技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用儲(chǔ)能提高配電網(wǎng)負(fù)荷和分布式電源承載能力的優(yōu)化運(yùn)行方法。

背景技術(shù)：
：

隨著傳統(tǒng)能源的日益緊張和環(huán)境問(wèn)題的突出，可再生能源得到越來(lái)越多的關(guān)注，我國(guó)可再生能源尤其是風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電得到快速發(fā)展，分布式光伏和風(fēng)電是其重要組成部分。在我國(guó)東部地區(qū)，分布式發(fā)電得到較快發(fā)展，然而，可再生能源發(fā)電受天氣條件的影響具有極大的不確定性，其間歇性和波動(dòng)性對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，如電壓、頻率的影響等問(wèn)題，儲(chǔ)能技術(shù)為這些問(wèn)題帶來(lái)了一種行之有效的解決方法，隨著配電網(wǎng)中接入越來(lái)越多的可再生能源發(fā)電，對(duì)分布式儲(chǔ)能的需求日益增加。

通過(guò)在新能源電站和大型工業(yè)用戶(hù)配置相應(yīng)容量的分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以顯著改善電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。目前，由于儲(chǔ)能本體技術(shù)的原因，儲(chǔ)能電池的價(jià)格仍居高不下，而且其使用壽命也較短，為合理利用儲(chǔ)能系統(tǒng)以在其壽命周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大效益，需要一種合理的儲(chǔ)能的優(yōu)化運(yùn)行策略，以延緩儲(chǔ)能壽命的衰減，提高配電網(wǎng)對(duì)分布式發(fā)電和負(fù)荷的承載能力。

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)明提供一種利用儲(chǔ)能提高配電網(wǎng)負(fù)荷和分布式電源承載能力的優(yōu)化運(yùn)行方法。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

一種利用分布式儲(chǔ)能提高配電網(wǎng)負(fù)荷和光伏承載能力的優(yōu)化運(yùn)行方法，包括以下步驟：

步驟1：獲取配電網(wǎng)、新能源發(fā)電、負(fù)荷和各分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)據(jù)；

步驟2：建立以系統(tǒng)網(wǎng)損費(fèi)用、高峰負(fù)荷需求費(fèi)用、電壓調(diào)節(jié)費(fèi)用和儲(chǔ)能費(fèi)用的多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)及其約束條件；

步驟3：利用粒子群優(yōu)化算法求解目標(biāo)函數(shù)，得到各分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的出力指令；

步驟4：在下一個(gè)采樣時(shí)刻t＝t+1，更新數(shù)據(jù)并重復(fù)上述步驟，實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)優(yōu)化的效果；

所述步驟2中，多目標(biāo)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：

f＝λ1cbattery+λ2closs+λ3cvr+λ4cp

其中，系統(tǒng)的費(fèi)用為csystem＝λ2closs+λ3cvr+λ4cp，

cp＝pmaxδtrp(t)

cbattery、closs、cvr、cp分別為儲(chǔ)能費(fèi)用、配電系統(tǒng)網(wǎng)損造成的費(fèi)用、電壓調(diào)節(jié)費(fèi)用、負(fù)荷高峰時(shí)用電費(fèi)用；λ1、λ2、λ3、λ4分別為儲(chǔ)能費(fèi)用、配電系統(tǒng)網(wǎng)損造成的費(fèi)用、電壓調(diào)節(jié)費(fèi)用、負(fù)荷高峰時(shí)用電費(fèi)用的權(quán)重系數(shù)；v、δ分別為為節(jié)點(diǎn)電壓、電壓相角，rloss、rvr、rp分別為網(wǎng)損電價(jià)、調(diào)壓電價(jià)和負(fù)荷高峰電價(jià)；

目標(biāo)函數(shù)的約束條件為：

(1)節(jié)點(diǎn)電壓約束：

vmin<|vi^t|<vmax

(2)支路功率約束：

(3)儲(chǔ)能功率和能量約束：

pb,min<pb<pb,max

eb,min<eb<eb,max

pb、eb分別為儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸出功率和儲(chǔ)能能量，pb，min、pb，max分別為儲(chǔ)能系統(tǒng)的最小輸出功率、最大功率，eb，min、eb，max分別為儲(chǔ)能系統(tǒng)的最小儲(chǔ)能能量、最大儲(chǔ)能能量。

作為優(yōu)選方案之一，所述步驟1中，所述各分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的模型如下：

δeb＝eb(t)-eb(t-1)

pb(t)＝δeb/(δt×ηc)，pb>0

pb(t)＝δeb×ηd/δt，pb<0

其中，為儲(chǔ)能電池的充放電效率，δt為采樣時(shí)間；

節(jié)點(diǎn)的功率平衡方程為：

pi(t)＝pc,i(t)-pl,i(t)

其中，i＝1,2,…,n為配電系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)，pi、pdg,i、pl,i、pc,i分別為節(jié)點(diǎn)功率、分布式發(fā)電功率、負(fù)荷功率和功率轉(zhuǎn)換器的功率，ηc為功率轉(zhuǎn)換器效率。

作為優(yōu)選方案之二，所述步驟3中，粒子群優(yōu)化算法，其求解步驟為：

步驟3.1：依照配電系統(tǒng)、分布式發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)等參數(shù)進(jìn)行初始化，設(shè)置粒子群維數(shù)d，最大迭代次數(shù)m，同時(shí)對(duì)粒子群的位置x和速度v進(jìn)行設(shè)定；

步驟3.2：根據(jù)既定運(yùn)行策略和目標(biāo)函數(shù)計(jì)算每個(gè)粒子的適應(yīng)值s；

步驟3.3：對(duì)于每個(gè)粒子的適應(yīng)度值與自身粒子極值和全局粒子極值比較，如適應(yīng)值更好，則更新各粒子極值e^b和全局極值g^b；

步驟3.4：判斷當(dāng)前計(jì)算是否滿(mǎn)足收斂條件，若符合則輸出結(jié)果；

步驟3.5：如不符合則根據(jù)迭代公式更新粒子的速度和位置并返回步驟3.2，迭代公式為：

其中，n為當(dāng)前循環(huán)次數(shù)，c1、c2為粒子權(quán)重系數(shù)，w為慣性權(quán)重，r1、r2為(0,1)內(nèi)均勻分布隨機(jī)數(shù)，g為約束因子。

作為優(yōu)選方案之三，所述步驟2中，目標(biāo)函數(shù)的各目標(biāo)的權(quán)重系數(shù)的確定如下：

當(dāng)考慮分布式儲(chǔ)能的配置節(jié)點(diǎn)和容量時(shí)，f＝λ1cbattery+csystem；當(dāng)考慮減小配電系統(tǒng)的電壓控制費(fèi)用時(shí)，f＝λ1cbattery+λ3cvr；當(dāng)考慮減小配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)損耗費(fèi)用時(shí)，f＝λ1cbattery+λ2closs；當(dāng)考慮減小配電系統(tǒng)高峰用電費(fèi)用時(shí)，f＝λ1cbattery+λ4cp。

本發(fā)明提供一種利用儲(chǔ)能提高配電網(wǎng)負(fù)荷和分布式電源承載能力的優(yōu)化運(yùn)行方法，可以應(yīng)用于含分布式電源和儲(chǔ)能的配電系統(tǒng)，達(dá)到優(yōu)化配電網(wǎng)運(yùn)行，延長(zhǎng)儲(chǔ)能電池使用壽命的效果。在實(shí)施例中，電壓的波動(dòng)顯著減小。

附圖說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明方法流程示意圖。

圖2為本發(fā)明粒子群優(yōu)化算法流程示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中未使用本發(fā)明電壓圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中使用本發(fā)明方法調(diào)節(jié)后的電壓圖。

具體實(shí)施方式：

實(shí)施例：

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例的應(yīng)用場(chǎng)景為含高比例分布式發(fā)電的配電網(wǎng)絡(luò)，配電網(wǎng)絡(luò)中儲(chǔ)能可配置在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，也可配置在工業(yè)用戶(hù)，還可以單獨(dú)配置。

如圖1所示，為本發(fā)明的所提出的一種利用儲(chǔ)能提高配電網(wǎng)負(fù)荷和分布式電源承載能力的優(yōu)化運(yùn)行方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1：獲取配電網(wǎng)、新能源發(fā)電、負(fù)荷和各分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)據(jù)；

步驟2：建立以系統(tǒng)網(wǎng)損費(fèi)用、高峰負(fù)荷需求費(fèi)用、電壓調(diào)節(jié)費(fèi)用和儲(chǔ)能費(fèi)用的多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)及其約束條件；

步驟3：利用粒子群優(yōu)化算法求解目標(biāo)函數(shù)，得到各分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的出力指令；

步驟4：在下一個(gè)采樣時(shí)刻t＝t+1，更新數(shù)據(jù)并重復(fù)上述步驟，實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)優(yōu)化的效果。

步驟1中所述配電網(wǎng)、新能源發(fā)電、負(fù)荷和各分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并在下一時(shí)刻t＝t+1，更新數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)運(yùn)行提供滾動(dòng)優(yōu)化的基礎(chǔ)。

所述各分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的模型如下：

δeb＝eb(t)-eb(t-1)

pb(t)＝δeb/(δt×ηc)，pb>0

pb(t)＝δeb×ηd/δt，pb<0

其中，為儲(chǔ)能電池的充放電效率，pb、eb分別為儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸出功率和儲(chǔ)能能量，pb，min、pb，max分別為儲(chǔ)能系統(tǒng)的最小輸出功率、最大功率，eb，min、eb，max分別為儲(chǔ)能系統(tǒng)的最小儲(chǔ)能能量、最大儲(chǔ)能能量，δt為采樣時(shí)間。

節(jié)點(diǎn)的功率平衡方程為：

pi(t)＝pc,i(t)-pl,i(t)

其中，i＝1,2,…,n為配電系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)，pi、pdg,i、pl,i、pc,i分別為節(jié)點(diǎn)功率、分布式發(fā)電功率、負(fù)荷功率和功率轉(zhuǎn)換器的功率，ηc為功率轉(zhuǎn)換器效率。

步驟2中多目標(biāo)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：

f＝λ1cbattery+λ2closs+λ3cvr+λ4cp

其中，系統(tǒng)的費(fèi)用為csystem＝λ2closs+λ3cvr+λ4cp，

cp＝pmaxδtrp(t)

cbattery、closs、cvr、cp分別為儲(chǔ)能費(fèi)用、配電系統(tǒng)網(wǎng)損造成的費(fèi)用、電壓調(diào)節(jié)費(fèi)用、負(fù)荷高峰時(shí)用電費(fèi)用；λ1、λ2、λ3、λ4分別為儲(chǔ)能費(fèi)用、配電系統(tǒng)網(wǎng)損造成的費(fèi)用、電壓調(diào)節(jié)費(fèi)用、負(fù)荷高峰時(shí)用電費(fèi)用的權(quán)重系數(shù)；v、δ分別為為節(jié)點(diǎn)電壓、電壓相角，rloss、rvr、rp分別為網(wǎng)損電價(jià)、調(diào)壓電價(jià)和負(fù)荷高峰電價(jià)。

目標(biāo)函數(shù)的約束條件為：

(1)節(jié)點(diǎn)電壓約束：

vmin<|vi^t|<vmax

(2)支路功率約束：

(3)儲(chǔ)能功率和能量約束：

pb,min<pb<pb,max

eb,min<eb<eb,max

根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)的需求對(duì)權(quán)重系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，顯然，儲(chǔ)能投資是必須考慮的因素，在考慮其他諸如調(diào)壓等功能時(shí)，另外的兩項(xiàng)權(quán)重系數(shù)為0，如考慮減小配電系統(tǒng)的電壓控制費(fèi)用時(shí)，f＝λ1cbattery+λ3cvr；考慮減小配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)損耗費(fèi)用時(shí)，f＝λ1cbattery+λ2closs；考慮減小配電系統(tǒng)高峰用電費(fèi)用時(shí)，f＝λ1cbattery+λ4cp。其中，目標(biāo)函數(shù)中的權(quán)重系數(shù)λ可以通過(guò)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行確定，根據(jù)專(zhuān)家對(duì)各分目標(biāo)的重要程度確定相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)。

如圖3所示，為本發(fā)明粒子群優(yōu)化算法流程圖，其算法步驟為：

步驟3.1：依照配電系統(tǒng)、分布式發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)等參數(shù)進(jìn)行初始化，設(shè)置粒子群維數(shù)d，最大迭代次數(shù)m，同時(shí)對(duì)粒子群的位置x和速度v進(jìn)行設(shè)定；

步驟3.2：根據(jù)既定運(yùn)行策略和目標(biāo)函數(shù)計(jì)算每個(gè)粒子的適應(yīng)值s；

步驟3.3：對(duì)于每個(gè)粒子的適應(yīng)度值與自身粒子極值和全局粒子極值比較，如適應(yīng)值更好，則更新各粒子極值e^b和全局極值g^b；

步驟3.4：判斷當(dāng)前計(jì)算是否滿(mǎn)足收斂條件，若符合則輸出結(jié)果；

步驟3.5：如不符合則根據(jù)迭代公式更新粒子的速度和位置并返回步驟3.2，迭代公式為：

其中，n為當(dāng)前循環(huán)次數(shù)，c1、c2為粒子權(quán)重系數(shù)，w為慣性權(quán)重，r1、r2為(0,1)內(nèi)均勻分布隨機(jī)數(shù)，g為約束因子。

如圖3、4所示，為本發(fā)明實(shí)施例中電壓調(diào)節(jié)效果對(duì)比圖，考慮減小配電系統(tǒng)的電壓控制費(fèi)用時(shí)，f＝λ1cbattery+λ3cvr，兩項(xiàng)分目標(biāo)的權(quán)重系數(shù)按λ1＝λ3＝1進(jìn)行仿真計(jì)算，圖3為未配置儲(chǔ)能時(shí)，以配電系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)為例進(jìn)行示意，可見(jiàn)電壓在不同時(shí)段內(nèi)有較大波動(dòng)，圖4為配置儲(chǔ)能之后的電壓調(diào)節(jié)效果圖，電壓在不同時(shí)段內(nèi)保持非常平穩(wěn)的狀態(tài)。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。