[发明专利]微电网的优化配置方法

权利要求书

1.一种微电网的优化配置方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：分别建立包括风力发电单元、光能发电单元、水力发电单元、蓄电池单元和柴油机发电单元的出力模型和负荷模型，再将上述所有的模型建立成微电网结构模型；

建立光能发电单元出力模型的函数表达式为：

T＝T_α+θ_G[1+θ_T(1-θ_Wv)]A

式中：P_PV为光伏电池输出功率，P_PV.R为额定功率；f_pv为光伏系统功率降额因数；A为光伏电池表面上的实际辐射强度；As为标准测试下的辐照度；α_p为功率温度系数；T_STC是标准测试下的光伏系统温度；T为光伏电池实际温度；T_α为环境温度；θ_G为光伏板的温度系数；θ_T为环境温度系数；θ_W为风速的降温系数；

将水力发电单元分为包括径流式水力发电单元和可调式水力发电单元，分别建立径流式小水电出力模型和可调式小水电出力模型；

建立径流式小水电出力模型的函数表达式为：

P_H＝9.81ηQH＝AQH

式中：P_H为小水电机组出力；H为工作水头；Q为发电流量；A为出力系数；

建立可调式小水电出力模型的函数表达式为：

V(t+1)＝V(t)+[Q_p(t)-Q_t(t)]×ΔT(t)

式中：P_PS.p(t)为抽水功率；P_PS.t(t)为发电功率；Q_P(t)和Q_t(t)分别为抽水流速和放水流速；K_P为抽水工况下的流速功率比；K_t为发电工况下的流速功率比；V(t)、V(t+1)分别为水库的t时刻始、末蓄水量；η_T为发电机组效率；η_P为水泵效率；η_WP为管道效率；

建立负荷模型考虑了需求侧响应特性，其需求侧响应特性的负荷转移率和负荷模型的函数表达式为：

需求侧响应特性的负荷转移率为：

式中：k为线性区曲线斜率；Δp是电价较高与较低时段的电价差值；m、n是时段转移率死区和饱和区阈值；

考虑需求侧响应后的各时段负荷模型为：

式中：P_d0(t)、P_D(t)是需求侧响应前、后的负荷；λ_pv、λ_pf、λ_fv分别为峰谷时段转移率、峰平时段转移率、平谷时段转移率；t_p、t_f、t_v分别为峰、平、谷时刻；分别为需求侧响应前的峰、平、谷时段负荷平均值；

步骤2：按水力发电单元的季节出力特性和市场的分时电价机制，先计算负荷响应后的微电网系统功率缺额，再将一年分为四个时段，然后根据功率缺额的大小，分别实施对应的能量调节策略来调节微电网系统中的功率缺额，得出符合各自出力特性的微源出力；

步骤3：建立微电网容量优化配置的目标函数和约束条件，根据步骤2中得到的各个微源出力,求解微电网系统总成本最小的微源配置方案；

步骤3中所述的微源配置方案求解步骤为：

1)将总成本分解为包括电源投资成本、设备运行维护成本、国家补贴、环境污染成本和网际交互成本；

2)再分别建立电源投资成本模型、设备运行维护成本模型、国家补贴模型、环境污染成本模型和网际交互成本模型的函数表达式；同时建立约束条件；所述的约束条件包括功率平衡约束、微电源出力约束、蓄电池约束、蓄水库水量约束、网际交互约束、考虑小水电的季节特性约束；

其中，电源投资成本模型：

式中：i表示不同的电源类型；c_i第i种微源的投资成本系数；P_Ei为第i种微源的额定功率；u为折现利率；γ为使用年限；

设备运行维护成本模型：

式中：c_Ri为第i种微源的维护成本系数；c_fi为第i种微源的燃料单价；E_i为第i种微源的年总发电量；

国家补贴模型：

式中：P_PV(t)、P_W(t)、P_H(t)、P_PS.t(t)分别为光伏、风电、径流式小水电、可调节小水电的t时刻的输出功率；a、b、c、d分别为各类微源对应的补贴系数；

环境污染成本模型：

式中：α为污染物种类；P_DIE(t)为t时刻柴油机的输出功率；k_α为污染物排放系数；为环境价值标准系数；β_α为排放惩罚标准系数；θ_α为治污标准系数；

网际交互成本模型：

式中：p_r(t)为t时刻的实时电价，P_grid(t)表示t时刻主网向微电网输送的功率；

功率平衡约束：

式中：P_i(t)为第i种微电源的实际输出功率；P_D(t)为t时刻的负荷功率；

微电源出力约束：

P_i.min≤P_i(t)≤P_i.max

式中：P_i(t)为第i种微电源的实际输出功率；P_i.min、P_i.max为第i种微电源输出功率下限和上限；

蓄电池约束：

P_c.min≤P_c(t)≤P_c.max

P_d.min≤P_d(t)≤P_d.max

SOC_min≤SOC(t)≤SOC_max

式中：P_c(t)为t时刻蓄电池的充电功率；P_d(t)为t时刻蓄电池的放电功率；SOC(t)为t时刻蓄电池的荷电状态；P_c.min、P_c.max分别为蓄电池充电功率的下限和上限；P_d.min、P_d.max分别为蓄电池放电功率的下限和上限；SOC_min、SOC_max分别为蓄电池荷电状态的下限和上限；

蓄水库水量约束：

V(t+1)＝V(t)+[Q_p(t)-Q_t(t)]×ΔT(t)

V_min≤V(t)≤V_max

式中：V(t)为水库t时刻的起始蓄水量；V(t+1)为水库t时刻末的蓄水量；ΔT(t)为时间间隔；Q_P(t)为抽水流速；Q_t(t)为放水流速；V_max、V_min分别为水库最大和最小允许水量；

网际交互约束：

P_grid.min≤P_grid(t)≤P_grid.max

式中：P_grid.max、P_grid.min分别为主网与微电网间联络线交换功率的上下限；

考虑小水电的季节特性约束：

V_k(t)≥V_k.min

式中：V_k(t)为枯水期水库蓄水量；V_k.min为枯水期的水库最小允许水量；

3)求解总成本最小的优化配置方案，

目标函数为：

minC_total＝min(C_IN+C_OM-C_PS+C_EN+C_TRAN)

式中：C_total为总成本；C_IN为电源投资成本；C_OM为设备运行维护成本；C_PS为国家补贴；C_EN为环境污染成本；C_TRAN为网际交互成本。