CN110277781A

CN110277781A - 一种含光储充园区电网的电力***经济调度方法

Info

Publication number: CN110277781A
Application number: CN201910232778.8A
Authority: CN
Inventors: 孙可; 陈锡祥; 陈嵘; 郑伟民; 殷伟斌; 郁家麟; 陈理; 李春; 郑朝明; 刘伟
Original assignee: Jiaxing Power Supply Co of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Current assignee: Jiaxing Power Supply Co of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Priority date: 2019-03-26
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2019-09-24

Abstract

本发明涉及电力***调度技术领域，具体涉及一种含光储充园区电网的电力***经济调度方法，包括以下步骤：步骤一：建立园区光储充的光储充一体化控制器模型、储能装置模型以及电动汽车状态模型；步骤二：将园区作为负荷节点接入地区电网；步骤三：建立社会效益总体最优的目标函数；步骤四：建立约束条件；步骤五：以ΔT为时间间隔，进行日前经济优化，获得调度结果。本发明的实质性效果是：根据负荷和光伏的预测数据，进行日前经济优化调度，对储能装置和电动汽车的充放电行为进行合理规划，实现园区用户与电网综合的社会效益最大化，发掘了多种能源因素的经济潜力，与传统的不加控制仅仅接入新能源相比，具有较大优势和推广应用前景。

Description

一种含光储充园区电网的电力***经济调度方法

技术领域

本发明涉及电力***调度技术领域，具体涉及一种含光储充园区电网的电力***经济调度方法。

背景技术

随着新能源技术的不断发展，分布式光伏等新能源大规模接入电网。但其出力具有波动性和随机性，给电网平稳运行带来了挑战。同时电动汽车和储能技术不断成熟，为电网的控制提供了新的可控因素。随着越来越多的大型工业园区加装光伏和储能设备，并在园区内推广使用低碳绿色的电动汽车。如何在园区负荷并网的情形下，合理规划这些电动汽车和储能装置的充放电策略成为一个亟待解决的重要课题。让同时拥有光伏、储能和电动汽车的地方工业园区实现并网运行，采取光储充一体化控制是一个可行的策略。通过相关的电力电子装置结合控制***来实现多种负荷形式的连接与控制，对于储能装置和电动汽车的充放电行为进行日前经济优化调度。避免了负荷无序用电，能够缓解多种形式负荷随机充放电对电网的冲击，有利于推进低碳经济良性发展。

中国专利CN107968429A，公开日2018年4月27日，一种光储充***能量管理装置、***，包括：主程序，Modbus规约库和GOOSE规约库、Xml规约库、104规约库、组态监视工具、实时操作***和硬件层；所述硬件层采集与其连接的***设备的实时运行信息并上送至主程序；组态监视工具用于对能量管理装置的运行状态进行监视，同时对能量管理装置的参数、规约库、能量管理控制策略进行配置；其技术方案主要针对光储充一体化充电站微网应用，优化架构，策略执行实时性高。但其没有提供微电网进行调度优化的技术方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：目前缺乏合理规划电动汽车和储能装置的充放电策略的技术问题。提供一种基于光储充一体化控制器的工业园区并网后日前经济调度方法，该方法能够使得含有光伏、储能设备、电动汽车的园区在并网后实现经济调度，合理规划充放电行为，同时考虑当地电网网损，最大限度提升社会效益。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种含光储充园区电网的电力***经济调度方法，包括以下步骤：步骤一：建立园区光储充的光储充一体化控制器模型、储能装置模型以及电动汽车状态模型；步骤二：将园区作为负荷节点接入地区电网；步骤三：建立社会效益总体最优的目标函数；步骤四：建立约束条件；步骤五：以ΔT为时间间隔，进行日前经济优化，获得调度结果。

作为优选，所述光储充一体化控制器模型为功率流模型，所述功率流模型为：P_CR＝P_BAT+P_PV-P_EV，其中，P_CR为园区光储充一体化控制器与电网交换的有功功率，P_BAT为储能装置流向光储充一体化控制器的功率，P_PV为光伏发电装置流向光储充一体化控制器的功率，P_EV为光储充一体化控制器流向电动汽车的充电功率。

作为优选，采用应用较广泛的蓄电池(BAT)作为储能装置，考虑其运行及维护成本，并且为延长蓄电池使用寿命，需要合理控制其输出功率以及SOC值，所述储能装置为蓄电池，所述储能装置模型包括运行维护成本模型和荷电状态模型，所述运行维护成本模型为：

其中，为运行维护成本，为t时段BAT的运行维护成本系数，随设备使用时间的延长而增加，但在日前规划的时间尺度上认为其基本不变；P_BAT,t为t时段BAT的输出功率，其值为正表示蓄电池给光储充一体化控制器充电，为负表示放电；荷电状态(State ofCharge,SOC)表示储能装置中剩余能量与完全充电容量的比值，为了使储能装置持续工作，SOC不宜过高或过低，所述荷电状态模型为：

其中，

E_t为t时段的总能量，δ为蓄电池的自放电率，数值很小可以忽略，η^ch和η^dis分别为BAT的充电和放电效率，E_B为储能装置的总容量。某时段t电池的荷电状态SOC可由上一时段SOC递推得到，可定义为：

电动汽车通常采用“恒流-恒压”的充放电模式，电动汽车在每小时内的充放电视为恒功率过程。所述电动汽车荷电状态模型说明如下：

作为优选，所述电动汽车状态模型为电动汽车荷电状态模型，所述电动汽车荷电状态模型为：

其中，SOC_j，t为电动汽车j在t时段的荷电状态，η_c和η_f分别为电动汽车的充放电效率，C_EV为电动汽车的电池额定容量，P_EV,t为t时段光储充一体化控制器流向电动汽车的充电功率，t_g为电价谷时段，t_p为电价平时段，t_f为电价峰时段。

作为优选，社会效益总体最优的目标函数为：

其中：

C_s,t＝P_Grid,tP_loss·ΔT，

其中，为蓄电池运行维护成本；C_Grid_,t为t时刻的分时电价，C_PV为新能源上网电价，C_EX,t为t时段内园区从电网购电的费用，C_s,t为t时段内的区域电网的网损造成的公共成本，P_Grid,t为t时刻园区从地区电网消耗的电能，P_loss为每个时间段内通过各节点电压幅值和相角计算的电网网损，n为电网节点数，N＝24，表示未来一天内的24小时，时间间隔ΔT＝1h。

作为优选，所述约束条件包括储能装置约束、电动汽车约束、配网电压约束、功率平衡约束和容量约束；

所述储能装置约束为：

-P_{BAT_max}≤P_BAT,t≤P_{BAT_max}

SOC_{BAT_min}≤SOC_BAT,t≤SOC_{BAT_max}

其中，P_{BAT_max}为储能装置最大充放电功率，SOC_{BAT_max}与SOC_{BAT_min}为储能装置SOC上下限；所述电动汽车约束为：

SOC_{EV_min}≤SOC_EV,t≤SOC_{EV_max}

其中，SOC_{EV_max}与SOC_{EV_min}为电动汽车SOC上下限；

所述配网电压约束为：

U_i,min≤U_i≤U_i,max

其中，U_i为配网电压U_i，max和U_i，min分别为配网电压的上限值和下限值；

所述功率平衡约束包括内部功率平衡约束、有功及无功平衡约束以及所在区域电网功率平衡约束，所述内部功率平衡约束为：

P_CR,t＝P_BAT,t+P_PV,t-P_EV,t

其中，P_CR，t为t时段园区光储充一体化控制器与电网交换的有功功率，P_BAT，t为t时段储能装置流向光储充一体化控制器的功率，P_PV，t为t时段光伏发电装置流向光储充一体化控制器的功率，P_EV，t为t时段光储充一体化控制器流向电动汽车的充电功率；

所述有功及无功平衡约束为：

P_Grid,t+P_CR,t＝P_Load,t

Q_Grid,t+Q_CR,t＝Q_Load,t

其中，P_Grid,t为t时段园区从地区电网消耗的有功功率，P_Load，t为t时段园区负荷总有功功率，Q_Grid，t为t时段园区从地区电网消耗的无功功率，Q_CR，t为为t时段园区光储充一体化控制器与电网交换的无功功率，Q_Load，t为t时段园区负荷总无功功率；

所在区域电网功率平衡约束为：

其中，P_i为电网节点i注入的有功功率，Q_i为电网节点i注入的无功功率，U_i为电网节点i的电压模值，U_j为电网节点j的电压模值，G_ij为电网节点i,j间的电导，B_ij为电网节点i,j间的电纳，θ_ij为电网节点i,j间的电压相角差；

所述容量约束包括：

发电机组有功、无功出力上下限约束：

和线路传输功率极限约束：

S_ijmin≤S_ij≤S_ijmax，

其中，P_GK为发电机组k的有功功率，P_GK(max)和P_GK(min)分别为发电机组k有功功率的上限和下限值，Q_Gi为发电机组i的无功功率，Q_Gi(max)和Q_Gi(min)分别为发电机组i的无功功率的上限和下限值，S为发电机组集合，S_ij为线路ij的传输潮流功率，S_ij，max和S_ij，min分别为线路ij传输潮流功率的上限值和下限值。

本发明的实质性效果是：能够在园区同时拥有光伏、储能装置和电动汽车并且已经并网的情况下，根据负荷和光伏的预测数据，进行日前经济优化调度，根据结果对储能装置和电动汽车的充放电行为进行合理规划，可以实现园区用户与电网综合的社会效益最大化，发掘了多种能源因素的经济潜力，与传统的不加控制仅仅接入新能源相比，具有较大优势和推广应用前景。

附图说明

图1为实施例一含光储充园区电网的电力***经济调度方法流程框图。

图2为含光储充一体化控制器的园区并网拓扑示意图。

图3为实施例一负荷及光伏预测数据。

图4为实施例一日前规划储能装置和电动汽车的充放电曲线图。

其中：100、园区，200、光储充一体化控制器。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。

实施例一：

一种含光储充园区电网的电力***经济调度方法，如图1所示，本实施例包括以下步骤：

步骤1：建立园区100内的光储充一体化控制器200、储能和电动汽车的数学模型。

(1)光储充一体化控制器200功率流模型：

P_ER＝P_B+P_PV-P_EV

P_CR＝P_BAT+P_PV-P_EV

其中，P_CR为光储充一体化控制器200与电网交换的有功功率，P_BAT为储能蓄电池流向光储充一体化控制器200的功率，P_PV为光伏发电装置流向光储充一体化控制器200的功率，P_EV为光储充一体化控制器200流向电动汽车的充电功率。

(2)储能装置维护成本及荷电状态模型：

采用应用较广泛的蓄电池(BAT)作为储能装置，考虑其运行及维护成本，并且为延长蓄电池使用寿命，需要合理控制其输出功率以及SOC值，SOC表示荷电状态。

蓄电池的运行维护成本

式中，为t时段BAT的运行维护成本系数，随设备使用时间的延长而增加，但在日前规划的时间尺度上认为其基本不变；P_BAT,t为t时段BAT的输出功率，其值为正表示蓄电池给光储充一体化控制器200充电，为负表示放电。

荷电状态(SOC)表示储能装置中剩余能量与完全充电容量的比值，为了使储能装置持续工作，SOC不宜过高或过低，SOC的定义如下：

式中，E_t为t时段的总能量；δ为蓄电池的自放电率，数值很小可以忽略；η^ch和η^dis分别为BAT的充电和放电效率；E_B为储能装置的总容量。

某时段t电池的荷电状态SOC可由上一时段SOC递推得到，可定义为：

(3)电动汽车荷电状态模型：

电动汽车通常采用“恒流-恒压”的充放电模式，因此将电动汽车在每小时内的充放电视为恒功率过程。园区100中电动汽车的电池SOC为：

式中，η_c和η_f分别为电动汽车的充放电效率；C_EV为电动汽车的电池额定容量，P_EV,t为t时段光储充一体化控制器200流向电动汽车的充电功率，t_g为电价谷时段，t_p为电价平时段，t_f为电价峰时段。

步骤2：将含有光储充一体化控制器200的园区负荷接入地区电网。

整个园区负荷由本地区电网的节点6接入，包括了如图2所示园区100本身的用户负荷Pload2以及经由光储充一体化控制器200接入电网的光伏、储能设备和电动汽车负荷。

步骤3：建立社会效益总体最优的目标函数。

其中：

C_s,t＝P_Grid,tP_loss·ΔT

式中，为蓄电池运行维护成本；C_Grid,t为t时刻的分时电价；C_PV为光伏等新能源上网电价；C_EX,t为t时段内企业从电网购电的费用；C_s,t为t时段内的区域电网网损造成的公共成本；P_Grid,t为t时刻从地区电网消耗的电能；P_loss为每个时间段内通过各节点电压幅值和相角计算的电网网损；n为电网节点数；N为24，代表未来一天内的24小时；时间间隔ΔT＝1h。

步骤4：建立各类约束条件。

(1)储能装置约束

储能装置的充放电功率存在上限，并且SOC不宜过高或过低，存在如下约束：

-P_{BAT_max}≤P_BAT,t≤P_{BAT_max}

SOC_{BAT_min}≤SOC_BAT,t≤SOC_{BAT_max}

其中，P_{BAT_max}为储能装置最大充放电功率，SOC_{BAT_max}与SOC_{BAT_min}为储能装置SOC上下限。

(2)电动汽车约束

电动汽车SOC不宜过高或过低，存在如下约束：

SOC_{EV_min}≤SOC_EV,t≤SOC_{EV_max}

其中，SOC_{EV_max}与SOC_{EV_min}为电动汽车SOC上下限。

(3)配网电压约束

合理规划光储充一体化控制器200并网有功及无功，可以对交流母线电压进行控制。为防止电压跌落或越限，需满足电压约束：

U_i,min≤U_i≤U_i,max

其中，U_i为配网电压U_i，max和U_i，min分别为配网电压的上限值和下限值。

(4)功率平衡约束

光储充一体化控制器200在运行过程中，始终满足内部功率平衡约束：

P_CR,t＝P_BAT,t+P_PV,t-P_EV,t，

其中，P_CR，t为t时段园区100光储充一体化控制器200与电网交换的有功功率，P_BAT，t为t时段储能装置流向光储充一体化控制器200的功率，P_PV，t为t时段光伏发电装置流向光储充一体化控制器200的功率，P_EV，t为t时段光储充一体化控制器200流向电动汽车的充电功率。

光储充一体化控制器200并网连接的交流母线处，满足有功及无功平衡约束：

P_Grid,t+P_CR,t＝P_Load,t

Q_Grid,t+Q_CR,t＝Q_Load,t

其中，P_Grid,t为t时段园区100从地区电网消耗的有功功率，P_Load，t为t时段园区100总有功功率，Q_Grid，t为t时段园区100从地区电网消耗的无功功率，Q_CR，t为为t时段园区光储充一体化控制器200与电网交换的无功功率，Q_Load，t为t时段园区100总无功功率。

园区负荷所在的区域电网内所需满足的功率平衡方程：

(5)容量约束

发电、负荷容量约束：

线路传输功率极限约束：

S_ijmin≤S_ij≤S_ijmax，

步骤5：以1小时为时间间隔进行日前经济优化获得调度结果。

以1小时为间隔，对如图2并网的园区负荷进行日前经济优化调度。相关设备的主要参数设置如表1所示。负荷及光伏预测数据见图3。分时电价及光伏电价见表2，设置社会总体效益最大为目标函数。

表1***参数设置

表2分时电价数据

进行日前经济优化调度的结果如图4，优化后的总体社会效益为16.808万元。可以看出，本方法使得园区100内的储能装置和电动汽车得到合理有效利用，发掘了多种能源因素的经济潜力。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims

1.一种含光储充园区电网的电力***经济调度方法，其特征在于，

包括以下步骤：

步骤一：建立园区光储充的光储充一体化控制器模型、储能装置模型以及电动汽车状态模型；

步骤二：将园区作为负荷节点接入地区电网；

步骤三：建立社会效益总体最优的目标函数；

步骤四：建立约束条件；

步骤五：以ΔT为时间间隔，进行日前经济优化，获得调度结果。

2.根据权利要求1所述的一种含光储充园区电网的电力***经济调度方法，其特征在于，所述光储充一体化控制器模型为功率流模型，所述功率流模型为：

P_CR＝P_BAT+P_PV-P_EV，

其中，P_CR为园区光储充一体化控制器与电网交换的有功功率，P_BAT为储能装置流向光储充一体化控制器的功率，P_PV为光伏发电装置流向光储充一体化控制器的功率，P_EV为光储充一体化控制器流向电动汽车的充电功率。

3.根据权利要求1或2所述的一种含光储充园区电网的电力***经济调度方法，其特征在于，所述储能装置为蓄电池，所述储能装置模型包括运行维护成本模型和荷电状态模型，所述运行维护成本模型为：

其中，为运行维护成本，为t时段BAT的运行维护成本系数，随设备使用时间的延长而增加，但在日前规划的时间尺度上认为其基本不变；P_BAT,t为t时段BAT的输出功率，其值为正表示蓄电池给光储充一体化控制器充电，为负表示放电；

所述荷电状态模型为：

其中，

E_t为t时段的总能量，δ为蓄电池的自放电率，数值很小可以忽略，η^ch和η^dis分别为BAT的充电和放电效率，E_B为储能装置的总容量。

4.根据权利要求1或2所述的一种含光储充园区电网的电力***经济调度方法，其特征在于，所述电动汽车状态模型为电动汽车荷电状态模型，所述电动汽车荷电状态模型为：

5.根据权利要求1或2所述的一种含光储充园区电网的电力***经济调度方法，其特征在于，社会效益总体最优的目标函数为：

其中：

C_s,t＝P_Grid,tP_loss·ΔT，

其中，为蓄电池运行维护成本；C_Grid,t为t时刻的分时电价，C_PV为新能源上网电价，C_EX,t为t时段内园区从电网购电的费用，C_s,t为t时段内的区域电网的网损造成的公共成本，P_Grid,t为t时刻园区从地区电网消耗的电能，P_loss为每个时间段内通过各节点电压幅值和相角计算的电网网损，n为电网节点数，N＝24，表示未来一天内的24小时，时间间隔ΔT＝1h。

6.根据权利要求1或2所述的一种含光储充园区电网的电力***经济调度方法，其特征在于，所述约束条件包括储能装置约束、电动汽车约束、配网电压约束、功率平衡约束和容量约束；所述储能装置约束为：

-P_{BAT_max}≤P_BAT,t≤P_{BAT_max}

SOC_{BAT_min}≤SOC_BAT,t≤SOC_{BAT_max}

SOC_{EV_min}≤SOC_EV,t≤SOC_{EV_max}

其中，SOC_{EV_max}与SOC_{EV_min}为电动汽车SOC上下限；

所述配网电压约束为：

U_i,min≤U_i≤U_i,max

P_CR,t＝P_BAT,t+P_PV,t-P_EV,t

所述有功及无功平衡约束为：

P_Grid,t+P_CR,t＝P_Load,t

Q_Grid,t+Q_CR,t＝Q_Load,t

所在区域电网功率平衡约束为：

所述容量约束包括：

发电机组有功、无功出力上下限约束：

和线路传输功率极限约束：

S_ijmin≤S_ij≤S_ijmax，

7.根据权利要求3所述的一种含光储充园区电网的电力***经济调度方法，其特征在于，所述约束条件包括储能装置约束、电动汽车约束、配网电压约束、功率平衡约束和容量约束；所述储能装置约束为：

-P_{BAT_max}≤P_BAT,t≤P_{BAT_max}

SOC_{BAT_min}≤SOC_BAT,t≤SOC_{BAT_max}

SOC_{EV_min}≤SOC_EV,t≤SOC_{EV_max}

其中，SOC_{EV_max}与SOC_{EV_min}为电动汽车SOC上下限；

所述配网电压约束为：

U_i,min≤U_i≤U_i,max

P_CR,t＝P_BAT,t+P_PV,t-P_EV,t

所述有功及无功平衡约束为：

P_Grid,t+P_CR,t＝P_Load,t

Q_Grid,t+Q_CR,t＝Q_Load,t

所在区域电网功率平衡约束为：

所述容量约束包括：

发电机组有功、无功出力上下限约束：

和线路传输功率极限约束：

S_ijmin≤S_ij≤S_ijmax，

其中，P_GK为发电机组k的有功功率，P_GK(max)和P_GK(min)分别为发电机组k有功功率的上限和下限值，Q_Gi为发电机组i的无功功率，Q_Gi(min)和Q_Gi(min)分别为发电机组i的无功功率的上限和下限值，S为发电机组集合，S_ij为线路ij的传输潮流功率，S_ij，max和S_ij，min分别为线路ij传输潮流功率的上限值和下限值。