[发明专利]基于动态批发市价的光伏-电池微电网能量调度管理方法

摘要

本发明公开了一种基于动态批发市价的光伏‑电池微电网能量调度管理方法，包括步骤：1)设计光伏发电系统的光伏电流等效电路模型；2)建立光伏发电系统最大功输出率模型；3)建立电池的电压与电流之间的方程关系；4)建立锂离子电池充放电次数与充放电深度之间的关系；5)建立光伏‑电池微电网系统的总经济收益模型；6)建立光伏‑电池微电网系统最高经济收益NPV和最高自给率SSR的模型；7)控制光伏‑电池微电网系统中由锂电池组成的蓄能电池单元在不同工作状态之间切换。本发明基于动态批发市价的光伏‑电池微电网能量调度管理方法，能够在兼顾微电网系统的可靠性和自给率的同时，提高微电网系统的经济效益。

主权项

1.一种基于动态批发市价的光伏‑电池微电网能量调度管理方法，其特征在于：包括以下步骤：1)设计光伏发电系统的光伏电流等效电路模型如下：式中：IPH为光伏电流，单位为A；I0为二极管模型反向饱和电流，单位为A；a为理想参数因子；Rsh为分流电阻，单位为Ω；Rs为串联电阻，单位为Ω；IPV为模拟光伏系统供电电流，VPV为模拟光伏系统供电电压；2)建立光伏发电系统最大功输出率模型如下：PPV,mpp＝max(VPV,IPV)  (2)3)光伏发电系统的蓄电池采用锂离子电池，在考虑锂离子电池的荷电状态下，建立电池的电压与电流之间的方程关系如下：式中：V为锂离子电池的电压，单位为V；E0为锂离子电池的开路电压，单位为V；K为偏振常数，单位为V/Ah；Q为锂离子电池的容量量；∫it为累计充电电量；A为指数区域振幅，单位为V；i为锂离子电池的电流；i*为过滤电流；R为内部电阻；B为指数区时间常数的倒数。4)用标准充放电次数测算锂离子电池的寿命，锂离子电池充放电次数与充放电深度之间的关系如下：式中：N为锂离子电池充放电次数，DOD表示锂离子电池充放电深度，c、m、d为通过拟合确定的参数；根据充放电深度的标准，建立充放电次数与锂离子电池的循环使用寿命关系的方程：式中:Nst为标准条件下的检测循环次数；Nred单位年内锂离子电池的充放电次数；DODi为第i次循环充放电中锂离子电池充放电深度；DODst为标准检测条件下的充放电深度；Ri取值为周期数，一般取值0.5和1；将循环次数计算所得Lcycle与产品标准寿命Lcal进行比较，为保证系统供电可靠性，锂离子电池寿命取其小值：L＝min(Lcycle,Lcal)  (7)5)建立光伏‑电池微电网系统的总经济收益模型Ry为：Ry＝REX,y+RER,y+RPS,y  (8)其中：R_ER,y是由光伏、电池储能电力源的接入，减少从电网购电，带来的经济收益；M为单位年内小时数，一年中M设定取值为8760小时；EL_r,t是动态市场电价；P_L,t为t时刻用户负载，P_Gim,t为t时刻电网输出的电量；R_EX,y是光伏‑电池系统输出电能获得的经济收益，P_Gex,t为t时刻电网购入电量；EL_w,t是单位电量实时批发动态电价，即光伏‑电池系统将额外电能向电网售出的电价；RPS,y是由光伏‑电池微电网系统中的电池储能系统根据市场电价和用户负载需求，进行峰值调节获得的经济收益，RPS,y＝(max(PL,t)‑max(PGim,t))·GFPS，GFPS为单位电量每年因峰值调节获得的经济收益；PGim,t和PGex,t的约束条件如下：PG,t是电网向光伏‑电池微电网系统的交换功率，当电网向微电网输电时，为正值，当微电网向电网售电，为负值；6)建立光伏‑电池微电网系统最高经济收益NPV和最高自给率SSR的模型：式中：Cinv为系统建设投资成本；Cmai,y为运行维护成本，Crep,y为置换成本；Ry为系统总收益；dr为折现率；T是指光伏系统的标准使用寿命，T的设定取值为25年；其中：Cinv＝UICbattery·CAPbattery+UICPV·CAPPV  (12)式中：UICbattery为单位电池容量成本；CAPbattery为电池储能容量；UICPV为单位光伏容量成本；CAPPV为光伏电力源容量。其中，在系统全生命周期内，由于电池系统的使用寿命低于光伏系统的使用寿命，因此电池系统存在置换成本，其置换费用与电池系统投资成本一致；另外光伏‑电池微电网系统还存在运行维护成本，设定每年运行维护成本不变，即：Crep,y＝UICbattery·CAPbattery·rrep,battery+UICPV·CAPPV·rrep,PV  (13)式中：rrep,battery为全生命周期内，电池储能系统运行维护参数因子；rrep,PV为全生命周期内，光伏系统运行维护参数因子；最高自给率SSR的模型如下：M为单位年内小时数，一年中M设定取值为8760小时；对上述最高经济收益NPV和最高自给率SSR的模型求解，找出Pareto最优解；7)在考虑微电网系统外部动态批发电价的基础上，结合负载功率PL,t与光伏功率PPV,t的关系，根据输入的决策变量ELr,L与ELr,H，确定PG,t与PB,t的功率数值，所述决策变量ELr,H和ELr,L分别表示动态市场零售电价高低两个决策变量，通过将动态市场电价ELr,t与ELr,H、ELr,L比较，控制光伏‑电池微电网系统中由锂电池组成的蓄能电池单元在以下工作状态之间切换：①当地区动态市场电价ELr,t低于ELr,L时，即ELr,t＜ELr,L时，让主网全部承担用户负载；并使蓄能电池单元处于荷电状态，且以最大充电功率PMchar,t进行快速充电，并确定光伏‑电池微电网系统在该工作状态下的约束条件为：(PPV,t+Pchar,t)·ηinv+PG,t＝PL,tPMchar,t＜PB,t≤0PPV,t+PB,t≥0PL,t为用户用电需求的负载功率；PPV,t为光伏系统的输出功率；PG,t是电网与微电网系统的交换功率，当电网向微电网输电时，为正值，当微电网向电网售电，为负值；PB,t是蓄能电池单元的荷电功率，当蓄能电池单元处于放电状态时，为正值，当蓄电池单元处于充电状态时，为负值；ηinv表示直流母线和交流母线之间的逆变器转化效率，取数值为0.95；Pchar,t表示蓄电池单元的荷电状态的数值；②当地区动态市场电价ELr,t高于ELr,H时，即ELr,t＞ELr,L时，由蓄能电池单元和光伏电力源承担用户负载，蓄能电池单元处于放电状态，并确定光伏‑电池微电网系统在该工作状态下的约束条件为：(PPV,t+Pchar,t)·ηinv+PG,t＝PL,tPMchar,t＜PB,t≤PMdisc,tPPV,t+PB,t≥0PMdisc,t表示蓄电池处于放电状态时的最小值，即下限值；PMchar,t表示蓄电池处于充电状态时的最大值，即上限值；③当地区动态市场电价ELr,t在ELr,H、ELr,L之间时，即ELr,L≤ELr,t≤ELr,H时，蓄能电池单元工作在荷电状态下，但蓄能电池单元不一定在最大充电功率PMchar,t下进行快速充电，而是由光伏系统在满足负载时，将额外的功率用于对蓄能电池单元充电，即满足PMchart≤PB,t≤0，在该状态下存在以下两种约束情况：情况1：PB,t+PPV,t≥0：在这种运行状态下满足PPV,t+PB,t≥0，电能总是从直流母线向交流母线输出，同时锂电池充电只能来自于光伏电力源，不会来自电网,约束条件为：(PB,t+PPV,t)·ηinv＝PL,t‑PG,t；情况2：PB,t+PPV,t＜0：在这种运行状态下满足PPV,t+PB,t＜0，电能可以从交流母线向直流母线输出，由于光伏系统供电功率不能满足蓄电池在最大荷电功率下充电，主网在满足用户负载的情况下，与光伏系统一起为蓄电池系统进行充电,约束条件为：PB,t+PPV,t＝(PL,t‑PG,t)·ηinv。