(tǒng)計一個研究時段內(nèi)，每天的用電負荷，將輸出功率從O到最大值均勻劃分為若干區(qū)間，處于同一區(qū)間內(nèi)的功率作為一個狀態(tài)；將一天劃分為多個時間段，一個時間段至少I小時，統(tǒng)計研究時段內(nèi)每個時間段用電負荷的轉(zhuǎn)移次數(shù)，得到該時間段對應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣；系統(tǒng)正式運行后，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，通過馬爾科夫鏈的方法，對一整天的用電負荷進行預(yù)測。
[0025]進行功率預(yù)測時，首先得到第一單位時間的初始狀態(tài)概率質(zhì)量函數(shù)，即初始分布P1，令初始時刻的實測功率對應(yīng)的狀態(tài)概率為1，其余狀態(tài)概率為0，然后利用狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣計算一下時刻個狀態(tài)的分布概率，公式如下所示:
[0026]pm+1 = PmPm
[0027]其中pm和pm+1分別表示第m個時間段和第m+1個時間段的分布概率行向量，Pffl為第m各時間段對應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，得到第m+1時間段的分布概率pm+1后，再利用數(shù)學(xué)期望的方法得到第m+1時刻的預(yù)測值，計算公式如下所示:
[0028]Fm+1 = pm+1PEXP
[0029]其中，Pexp為數(shù)學(xué)期望矩陣，F(xiàn)m+1為第m+1個時間段的功率預(yù)測值，得到Fm+1后，重復(fù)上述過程，直到得到全天所有時段的功率預(yù)測值為止，而后通過以太網(wǎng)將輸出功率發(fā)送至需求響應(yīng)控制器。
[0030]決策算法的處理流程為:
[0031](I)獲取預(yù)先設(shè)定的系統(tǒng)各項運行參數(shù)、費用參數(shù)、電價參數(shù)以及光伏功率和用電負荷；
[0032](2)獲取預(yù)先設(shè)定的粒子群算法參數(shù)，主要包括種群規(guī)模、最大迭代次數(shù)、學(xué)習(xí)因子和慣性權(quán)重系數(shù)，并設(shè)置目標(biāo)函數(shù)和含隨機變量的約束條件的置信水平；
[0033]其中目標(biāo)函數(shù)為:
Min/
[0034]I Γ " -1
[0035]/是目標(biāo)函數(shù)
[0036]β是給定的置信水平
[0037]Ci 是第 i 時段的運行成本，其中 Ci = T[Jbuy,,Pbuy,,+Ppv,,Cpvjl+1Pbt,, | Cbtjl-Jsel,,Psel,,]
[0038]T為單位時段的時間間隔
[0039]η為調(diào)度周期內(nèi)的時段總數(shù)
[0040]Pbuy i為第i時段從公共電網(wǎng)購買的電功率
[0041]Pselji為第i時段輸出至公共電網(wǎng)的電功率
[0042]Ppv^i為第i時段光伏陣列的發(fā)電功率
[0043]Pbt i為第i時段蓄電池的充放電功率，放電為正，充電為負
[0044]Jbuy；i為第i時段從公共電網(wǎng)購電的電價
[0045]JseM為第i時段出售至公共電網(wǎng)的電價
[0046]Cpv 為光伏陣列的單位運行費用
[0047]Cbtjl為蓄電池的維護成本；
[0048](3)初始化種群，隨機生成各調(diào)度時段蓄電池的充放電功率和購買自公共電網(wǎng)的功率，組成一個微粒,并利用約束條件檢驗微粒的可行性,直至全部微粒初始化完畢；同時，隨機生成各微粒的初始速度；
[0049](4)計算各微粒的適應(yīng)度值，并對比各微粒的適應(yīng)度值和個體極值，若前者較優(yōu)，則更新當(dāng)前微粒個體極值和個體最優(yōu)位置；反之保持不變；
[0050](5)對比當(dāng)前全部個體極值和全局極值，取最優(yōu)者更新當(dāng)前全局極值及其全局最優(yōu)位置；
[0051 ] (6)更新各微粒的速度和位置，并通過約束條件檢驗微粒的可行性，直至全部微?？尚?；
[0052](7)重復(fù)⑷?(8)，直至滿足終止條件；
[0053](8)輸出最優(yōu)解，即系統(tǒng)在各個小時的運行模式，蓄電池充放電功率，以及與電網(wǎng)交換的功率。
[0054]所述步驟(3)中，其中約束條件包括電功率平衡約束、與電網(wǎng)交換功率約束以及蓄電池約束；
[0055]電功率平衡約束公式為:
[0056]P1 + PpvAm- +--P1 -Pldji =0
'Ich
[0057]Pbuy，i+Ppv，i rI inv+Pbt, i rI dis_Psel, i_Pld, i — ?
[0058]式中，Ppvii為第i時段的光伏發(fā)電功率，Pbuyii和Pselii分別為第i時段從電網(wǎng)買入和售出的功率，Pbt，i為第i時段蓄電池的充放電功率，Pui為第i時段的負荷，Hinv為逆變器的效率，Hdl為蓄電池的充電效率，Hdis為蓄電池的放電效率；
[0059]與電網(wǎng)交換功率的公式為:
[0060]O < Pburj <P:7
[0061]o<^.,<rr
[0062]式中，iC'分別是購電和售電的最大功率值；
[0063]蓄電池約束公式為:
[0064]PZ ^ Pblj ^ PZ1
[0065]SOCmin ( SOCi ( SOCmax
[0066]Y^PbljT = O

/-1
[0067]其中，ΡΣ: ^ C分別為蓄電池第i時段的充、放電的最大功率，SOCi為蓄電池第
i時段的荷電狀態(tài)，SOCfflin, SOCmax分別為蓄電池荷電狀態(tài)的最低值和最高值，此處假定蓄電池的容量不變，表示蓄電池在調(diào)度周期的初始時刻和結(jié)束時刻的儲能量相等。
[0068]本實用新型的有益效果
[0069]1.準(zhǔn)確的功率預(yù)測:現(xiàn)有系統(tǒng)通常缺少光伏發(fā)電功率的預(yù)測，個別系統(tǒng)雖然涉及功率預(yù)測，但算法較簡單，如將當(dāng)天天氣與歷史上某天的天氣比較，結(jié)果匹配，就將歷史上某天各時段發(fā)電量作為當(dāng)天各時段發(fā)電量的預(yù)測值。而本實用新型采用馬爾科夫鏈的預(yù)測方法，該方法通過事物處于不同狀態(tài)的初始概率以及各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移概率，判斷狀態(tài)的總體變化趨勢，以實現(xiàn)對未來狀態(tài)的預(yù)測，故預(yù)測結(jié)果的可信度更高。
[0070]2.經(jīng)濟運行最優(yōu)化:現(xiàn)有系統(tǒng)的經(jīng)濟運行優(yōu)化方案較為簡單，一般僅根據(jù)幾個閾值或條件進行模式切換，而現(xiàn)實情況千變?nèi)f化，系統(tǒng)中又含有光伏功率這一隨機變量，故這種方法無法實現(xiàn)全局最優(yōu)，即無法使全天的運行成本最低。而本實用新型采用粒子群優(yōu)化算法，優(yōu)化時充分考慮峰谷電價的影響，將全天成本最低做為目標(biāo)函數(shù)，故其優(yōu)化結(jié)果更加接近真正意義上的最優(yōu)化。
[0071]3.電網(wǎng)“削峰填谷”:本實用新型的經(jīng)濟運行優(yōu)化，是通過谷期從電網(wǎng)購電或向蓄電池充電，峰期向電網(wǎng)售電或優(yōu)先利用蓄電池的電能實現(xiàn)的，這樣便實現(xiàn)了電網(wǎng)的“削峰填谷”，有助于電網(wǎng)平穩(wěn)、高效的運行。
[0072]4.延長蓄電池壽命:本實用新型在通過粒子群算法求解目標(biāo)函數(shù)時，可加入蓄電池充放電功率與蓄電池荷電狀態(tài)的限制條件，因此可限制蓄電池最大放電深度，從而延長了蓄電池使用壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0073]圖1是本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0074]圖2是停機模式示意圖；
[0075]圖3是離網(wǎng)蓄電池供電模式示意圖；
[0076]圖4是離網(wǎng)光伏-蓄電池工作模式下，蓄電池放電情況示意圖；
[0077]圖5是離網(wǎng)光伏-蓄電池工作模式下，蓄電池充電情況示意圖；
[0078]圖6是電網(wǎng)單獨供電模式示意圖；
[0079]圖7電網(wǎng)供電-充電模式示意圖；
[0080]圖8是光伏供電-并網(wǎng)-充電模式示意圖；
[0081]圖9是電網(wǎng)供電-光伏并網(wǎng)_充電模式不意圖；
[0082]圖10是電網(wǎng)供電-光伏并網(wǎng)-放電模式示意圖；
[0083]圖11是決策算法的處理流程圖。

【具體實施方式】
[0084]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步的詳細說明。此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定實用新型。
[0085]圖1是本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。本實用新型構(gòu)造了一種基于分時電價對微網(wǎng)進行優(yōu)化控制的系統(tǒng)，它由光伏陣列，并網(wǎng)逆變器、蓄電池組、雙向逆變器、負載、功率表、交流母線、公共電網(wǎng)、需求響應(yīng)控制器、管理計算機和開關(guān)組構(gòu)成。
[0086]需求響應(yīng)控制器可控制S1-S4四個切換開關(guān)，每個切換開關(guān)都具有閉合和斷開兩種狀態(tài)，通過改變S1-S4的狀態(tài)，可使系統(tǒng)工作在8種不同的運行模式:
[0087]I)停機模式。所有開關(guān)均為斷開狀態(tài)，整個系統(tǒng)工作在停機模式，沒有能量流動，如圖2所示。
[0088]2)離網(wǎng)蓄電池供電模式。S1、S2、S3斷開，S4閉合，負載由蓄電池單獨供電，能量由蓄電池流向負載,如圖3所示。
[0089]3)離網(wǎng)光伏-蓄電池工作模式。該模式又因蓄電池的充放電狀態(tài)不同分為兩種情況:當(dāng)S1、S2斷開，S3、S4閉合，當(dāng)光伏陣列功率不足以滿足負載需求時，由蓄電池進行補充，共同為負載供電，能量由光伏陣列和蓄電池流向負載，如圖4所示；S1、S2斷開，S3、S4閉合，當(dāng)光伏陣列功率足以滿足負載需求時，對蓄電池進行充電，能量由光伏陣列流向蓄電池和負載，如圖5所示。
[0090]4)電網(wǎng)單獨供電模式。S1、S3、S4斷開，S2閉合，公共電網(wǎng)單獨為負載供電，能量由公共電網(wǎng)流向負載，如圖6所示。
[0091]5)電網(wǎng)供電-充電模式。S1、S3斷開,S2、S4閉合,公共電網(wǎng)對負載供電并對蓄電池充電，能量由公共電網(wǎng)流向蓄電池和負載，如圖7所示。
[0092]6)光伏供電-并網(wǎng)-充電模式。S2斷開，S1、S3、S4閉合，光伏陣列功率足以滿足負載需求，蓄電池充電需求之后，多余的功率輸送至公共電網(wǎng)。能量從光伏陣列流向負載，蓄電池和公共電網(wǎng)，如圖8所示。
[0093]7)電網(wǎng)供電-光伏并網(wǎng)-充電模式。S3斷開,S1、S2、S4閉合,一方面光伏陣列輸出功率至公共電網(wǎng)，另一方面公共電網(wǎng)對負載供電，對蓄電池充電，如圖9所示。
[0094]8)電網(wǎng)供電-光伏并網(wǎng)-放電模式。S4斷開,S1、S2、S3閉合,光伏陣列和蓄電池輸出功率至公共電網(wǎng)，公共電網(wǎng)對負載供電，如圖10所示。
[0095]系統(tǒng)運行時，管理計算機會通過馬爾科夫鏈的方法對當(dāng)天的光伏輸出功率與用電負荷進行預(yù)測。因此系統(tǒng)正式運行前，需統(tǒng)計光伏輸出功率與用電負荷的歷史數(shù)據(jù)，并將其存儲到歷史信息數(shù)據(jù)庫中。光伏輸出功率的具體統(tǒng)計方法為:
[0096]I)統(tǒng)計各種天氣下，一個研究時段內(nèi)，每天的光伏輸出功率。
[0097]2)將輸出功率從O到最大值均勻劃分為若干區(qū)間,處于同一區(qū)間內(nèi)的功率作為一個狀態(tài)。
[0098]3)將一天劃分為多個時間段(一個時間段至少I小時)，以I小時為最小時間間隔，統(tǒng)計研究時段內(nèi)每個時間段光伏輸出功率的轉(zhuǎn)移次數(shù)，得到該時間段對應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣。
[0099]用電負荷的統(tǒng)計方法與光伏輸出功率的統(tǒng)計方法基本相同，只是在統(tǒng)計時不需要考慮天氣因素。
[0100]系統(tǒng)正式運行后，管理計算機上的功率預(yù)測軟件，首先獲取氣象中心提供的天氣信息，并找到數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)天氣下的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，然后通過馬爾科夫鏈的方法，對一整天的光伏輸出功率進行預(yù)測。
[0101]進行功率預(yù)測時首先得到第一單位時間的初始狀態(tài)概率質(zhì)量函數(shù)，即初始分布P1，令初始時刻的實測功率對應(yīng)的狀態(tài)概率為1，其余狀態(tài)概率為O。然后利用狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣計算一下時刻各狀態(tài)的分布概率，公式如下所示:
[0102]pm+1 = PmPm
[0103]其中P11^p Pm+1分別表示第m個時間段和第m+1個時間段的分布概率行向量，Pm為第m各時間段對應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣。得到第m+1時間段的分布概率pm+1后，再利用數(shù)學(xué)期望的方法得到第m+1時刻的預(yù)測值，計算公式如下所示:
[0104]Fm+1 = pm+1PEXP
[0105]其中Pexp為數(shù)學(xué)期望矩陣，F(xiàn)m+1為第m+1個時間段的功率預(yù)測值。
[0106]得到Fm+1后，重復(fù)上述過程，直到得到全天所有時段的功率預(yù)測值為止。
[0107]而后通過以太網(wǎng)將輸出功率發(fā)送至需求響應(yīng)控制器。需求響應(yīng)控制器根據(jù)預(yù)測的光伏發(fā)電量與用電負荷，以運行成本最小為優(yōu)化目標(biāo)，以每小時內(nèi)的蓄電池充放電功率，與電網(wǎng)的交換功率及系統(tǒng)的運行模式為被優(yōu)化變量，以電能平衡條件、與電網(wǎng)交換功率的上下限、蓄電池充放電功率限制和荷電狀態(tài)限制為約束條件，通過粒子群優(yōu)化算法進行調(diào)度決策，決策算法的處理流程如圖11所示，具體過程為:
[0108](I)獲取預(yù)先設(shè)定的系統(tǒng)各項運行參數(shù)、費用參數(shù)、電價參數(shù)以及光伏功率和用電負荷。
[0109](2)獲取預(yù)先設(shè)定的粒子群算法參數(shù)，主要包括種群規(guī)模、最大迭代次數(shù)、學(xué)習(xí)因子Cl、C2和慣性權(quán)重系數(shù)ω等，并設(shè)置目標(biāo)函數(shù)和含隨機變量的約束條件的置信水平。
[0110]其中目標(biāo)函數(shù)為:
Min/
[。川]丨仙{》7卜
[0112]式中，7是目標(biāo)函數(shù)，β是給定的置信水平，Ci是第i時段的運行成本。其中Ci
=TLUiUPpviiCpvj^lPbtiiICbt m-Hu], T為單位時段的時間間隔，η為調(diào)度周期內(nèi)的時段總數(shù)，Pbuyii為第i時段從公共電網(wǎng)購買的電功率，Pselii為第i時段輸出至公共電網(wǎng)的電功率，Ppvji為第i時段光伏陣列的發(fā)電功率，Pbtji為第i時段蓄電池的充放電功率，放電為正，充電為負，Jbuy，i為第i時段從公共電網(wǎng)購電的電價，Jseu為第i時段出售至公共電網(wǎng)的電價，Cpv ffl為光伏陣列的單位運行費用，Cbt ffl為蓄電池的維護成本。
[0113](3)初始化種群。隨機生成各調(diào)度時段蓄電池的充放電功率和購買自公共電網(wǎng)的功率，組成一個微粒，并利用約束條件檢驗微粒的可行性，直至全部微粒初始化完畢。同時，隨機生成各微粒的初始速度。
[0114]其中約束條件包括電功率平衡約束、與電網(wǎng)交換功率約束以及蓄電池約束。
[0115]電功率平衡約束公式為:
[01 16] P1 + Pp''/hlv ^~— - Pseu — Pm = 0.rIch
[0117]Pbuy, i+Ppv, i rI inv+Pbt, i rI dis_Psel, i_Pld, i — ?
[0118]式中，Ppvii為第i時段的光伏發(fā)電功率，Pbuyii和Pselii分別為第i時段從電網(wǎng)買入和售出的功率，Pbt，i為第i時段蓄電池的充放電功率，Pui為第i時段的負荷，Hinv為逆變器的效率，Hdl為蓄電池的充電效率，ndis為蓄電池的放電效率；
[0119]與電網(wǎng)交換功率的公式為:
[0120]O < Phi^i <
[0121]O < Pseu <ΡΓ
[0122]式中，ρ?31，/Sax分別是購電和售電的最大功率值。
[0123]蓄電池約束公式為:
[0124]PZ ^ Pbt,^
[0125]SOCfflin ^ SOCi ^ SOCfflax
[0126]YfiJ=O

/=1
[0127]其中，P:，P巧分別為蓄電池第i時段的充放電的最大功率，SOCi為蓄電池第i
時段的荷電狀態(tài)，SOCfflin, SOCfflax分別為蓄電池荷電狀態(tài)的最低值和最高值，此處假定蓄電池的容量不變，表示蓄電池在調(diào)度周期的初始時刻和結(jié)束時刻的儲能量相等。
[0128]由于光伏輸出功率具有隨機性，這一隨機變量的存在使得某些約束條件不再具有確定性。故采用概率形式對含有隨機變量的不等式約束進行描述，使其可以在一定的置信水平下成立，從而實現(xiàn)對這些約束條件的處理。
[0129](4)計算各微粒的適應(yīng)度值，并對比各微粒的適應(yīng)度值和個體極值，若前者較優(yōu)，則更新當(dāng)前微粒個體極值和個體最優(yōu)位置；反之保持不變。
[0130](5)對比當(dāng)前全部個體極值和全局極值，取最優(yōu)者更新當(dāng)前全局極值及其全局最優(yōu)位置。
[0131](6)更新各微粒的速度和位置，并通過約束條件檢驗微粒的可行性，直至全部微粒可行。
[0132](7)重復(fù)(4)?(7)，直至滿足終止條件(達到最大迭代次數(shù)，連續(xù)幾次最好解無變化或最好解與平均適應(yīng)值的差值小于某一設(shè)定常數(shù))。
[0133](8)輸出最優(yōu)解，即系統(tǒng)在各個小時的運行模式，蓄電池充放電功率，以及與電網(wǎng)交換的功率。
[0134]決策完成后，需求響應(yīng)控制器根據(jù)決策信息控制開關(guān)組的通斷，從而使系統(tǒng)運行在指定的模式，已實施調(diào)度方案。
【權(quán)利要求】
1.一種離網(wǎng)并網(wǎng)混合光伏發(fā)電控制系統(tǒng)，其特征是，包括光伏陣列及蓄電池組，所述光伏陣列通過并網(wǎng)逆變器與開關(guān)組相連，所述蓄電池組通過雙向逆變器與開關(guān)組相連，并網(wǎng)逆變器通過開關(guān)SI與公網(wǎng)相連，并網(wǎng)逆變器通過開關(guān)S3與雙向逆變器相連，雙向逆變器通過開關(guān)S4與負載相連，雙向逆變器依次通過開關(guān)S4、S2與公網(wǎng)相連，公網(wǎng)通過開關(guān)S2與負載相連，開關(guān)組還依次與需求響應(yīng)控制器及管理計算機相連，開關(guān)SI及開關(guān)S2分別通過電表與公網(wǎng)相連。
【文檔編號】H02J7/35GK203933038SQ201420019807
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年1月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月13日
【發(fā)明者】李歧強, 楊中旭, 孫文健 申請人:山東大學(xué)