一種海島孤立微電網(wǎng)能量控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及可再生能源發(fā)電領(lǐng)域，特別是一種海島孤立狀態(tài)下的微電網(wǎng)能量控制 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，煤、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源日益匿乏，如何解決 當(dāng)今社會(huì)的資源緊缺問(wèn)題成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。可再生能源W其可再生、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)， 成為了替代傳統(tǒng)能源的最佳選擇。相對(duì)于傳統(tǒng)能源，多數(shù)海島及周圍擁有豐富可再生能源， 如風(fēng)能、太陽(yáng)能、波浪能、潮流能等，都具有很大的開發(fā)潛力。通過(guò)構(gòu)建高效清潔的海島能 源體系，特別是大力發(fā)展海島電網(wǎng)，對(duì)海島新能源進(jìn)行有效合理的利用，不僅能夠減少"棄 風(fēng)""棄光"現(xiàn)象，解決海島化石燃料短缺、運(yùn)輸困難等問(wèn)題；還可W提高海島電網(wǎng)電能質(zhì)量， 提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性，對(duì)保護(hù)海洋環(huán)境、促進(jìn)節(jié)能減排具有重要的意義。
[0003] 微電網(wǎng)是一種新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是由微電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置和控制裝置構(gòu)成的系統(tǒng) 單元。微電網(wǎng)是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和調(diào)控的自治系統(tǒng)，既可W與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn) 行，也可W孤立運(yùn)行。微電網(wǎng)是相對(duì)傳統(tǒng)大電網(wǎng)的一個(gè)概念，是指多個(gè)分布式電源及其相關(guān) 負(fù)載按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成的網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)靜態(tài)開關(guān)關(guān)聯(lián)至常規(guī)電網(wǎng)。微電網(wǎng)使用系統(tǒng) 的方法解決了分布式發(fā)電并網(wǎng)帶來(lái)的問(wèn)題，可W充分發(fā)揮分布式發(fā)電的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)削弱分 布式發(fā)電對(duì)大電網(wǎng)的沖擊和負(fù)面影響。
[0004] 一般情況下，海島及周邊區(qū)域擁有豐富的太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電資源，隨 著分布式電源及微電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，可形成多種能源互補(bǔ)的海島微電網(wǎng)供電模式。海島孤 立微電網(wǎng)可通過(guò)各種互補(bǔ)的可再生能源和先進(jìn)的控制技術(shù)提高用戶的供電可靠性，改善電 能質(zhì)量，是解決未來(lái)海島供電問(wèn)題的有效途徑之一。
[0005] 利用非并網(wǎng)風(fēng)電與高耗能的可控負(fù)荷聯(lián)合運(yùn)行，是風(fēng)能多元化利用的典型案例。 例如，可建立含風(fēng)電和海水淡化負(fù)荷的孤立微電網(wǎng)，在提供海島電能的同時(shí)，可為海島地區(qū) 提供淡水資源。從微電網(wǎng)控制角度來(lái)看，可控負(fù)荷具有可調(diào)控的特點(diǎn)，在運(yùn)行過(guò)程中可W根 據(jù)實(shí)際狀況靈活調(diào)整功率，而作為一個(gè)可控負(fù)荷對(duì)微電網(wǎng)功率起到輔助調(diào)節(jié)的作用，對(duì)平 抑可再生能源的波動(dòng)性，提高清潔能源利用率具有一定的輔助作用。同時(shí)，為保證微電網(wǎng)穩(wěn) 定運(yùn)行，需加入儲(chǔ)能裝置，并在考慮儲(chǔ)能裝置壽命損耗的前提下，根據(jù)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)結(jié)果合 理規(guī)劃可控負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)，制定能量調(diào)控策略，才能保證海島孤立微電網(wǎng)的穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn) 行。
[0006] 盡管有關(guān)人員進(jìn)行了大量研究，但已有的微電網(wǎng)能量調(diào)控策略仍不成熟，該些方 法沒有充分考慮微電網(wǎng)中儲(chǔ)能裝置的壽命損耗問(wèn)題，僅粗略地從設(shè)備維護(hù)的角度或某一過(guò) 程損耗定值來(lái)進(jìn)行調(diào)控，對(duì)儲(chǔ)能裝置本身特性考慮不全面，故在微電網(wǎng)能量調(diào)控方案制定 上，無(wú)法得到更優(yōu)的合理而經(jīng)濟(jì)的調(diào)控方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種應(yīng)用于海島孤立微電網(wǎng)的能量 控制方法，W提高微電網(wǎng)的科學(xué)合理的運(yùn)行特性。
[000引為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。
[0009] 一種海島孤立微電網(wǎng)的能量控制方法，包括W下步驟：
[0010] A.確定海島孤立微電網(wǎng)的組成；
[0011] B.微電網(wǎng)內(nèi)各單元的控制方式；
[0012] C.確定海島孤立微電網(wǎng)內(nèi)各單元的約束條件；
[001引 D.目標(biāo)函數(shù)的制定；
[0014]E.建立孤立微電網(wǎng)數(shù)學(xué)模型，求解獲得微電網(wǎng)能量控制結(jié)果；
[0015] 所述海島孤立微電網(wǎng)主要由風(fēng)電機(jī)組、儲(chǔ)能裝置、可控負(fù)荷W及柴油發(fā)電機(jī)構(gòu)成， 所述風(fēng)電機(jī)組為雙饋風(fēng)電機(jī)組，儲(chǔ)能裝置采用超級(jí)電容器與蓄電池混合儲(chǔ)能。
[0016] 上述海島孤立微電網(wǎng)的能量控制方法，步驟B中所述雙饋風(fēng)電機(jī)組采用最大功率 點(diǎn)跟蹤控制方式，超級(jí)電容器采用恒壓恒頻控制方式，蓄電池采用定功率控制方式，可控負(fù) 荷采用改變運(yùn)行狀態(tài)的控制方式。
[0017] 上述海島孤立微電網(wǎng)的能量控制方法，步驟C中雙饋風(fēng)電機(jī)組的約束條件為風(fēng) 速-功率曲線；
[001引 蓄電池SOC約束條件為；SOCm化《SOC《SOCmax;
[0019] 蓄電池功率約束條件為；I Pb I《PbN;
[0020] 可控負(fù)荷功率約束條件為；PLk.m化《PLk《PLk.max;
[0021] 柴油發(fā)電機(jī)功率約束條件為；30%pp
[0022] 微電網(wǎng)功率約束條件為而+Pe+Pb= P n+P^+P。。
[0023] 上述海島孤立微電網(wǎng)的能量控制方法，步驟D中目標(biāo)函數(shù)的制定方法為：
[0024] 首先，W風(fēng)速預(yù)測(cè)時(shí)間間隔A t為單位時(shí)間，進(jìn)行風(fēng)速預(yù)測(cè)，并根據(jù)每個(gè)風(fēng)速預(yù)測(cè) 點(diǎn)的風(fēng)速數(shù)據(jù)，同時(shí)采集當(dāng)前時(shí)刻微電網(wǎng)中各單元的運(yùn)行狀態(tài)；
[0025] 其次，根據(jù)當(dāng)前風(fēng)電功率設(shè)置蓄電池和可控負(fù)荷的工作狀態(tài)，并計(jì)算可控負(fù)荷各 種狀態(tài)下微電網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)間的總收益CtMdii，
[0026]
[0027]式中，C(i)=CLKi+CL-Q-Cb-Q
[002引其中，。為可控負(fù)荷運(yùn)行時(shí)At時(shí)間內(nèi)微電網(wǎng)總收益，
[0029] 為可控負(fù)荷W Pua運(yùn)行時(shí)A t時(shí)間可控負(fù)荷收益，
[0030]Cl為日常負(fù)荷收益，
[0031] C"為風(fēng)力發(fā)電成本，
[0032]Cb為蓄電池壽命損耗，
[0033]Q為柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行成本；
[0034] 最后，根據(jù)每個(gè)C(i)的選擇不同，得到多組微電網(wǎng)總收益CtMd，選擇最大收益即 為長(zhǎng)時(shí)間下的微電網(wǎng)最大總收益Cm"，其目標(biāo)函數(shù)為：
[003引 Cmax=max(Ctotal)
[0036] 上述海島孤立微電網(wǎng)的能量控制方法，步驟E中所述孤立微電網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型為：
[0037]
[003引根據(jù)微電網(wǎng)在長(zhǎng)時(shí)間尺度下的最大收益Cm"所對(duì)應(yīng)的每個(gè)At的C(i)，得到相應(yīng) 的微電網(wǎng)內(nèi)各單元的運(yùn)行狀態(tài)，即為微電網(wǎng)能量控制結(jié)果。
[0039]由于采用了W上技術(shù)方案，本發(fā)明所取得技術(shù)進(jìn)步如下。
[0040] 本發(fā)明能夠在充分考慮儲(chǔ)能在不同荷電狀態(tài)下蓄電池深充深放與淺充淺放帶來(lái) 的壽命損耗不同，同時(shí)結(jié)合可控負(fù)荷帶來(lái)的收益，得到W微電網(wǎng)穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為目標(biāo)的 長(zhǎng)時(shí)間尺度下的能量控制策略，并根據(jù)風(fēng)電功率預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)制定可控負(fù)荷的投切計(jì)劃及微電 網(wǎng)的發(fā)電計(jì)劃，保證微電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。本發(fā)明在微電網(wǎng)內(nèi)各發(fā)電單元與負(fù) 荷均滿足各自的安全運(yùn)行約束條件下，在功率限度內(nèi)運(yùn)行，其各個(gè)方面的消耗最低、而能量 轉(zhuǎn)換的效益最大。
【附圖說(shuō)明】
[0041] 圖1為本發(fā)明所述海島孤立微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0042] 圖2為本發(fā)明所述可控負(fù)荷的啟停邏輯圖；
[0043] 圖3為本發(fā)明所述雙饋風(fēng)電機(jī)的風(fēng)速-功率曲線；
[0044] 圖4為具體實(shí)施例中的風(fēng)速預(yù)測(cè)曲線；
[0045] 圖5為本發(fā)明應(yīng)用于微電網(wǎng)中，初始蓄電池SOC為60%情況下的微電網(wǎng)運(yùn)行結(jié) 果；
[0046] 圖6為傳統(tǒng)微電網(wǎng)在初始蓄電池SOC為60%情況下的微電網(wǎng)運(yùn)行結(jié)果。
[0047]圖中各標(biāo)號(hào)表示為；Tb為蓄電池功率變化周期，SOC為蓄電池荷電狀態(tài)，SOCmi。為蓄 電池安全運(yùn)行最小荷電狀態(tài)，S0Cm"為蓄電池安全運(yùn)行最大荷電狀態(tài)，Pb為蓄電池功率，充 電為負(fù)值，放電為正值，Pm為蓄電池?fù)Q流器額定功率，Puc為可控負(fù)荷功率，Puc.mi。為可控負(fù) 荷最小運(yùn)行功率，為可控負(fù)荷最大運(yùn)行功率，Pe為柴油發(fā)電機(jī)功率，P?為柴油發(fā)電機(jī) 額定功率，p"為風(fēng)電功率，P。為超級(jí)電容器功率，P,為日常負(fù)荷功率，Pdl為卸荷負(fù)載功率， At為風(fēng)速預(yù)測(cè)時(shí)間間隔，Cl為可控負(fù)荷WPua運(yùn)行時(shí)At時(shí)間內(nèi)微電網(wǎng)總收益，C為可 控負(fù)荷WPua運(yùn)行時(shí)At時(shí)間可控負(fù)荷收益，k1為可控負(fù)荷W功率Pua運(yùn)行時(shí)單位能耗收 益（元/kWh)，C巧日常負(fù)荷收益，k歷居民用電電價(jià)，C"為風(fēng)力發(fā)電成本，k"為風(fēng)力發(fā)電成 本系數(shù)（元/kWh)，Cb為蓄電池壽命損耗，f(S0C。，SOCi)為蓄電池S0C由S0C。降為S0C1的 壽命損耗（元），Q為柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行成本，C1。,,為發(fā)電機(jī)自身?yè)p耗成本，C。。為發(fā)電機(jī)運(yùn)行 維護(hù)成本，Cfud為燃料費(fèi)用，PMs為蓄電池放電功率，Cw為蓄電池額定容量（kWh)，C2為可控 負(fù)荷WPu^2運(yùn)行時(shí)At時(shí)間內(nèi)微電網(wǎng)總收益，C為可控負(fù)荷WP運(yùn)行時(shí)At時(shí)間可控負(fù) 荷收益，k,為可控負(fù)荷W功率Pu^2運(yùn)行時(shí)單位能耗收益（元/kWh)，Pth為蓄電池充電功率， ca)為第i個(gè)風(fēng)速預(yù)測(cè)點(diǎn)后單位時(shí)間收益，取值可選擇Ci