一种微电网储能系统及优化配置方法与流程

1.本发明涉及微电网储能系统领域，尤其是指一种微电网储能系统及优化配置方法。


背景技术：

2.储能技术作为微电网中的重要技术支撑，可以消除微电网内的不平衡功率，配合间歇式电源用做电力系统调峰，降低系统的供电成本，提高新能源使用效率；同时也可提高微电网电压和频率质量、增强系统运行稳定性。
3.储能技术涵盖广泛，考虑时间尺度优化配置分布式储能，对新型电力系统下的系统综合用能效率具有较大影响。
4.当前，国内外研究者针对储能系统的配置和运行优化问题已进行了一系列的研究。现有技术中，对微电网储能系统进行优化配置一般以储能装置的成本最低建立目标函数，或者以保证系统稳定运行时的最小容量为优化目标，但是上述配置方法的局限性在于只看到了储能系统最直接的成本，即运行损耗成本和储能购置成本，不能在兼顾运行经济性的同时对储能系统中不同类型的储能装置的功率进行优化设置。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是提供一种微电网储能系统及优化配置方法，其建立内层和外层优化配置模型，能对微电网储能系统中各储能装置进行最优功率设置，优化微电网储能系统的生命周期成本和运营成本，满足微电网储能系统运行可靠性和经济型。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种微电网储能系统的优化配置方法，包括以下步骤：s1、获取微电网储能系统的系统初值；s2、将所述系统初值输入至预设的内层优化配置模型，求解得到所述微电网储能系统中各储能装置的最优功率分配方案；计算基于所述最优功率分配方案下的微电网储能系统的运营成本；s3、将s2中得到的最优功率分配方案输入至预设的外层优化配置模型，求解得到所述微电网储能系统的运行损耗成本和储能购置成本；s4、基于所述最优功率分配方案，将所述微电网储能系统的运营成本、运行损耗成本和储能购置成本相加后输出，得到微电网储能系统的整体优化结果。
7.作为优选的，所述s2中，根据所述最优功率分配方案对各储能装置进行功率分配具体包括：建立微电网储能系统的功率分配指令矩阵；将所述功率分配指令矩阵中的功率分配指令分配给各储能装置，得到一次功率分配结果；计算一次功率分配结果下各储能装置的功率缺额值或功率盈余值；根据各储能装置的功率缺额值或功率盈余值向所述微电网储能系统中加入功率性储能装置。
8.作为优选的，所述所述功率分配指令矩阵为：
9.其中，p
es
表示微电网储能系统整体的功率，第j列表示储能装置j在一个周期内所有时刻的功率指令数列，而第i行表示所有储能装置在一个周期内第t时刻的功率指令数列；相应地，所述指令矩阵中m、n分别指储能系统包含m个储能装置，以及一个周期包含n个时刻。
10.作为优选的，所述内层优化配置模型以所述微电网储能系统的运营成本最小为目标，以所述微电网储能系统的容量、功率及荷电为约束进行构建。
11.作为优选的，所述内层优化配置模型的目标函数如下式：
12.y
ep
＝co(t) cf(t) cc(t) cm(t)；其中，co(t)表示微电网储能系统中各设备维护成本,cf(t)表示微电网储能系统中柴油机等可控机组的燃料成本；cc(t)表示因燃料燃烧所需的大气治理成本；cm(t)表示微电网储能系统与大电网的电量交易成本。
13.作为优选的，所述所述内层优化配置模型的功率约束满足：其中，pm(t)为微电网储能系统与大电网的实时交互功率，p
cg_j
(t)表示微电网储能系统中柴油机等可控机组的实时充放电功率，p
es
表示微电网储能系统的功率，p
dg_j
(t)表示微电网储能系统中不可控机组的实时充放电功率，p
es
(t)表示微电网储能系统的实时功率，p
load
(t)表示本地实时用电功率；所述内层优化配置模型的容量约束满足：e
es_j
表示微电网储能系统中储能装置j的容量；所述内层优化配置模型的荷电约束满足：soc
min
≤soc≤soc
max
；其中，soc表示微电网储能系统的荷电值。
14.作为优选的，所述外层优化配置模型以所述储能系统的生命周期成本和运营成本最低为目标，以所述微电网储能系统的容量和功率为约束进行构建。
15.作为优选的，所述外层优化配置模型的目标函数如下式：其中，ci表示微电网储能系统的储能购置成本，cr表示微电网储能系统的运行损耗成本，y
ep
表示内层优化配置模型的目标函数。
16.作为优选的，所述外层优化配置模型的功率约束和容量约束满足：
17.其中，ci表示微电网储能系统的储能购置成本，cr表示微电网储能系统的运行损耗成本，y
ep
表示内层优化配置模型的目标函数。
18.本发明还提供了一种微电网储能系统，其特征在于，所述微电网储能系统由上述的微电网储能系统的优化配置方法配置而成。
19.本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
20.1、本发明通过设置内层优化配置模型，上述内层优化配置模型能够输出微电网储能系统中各储能装置的最优功率分配方案，优化某储能容量下微电网各储能装置的功率分配，使微电网储能系统的运营成本最低。
21.2、本发明通过建立外层优化配置模型，上述外层优化配置模型与内层优化配置模型协同作用，基于最优功率分配调度方案，上述外层模型能够计算微电网储能系统的运行损耗成本和储能购置成本并与微电网储能系统的运营成本相加输出，得到微电网储能系统的整体优化结果，满足微电网储能系统运行可靠性和经济型。
附图说明
22.为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
23.图1为本发明的流程示意图；
24.图2为本发明中对储能装置进行功率分配的流程示意图。
具体实施方式
25.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
26.参照图1～图2所示，本发明公开了一种微电网储能系统的优化配置方法，包括以下步骤：
27.步骤一、获取微电网储能系统的系统初值。其中，上述系统初值包括微电网储能系统的生命周期、储能容量、充放电功率和微电网储能系统中的相关储能装置等。
28.步骤二、将上述微电网储能系统的相关系统初值输入至预设的内层优化模型中，上述内层优化模型进行求解，输出在某储能容量下微电网中各储能装置的最优功率分配方案，使微电网储能系统的运营成本最低。
29.对各储能装置进行功率分配，并计算在上述功率分配方案下的微电网储能系统的运营成本。
30.其中，上述内层优化配置模型实际上为微电网储能系统的能量调度模型，上述内层优化配置模型以微电网储能系统的运营成本最小为目标，以微电网储能系统的容量、功率以及荷电为约束进行构建。
31.上述内层优化配置模型的目标函数设置为：
32.y
ep
＝co(t) cf(t) cc(t) cm(t)；其中，co(t)表示微电网储能系统中各设备维护成本,cf(t)表示微电网储能系统中柴油机等可控机组的燃料成本；cc(t)表示因燃料燃烧所需的大气治理成本；cm(t)表示微电网储能系统与大电网的电量交易成本。
33.上述内层优化配置模型的约束条件设置为：
34.(1)内层优化配置模型的功率约束满足:
35.p
dg_j
(t)表示微电网储能系统中不可控机组的实时充放电功率，p
es
(t)表示微电网
储能系统的实时功率，p
load
(t)表示本地实时用电功率。
36.可见微电网储能系统内可控发电机组、不可控发电机组以及本地实时用电在满足负荷的功率需求之后，剩余功率就等于微电网储能系统和大电网(大范围互联电网)的交互功率。
37.其中，pm(t)为微电网储能系统与大电网的实时交互功率，p
cg_j
(t)表示微电网储能系统中柴油机等可控机组的实时充放电功率，p
es
表示微电网储能系统的功率。
38.通过以上三式能够分别得到微电网储能系统与大电网的交互功率约束、微电网储能系统中可控发电机组的充放电功约束和微电网储能系统整体的充放电功率约束。
39.(2)内层优化配置模型的容量约束满足：e
es_j
表示微电网储能系统中储能装置j的容量。
40.(3)内层优化配置模型的荷电约束满足：soc
min
≤soc≤soc
max
，其中，soc表示微电网储能系统的荷电值。可见，上式表示储能系统荷电状态允许的变化范围。
41.进一步地，对各储能装置进行功率分配时，使用自适应soc功率分配方法。
42.对各储能装置进行功率分配具体包括：
43.首先，以储能系统的经济性为目标，在一定的约束条件下，建立微电网储能系统在一个周期内的功率指令矩阵(功率为正值则为放电，功率为负值则为充电)。
44.功率指令矩阵为：
45.其中，p
es
表示微电网储能系统整体的功率，第j列表示储能装置j在一个周期内所有时刻的功率指令数列，而第i行表示所有储能装置在一个周期内第t时刻的功率指令数列；相应地，所述指令矩阵中m、n分别指储能系统包含m个储能装置，以及一个周期包含n个时刻。
46.其次，进行长时间尺度下的一次分配：以储能系统的运行损耗成本最低为优化目标，将功率指令分配给储能系统中不同的储能装置，得到的结果称为一次分配结果。然后进行短时间尺度下的二次分配：根据各储能装置的功率缺额值或功率盈余值向微电网储能系统中加入功率性储能装置，靠功率型储能装置来实时补充一次分配下各储能装置功率缺额或吸收一次分配下的功率盈余。
47.优选的，与蓄电池等能量型储能元件相比，功率性储能装置具有更高的功率密度，也具备更高倍率的充放电能力，而且其循环寿命也高于能量型储能元件，能够适应高速高频的充放电过程，因此，选择功率型储能作为功率二次分配的执行元件，用来平抑微电网中预测功率外的瞬时大幅度功率波动。其中，设计功率型储能装置的荷电约束，保证其始终有
充足的容量来完成二次分配中的实时修正任务。将功率型储能装置的荷电约束条件设计为一个动态的范围，通过上个分配周期内功率预测的误差反馈来自动调整上下边界，保证在整个分配周期内，功率型储能装置始终留有一定的剩余容量来平抑一次分配之外的功率波动。
48.步骤三、将步骤二中得到的功率分配方案输入至预设的外层优化配置模型，求解得到微电网储能系统的运行损耗成本和储能购置成本。
49.其中，外层优化配置模型以所述储能系统的生命周期成本和运营成本最低为目标，以微电网储能系统的容量和功率为约束进行构建。
50.上述外层优化配置模型的目标函数如下式：
51.其中，y
ep
和y
ep
分别表示外层函数和内层函数，ci表示微电网储能系统的储能购置成本，cr表示微电网储能系统的运行损耗成本，y
ep
表示内层优化配置模型的目标函数。
52.外层优化配置模型的功率约束和容量约束满足：
53.e
es
表示微电网储能系统的储能容量，p
es
表示微电网储能系统的功率。
54.步骤四、将微电网储能系统的运营成本、运行损耗成本和储能购置成本相加并输出，得到微电网储能系统的整体优化结果。
55.本方案通过建立内层和外层优化配置模型，能对微电网储能系统中各储能装置进行最优功率设置，优化微电网储能系统的生命周期成本和运营成本，满足微电网储能系统运行可靠性和经济型。
56.根据上述的微电网储能系统的优化配置方法，本发明还公开了一种微电网储能系统，上述微电网储能系统由上述的微电网储能系统的优化配置方法配置而成。使得微电网储能系统的可靠性和经济型更好。
57.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
58.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
59.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指
令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
60.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
61.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。