微电网日前优化调度

报名序号：0705论文题目：微电网日前优化调度微电网日前优化调度摘要微电网优化调度是一种非线性、多模型、多目标的复杂系统优化问题。传统电 力系统的能量供需平衡是优化调度首先要解决的问题，对微电网进行优化调度能更 好的实现经济利益最大化。LabVIEW是一种程序开发环境，是一种用图标代替文本进行创建应用程序的图形 化编程语言，采用数据流方式，程序框图结构，更直观的程序结构，与传统软件相 比较更精确，运算速度更快。为了研究微网日前优化调度问题，探究在不同供电方式下所产生不同的经济效 益最大化，选取出最优的供电方式，得到一个最优解，我们以LabVIEW为基础， 搭建模型，对于各种优化问题，对风电，光伏，蓄电池，负荷，电网当前供电量， 系统与电网的功率限制，首先考虑在不同情况下的各种可能，税后进行风电+光伏 的功率与负荷进行比较等数据判断，并与电网的功率限制进行比较，或者加上考虑 电池的影响下判断是否存在进行强制放电与强制充电时间段，并进行逻辑运算与判 断，优先做出特殊处理，再去考虑通常状态下负荷的供电的来源，依次分类考虑， 在不同情况下，风电，电网，蓄电池的不同条件限定和不同时间时大小的比较，在 不同时间段的价格，再算出电网单位时间的供电量，判断并调控如何整体的运行或 调整微电网和电网的交换方案和方式，再进行具体规划，在不同情况下，具体到每 个值，在一定的逻辑和反复的比较下，得到一个整体时间的最优解，即为微电网日 前优化调度。关键词：LABVIEW；最优解；微电网；逻辑算法;一、问题重述面对不断增长的电能需求以及化石能源的短缺开，发新型可持续发展的可再生 能源成为迫切需求。以风力发电、太阳能发电等为代表的环境友好型的电能生产技 术不断成熟。可再生能源根据其接入电力系统方式的不同，分为大规模集中接入和分布式 接入，分布式接入主要应用于微电网。根据百度百科，微电网(Micro-Grid)也 译 为微网，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置 等组成的小型发配电系统。如何妥善管理微电网内部分布式电源和储能的运 行，实现微电网经济、技术、环境效益的最大化成为重要的研究课题。图 1 示意了一个含有风机、光伏、蓄电池以及常规负荷的微电网系统。 日 前经济调度问题是指在对风机出力、光伏出力、常规负荷进行日前(未来 24小时)预测基础上，考虑电网侧的分时电价，充分利用微网中的蓄电池等可调 控手段，使微电网运行的经济性最优。微电网系统在满足各电源运行约束和负荷需求基础上，可对系统未来 24 小 时的出力调控进行优化，以实现经济性最优。系统的总成本包含风机与光伏的发电 成本、蓄电池的成本，以及并网运行下微电网系统与外部电网之间的电能交换成 本。本题假设负荷预测、风机和光伏未来出力已完全准确，具体数据示于附表1。对 于蓄电池，为防止蓄电池过充和过放的发生，蓄电池的荷电状态 (SOC, State-of-Charge,即电池剩余电量与电池容量的比值)应满足上、下限值约束。S S S(1)min t max式中，st、Smin、Smax分别为蓄电池t时段的SOC状态及其上、下限值。即当 min maxSOC到达电池最大值(S =0.95)时，电池停止充电；当SOC到达最小值(S .maxmin=0.3)时，电池停止放电。在单位时间间隔&内，蓄电池的充、放电功率均恒定，SOC数值变化由下 式决定：% P X At-P Y Atcha ,t tdis,t ts = S0 + (2)t 0 Eb式中,s0为蓄电池的初始SOC状态;P和P分别为蓄电池在第t个时段 的0cha,tdis,t充电和放电功率；Xt和Yt分别为蓄电池的充电状态和放电状态，其中 X w0,l, Y w0,l； At为单位时间间隔，T为时段总数。tt考虑到在同一时间间隔At内，蓄电池不能同时处于充电和放电状态，因此蓄电池的充放电状态需要满足以下约束：X Y = 0(3)tt蓄电池在参与系统的运行优化过程中，其能量状态需满足在调度周期始末相等的约束：S 二 S(4)0T同时，考虑到蓄电池充放电功率大小与电池的寿命有关，单位时间内充放电 最大功率为蓄电池组额度容量的 20%，即 0.2 E Xbt 0.2 E Ybt5)0Pcha,t0Pdis,t式中，Eb为电池容量。在一个调度周期内，蓄电池的充放电次数以及放电深度都会对电池寿命造成 影响，放电深度可以由式（5）进行约束，充放电次数需满足：|X - X Nt + 1t1Y - Y I 画|殆曲的釉电用户全天的供电费用就是负荷所需电量乘以购电单间就能输出供电费用蓄电池不作用，可再生能源全额利用的情况下，微电网发电的功率需要与负荷功率相比较，如果能满足负荷要求则不需要向主电网购电。其发电成本算法编程如下:*该程序中加入了比较判断环节，满足条件则为真，算法运行。当然，在微电网全额发电下，可能有发电功率超过负荷的需求时间，这段时间微电网就可以卖电了。卖电与成本的数据计算编程如下:三前誉E回二-二FiiF顾捡卜-1 |电岡II SSj未吕屯同 II - jEl萍凤n nml如果微电网发电功率不能满足负荷要求，则需要向电网购电 ,这段时间就需要负荷提供 成本和购电的费用，其算法编程为：F w i吟X包 口口口 口口口口口口口口口 口口口口 D D D D D 口口口口 D D D D D D D D D D D*LU-11一亜EEI然后逻辑整合，并对数据库进行调用，运行程序即可以通过前面板显示数据053757&aa?5.i?ZraarT |Tf l|.匱誡 Pju此程序此状态是风机、光伏供电时费用的算法之一，先判断微电网发电功率能否满足负 荷需求，再判断风机发电够不够负荷运行需求，能满足负荷的需求，就把风机多余的发 电量卖给电网，以达到经济利用最大化，此运行结果与其它状态（见附录）的结果经过 逻辑整合，最终前面版显示结果如图0仔37轻in:所以全天总供电费用为1778.78元，平均购电单价为0.537823元/kWh.各时段的供电状态可以看指示灯，也可以下拉数组显示全部动态。具体各时段的分布构成见附录。 最优日前调度方案二蓄电池现在可能工作，且微电网与主电网之间的功率交换不得超过150kW，可再生能源 全额利用，对负荷平均供电单价进行优化。需要考虑充电成本，电池的充放电相当于在 成本或购电单价上加了 0.2元/kWh. .购价成本价0.250.530.820.95-0.72-0.45-+0.73-1.02-售价成本价.0. 250. 530.820.950.720.45+0.731.02根据这两张表可以可以看出蓄电池的最优工作时间，然而微网的不可再生能源发电 是全额利用，如果微网加上电网满足不了负荷要求，还差多余150kw的功率，这就要考 虑蓄电池的强制放电，如果微网发电量大于给负荷和电网还多150kw的功率，其判断程 序如下然后根据程序给出的强制充放电时间段，确定次优解，在对电池隔段时间的经济损耗进 行比较得出最优解。再对目标进行逻辑编程实现目标最优求解口口口口口 口口口口口 口口口口口- 口口口口口口口I. - _-.12J 卄口口- -口口口口口匚-口口口口口匚-口口口口口匚-口口口口口匚口口 口口口 口口口口口 口口口 口口口 口口口 口口口 口口口 口口口 口口口 口口口 口口口 口口口 口口口 口口口 口口口 口口口 口口口 口口口 口口口 口口口 口口口其运行结果为下图所示.L3.= ?= 弩S B. 7951a代二徒血ma狂帕MItQ9&ddayaaMl5-厂 JLWSKiMr啟兰岭”低&肿W,7KW04S.RXDLZ5CJSxlZ *|仇的lif.?21tLri-ft73-r1I1.L2 I -勺最优日前调度方案三蓄电池的工作状态可以根据题目三表中的数据确定蓄电池的最优运行时间，然后用题目二中方法，对价格比较来判断是否弃光或弃风。然后再结合蓄电池的工作时间来求次优解，然后再分段对经济损耗进行比较求出最优解，其编程如下在计算过程中也要考虑微网发电能否满足负荷需求或是否超出负荷要求，其编程判断为在此程序中也对每个时段的总体用电成本做出来计算，然后在与前面的逻辑关联处理就可以通过程 序处理得出目标所需值。413j=5Jizuwihi划月英弄止FEP严5-V.4t2FPM4.3172QEC心聲EH壬宅欣45|沁却553.7KW押仲SW咖聶却申述+ftT*JI鋅 玉 Id丘Rt=I：i常.诜我F3J37E-lMKW/h电净I真班切虜!5両“耳.密iElYWI虞!5両阳備b175Krt/h屯龙也E血底畑iaF.753KW/biTM.il Sit0-.Z3CS2G.M-1H.72Q.4-3-+-I.M- 1 .艮冊眦血嗨翻有此可读出全天总供电费用为1720.56元，平均购电单价为0.5190元/kWh。综合分析 微电网涉及到多个利益主体，通过上面几种方案的编程分析可知，但从负荷供电单价最小为目标，最优调度方案三的负荷平均购电单价最优，约为0.5190元/kWh，但是 在此方案中电池的充放电过程不仅有充放电损耗，而且充放电次数与充放电的深度密切 影响着电池的使用寿命，并且这一天中对风机和光伏的舍弃与接入，与电网之间的开关 损耗较大，开通和关断过程中的瞬时冲击电压或电流，会对微网发电机组形成冲击，造 成发电机组加速损耗。从负荷供电单价最小的次要调度方案是调度方案一，该方案与方 案三比较，少了蓄电池的作用，少了蓄电池的损耗和成本，但是由于风电与生俱来就有 不确定性，间歇性，光电也受光照强度影响，所以这就造成了微网不稳定和不可靠性降 低，所这需要一个中间量进行调度，以保证微电网的稳定性和可靠性。对于调度方案二， 对可再生能源全额利用了，但是中间过程中有完全没考虑发电成本，不能体现高速发展 社会的经济利益最大化。所以我个人认为选用方案三，对于中间的开关合闸采取智能化 控制措施，尽量减少人为操作。对于储能装置的，要积极研究新型材料，努力在未来的 做得更好。四、对微电网的认识传统的电力系统日益显出很多弊端，同时，全世界目前使用的绝大部分能源取自 化石燃料，即煤炭、石油和天然气等非可再生资源。燃烧化石燃料会产生诸如硫化物、 氮氧化物、二氧化碳和粉尘等空气污染物，会带来很大的环境污染问题。其中氮氧化物 发持续生光化学反应会破坏臭氧层。而且，硫化物和氮氧化物会加剧酸雨的形成，同时， 随着二氧化碳排放量的上升，温室效应使的全球性气候变暖的趋势愈演愈烈，成为自 然生态系统需要面临的重大问题，给人类社会的生存和发展造成了一定的威胁。如果大 气温度上升超过一定值，则可能导致气候突变，对自然环境和生态平衡造成不可逆转的 破坏，给整个人类社会带来毁灭性的灾难。能源危机和环境污染已成为当今世界所面对的两大主要社会问题，关系到人类社会 的生存和发展。为提高国家能源供应安全并应对气候的变化，当前世界各国都在积极寻 求发展可替代能源，探索低碳化甚至是无碳化发展，以缓解能源危机，改善能源结构， 进而实现资源和环境的协调发展以及社会的可持续发展。可再生能源的大力发展已成为 我国重点推动和鼓励的战略之一，可再生能源发电的利用对于环境保护，西部大开发， 解决农村问题和生态建设问题等都能够起到至关重要的作用，同时也是调整全球能源结 果的必要之路。微电网在分布式发电技术的基础上，结合分布式电源、储能装置、控制装置以及热 电负荷，以形成可以控制的热电联供装置，在此基础上，能够做到同时保证系统用户的 用电负荷和热能需求。微电网在电力系统中具有双角色：首先，对于电力系统而言，微 电网可以做为负荷，并且具有调度性；然而，对于用户而言，微电网作为一个可以定制 的电源，可以满足多种多样的供电和供热需求。微电网概念的提出，使得多种分布式电 源能够在配电网中大规模接入，保证了分布式发电在中低压配电网络中的适用性，具有 以下三个反面的优点针对微电网和大电网的公共连接点制定了并网标准，由于并网标准与单个微电源无 关，因此，微电网可以灵活的处理分布式电源的接入和退出，解决了分布式电源的大规 模的接入问题。微电网可以有效提高能源的利用效率，同时可以降低成本、缩短负荷和电源的距离， 是系统的无功供应能力得到提高，进而使得系统电压的分布特性得到很大的改善，降低 了上层高压网络的网损；微电网可以有效减少各种环境污染气体的排放总量，达到节能减排的效果；同时， 微电网可以通过降低用户的电价以提高用户的经济效益。在系统电网的发展趋势下，实 时电价将会不断普及，在电价较高的时段内，微电网可以充分发电，以发挥其经济效益， 减少从大电网的购电费用；而在电价较低的时段内，微电网中的蓄电池可以进行能量储 存，从电网中购电以保证微电网内的负荷需求。通过微电网与大电网的并网运行，可以增强电网的稳定性和可靠性，同时，由于清 洁能源的有效利用，微电网能够很大程度上减少污染气体对环境的危害，降低不可再生 能源的利用率，达到节能减排的效果。随着微电网技术的不断成熟，越来越多的国家开 始研究微电网技术的开发，不论在理论还是实践方面，微电网技术都已经得到了许多国 内外的认可，并且有了很大的进展，在优化调度问题方面，微电网与传统的大电网具有 很明显的区别：由于微电网中一些微电源特殊的发电特性，能够同时给系统提供电能和 热能，即可以通过热电联供的方式来保证系统的更加经济的运行：同时，由于分布式电 源的灵活性，使其组合具有多样的特点，给微电网形同的优化调度带来一定的困难。微电网技术为解决现阶段全球变暖以及环境恶化，不可再生能源的储量减少等环境 问题提供了有效的方法。微电网能量管理和优化调度问题作为微电网发展的重要研究方 面，成为微电网技不断推广的关键技术，因而具有重要的理论价值和工程价值。但是在微电网中由于考虑环境和电网安全问题，越来越多的国家和政府开始重视微 电网的发展。微电网与传统的电网相比，由于风能和太阳能的随机性和间歇性，系统的 安全问题面临着更高的风险，同时系统的调度问题，电能质量问题也待解决。因此微电 网的优化调度研究有着十分重要的意义。同时蓄电池寿命受很多因素影响，包括放电深 度、充电程度、温度、充放电电流等。储能装置在微电网工作时，蓄电池的充放电控制 对微电网的优化和蓄电池寿命都具有十分重要的影响。因此在微电网的建设中要充分考 虑地区的地理条件，气候因素的影响，对于各装机的容量分配调度要严格仔细的计算， 以做到经济利益最大化。我国对于微电网的研究处于起步阶段，在微电网的优化调度方面还有许多工作需要 研究，微电网的模型有待完善，为贴近事实应考虑各时段的爬坡约束和电网约束，同时， 微电网内负荷的分散性以及微电网内各微电源的选址规划成为十分重要的问题。微电网供电时，某些发电设备发电所需成本高于从主电网购电价格，这可能导致系 统运行不够经济，这时就需要我们对微电网的装机容量进行规划微电网储能技术深入研究，在以后研究中应该更多的考虑其它的新型的分布式储能 技术，建立适合微电网系统的分布式储能技术数学模型，使其能够发挥多种分布式储能 技术在微电网中的重要作用附表序号负荷(kW)风机(kW)光伏(kW)164.3163.10265.5201.470366.7154.260466.9140.290567.5200.290667.72500768154.260868.2125.640970.2182.8701071.9211.6701171.9214.1101271.9224.4101370.7158.2601470.7135.4501571.3163.101672175.4901776.5219.3801877.625001978.7168.0402078.8124.560.062190.6170.150.962293.8201.472.112394.7231.444.042494.82506.5425110.5235.019.1826113.1227.5913.427113.9135.916.2928114.3106.2520.1929132.2213.8128.830145.425034.7831145.2221.2531.6232145.1204.1439.6133154.1246.6246.0834157.425053.6635156.5179.0236.2936155.5144.0649.6437144197.3676.9638142.2227.9166.8139142.1215.9655.5740142.1218.4488.6241125.3212.2887.0242118.9210.1554.0443116.9153.7663.4444115.9124.77101.5945115.490.46104.114611557.3590.6847124.196.2291.8548127.1114.6666.7849130.294.3977.1450131.686.9863.7651140.769.4775.4652141.855.77110.4653143.974.3670.5754145.583.41103.1555145.550.3372.7956145.637.2167.4157144.79.128.9458144.41.3423.8959145.219.5419.7560145.333.0631.5361149.62.0240.4862150.3063.9563150.110.4759.416415016.3550.7665203.521.0741.6466207.227.1123.396720743.7524.8668206.953.4520.669215.519.6117.470223.99.9515.067122572.1913.5972225.5120.2822.0873233.981.9118.274237.576.8812.1575236.662.815.3776236.156.822.0777215.434.907821123.98079210.925.11080210.823.4308119858.69082197.993.67083198.593.49084198.699.55085180.856.82086177.226.01087177.816.74088177.96.97089161.518.98090147.323.12091147.244.43092147.255.64093117.292.41094107.5109.010956273.4209658.763.80附图部分程序图I阖si凤乱ppi时 0.74KQ0联1wllimj|I ln|Ii* lEg皿呼 d心咔piam：-晅!fluin-妊0台前功总| If I g!MITK玛私T憫兰瘴直G同总白尺机 迈WBitSm占就前i量眸呑tWB*HZET参考文献网址1总智能电网中微电网优化调度综述， 2陈达威 朱桂萍，微电网负荷优化分配， 科普中国，LabVIEW,HgdN426kjGd9oPXwRl0L6Rp3B3a4苗雨阳，微电网优化调度研究，