[發(fā)明專利]一種針對融入儲能設備的電網系統電能調度方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310378566.3
• 申請日: 2013-08-27
• 公開（公告）號: CN103532157A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設計）人: 張榮超;吳遠;俞立;梁曉
• 申請（專利權）人: 浙江工業(yè)大學
• 主分類號: H02J3/28
• 分類號: H02J3/28;G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;袁木棋

1.一種針對融入儲能設備的電網系統電能調度方法包括以下步驟：

1).建立發(fā)電廠利潤的數學模型，如下：

E(L^j，Q，Γ，θ₁，θ₂)=F(L^j，θ₁，θ₂)-G(Q，Γ)

s.t.Γ≤Γ_max

Q≤Q_max.??????????????????(1)

I=1Q>Lj0Q≤Lj.]]>

(1)式中，E(L^j，Q，Γ，θ₁，θ₂)為發(fā)電廠利潤，由發(fā)電廠向用戶收取的費用F(L^j，θ₁，θ₂)與發(fā)電廠的供電成本G(Q，Γ)相減得到。L^j表示所有用戶在j時隙的電能總需求；θ₁，θ₂為發(fā)電廠控制負荷波動的調控系數。Q表示每個時隙(一小時)的負荷平均值，Q_max為發(fā)電廠的裝機容量；Γ_max表示儲能設備的儲能上限，Γ表示累積的存儲電能。

發(fā)電廠向用戶收取的總費用為用戶的電費和根據用電負荷波動得出的額外費用相加之和，如式(2)所示：

F(Lj,θ1,θ2)=Σj=124[aj(Lj)2-bjLj]+{θ1[max(Lj)(Σj=124Lj)/24-1]+θ2[(Σj=124Lj)/24min(Lj)-1]}.---(2)]]>

其中，a^j和b^j是購電代價系數。

通過儲能設備的充放電來消除發(fā)電峰值和谷值，發(fā)電量超出負荷的部分電能由儲能設備進行存儲，發(fā)電量不能滿足負荷的部分電能由儲能設備釋放。發(fā)電廠的供電成本為發(fā)電廠持續(xù)穩(wěn)定發(fā)電時的發(fā)電成本和儲能成本相加之和，如式(3)所示：

G(Q,Γ)=(a1jQ2+b1jQ)*24+a2jΓ2+b2jΓ]]>

s.t.Γ≤Γ_max???????????????????????????(3)

Q≤Q_max.

其中，和為發(fā)電成本系數，和為儲電成本系數，通常情況下此系數值較高。

2)建立用戶組的利益函數模型。用戶組的利益函數是由所有用戶的用電滿意度之和減去用電代價得到，如下式所示：

U(xij,Lj)=Σj=124Σi=1nA(xij)-C(Lj)]]>????????????????(4)

s.t.Σi=1nxij≤Lj.]]>

其中，表示用戶i在j時隙的用電滿意度，C(L^j)表示所有用戶的用電代價函數。表示用戶i在j時隙的用電量需求。

用戶i在j時隙的用電滿意度函數如下所示：

A(xij)=ωijxij-αij(xij)2---(5)]]>

s.t.xij≤ximaxj.]]>

其中，和是用戶i在j時隙的用電需求參數，且

用戶的用電代價函數如下所示：

C(Lj)=Σj=124[aj(Lj)2-bjLj]-{θ1[max(Li)(Σj=124Lj)/24-1]+θ2[(Σj=124Lj)/24min(Lj)-1]}.---(6)]]>

用戶的用電代價函數即為用戶需要向發(fā)電廠交的電費，等于發(fā)電廠的向用戶收取的總費用函數(2)。

3)優(yōu)化電能調度。發(fā)電廠通過收集用戶向發(fā)電廠提供的用電需求信息，并通過基于粒子群算法的調控方法來搜索得到利潤最大時的調控系數θ₁，θ₂。用戶組根據發(fā)電廠提供的調控系數和用電需求參數并且利用基于單純形法和拉格朗日對偶法的調控方法得到最佳的用戶用電計劃。

2.如權利要求1中所述的針對融入儲能設備的電網系統電能調度方法，其特征在于：在所述步驟3)中，通過使用基于粒子群算法的調控算法計算得到利潤最大時的調控系數θ₁，θ₂，并通過使用基于單純形法和拉格朗日對偶法結合的方法來優(yōu)化用戶用電，得到最佳的用戶用電計劃。其主要包括如下步驟：

3.1，確定發(fā)電廠的利潤優(yōu)化問題的目標函數如下：

maxLj,θ1,θ2E(Lj,Q,Γ,θ1,θ2)=maxLj,θ1,θ2[F(Lj,θ1,θ2)-G(Q,Γ)]]]>

s.t.Γ≤Γ_max????????????????????????(7)

Q≤Q_max.

3.2，確定用戶側的優(yōu)化問題的目標函數如下：

maxxij,LjU(xij,Lj)=maxxij,Lj[Σj=124Σi=1nA(xij)-C(Lj)]]]>

s.t.Σi=1nxij≤Lj---(8)]]>

xij≤ximaxj.]]>

用戶側的優(yōu)化算法中，用戶利用公共電能調度器在發(fā)電廠給定調控信息和購電成本函數的情況下，規(guī)劃每個用戶在每個時隙的用電量，達到用戶組的利益最大。

用戶側的優(yōu)化算法分為兩個步驟，第一步設max(L^j)=R；min(L^j)=S，為常數，然后利用拉格朗日對偶法進行優(yōu)化，第二步利用單純形算法求解出R、S。

3.3，電能調度優(yōu)化算法的具體步驟如下：

S-1初始化發(fā)電廠的供電成本系數和購電系數并初始化m個粒子pso_x_i=(θ₁，θ₂)，i=1，2，...m，此處每一個粒子代表一組調控系數θ₁，θ₂。

S-2當{1mΣi=2m[pso_xi-pso_x1]2}1/2≤ϵ]]>時結束迭代，否則繼續(xù)。

S-3用戶根據當前的調控信息，利用單純形算法計算最佳用電計劃和用戶組利益，并將該用電計劃反饋給發(fā)電廠。其具體步驟如下：

S-3-1確定運算參數：n，ε，α，β，v，分別為變量維度、收斂精度、反射系數、收縮系數、延伸系數；選取初始點x⁰=(R，S)和正規(guī)單純形邊長s；構造正規(guī)單純形；利用拉格朗日對偶法計算每個頂點對應的目標函數值f_i=f(x_i)(對應用戶組的利益，每個目標函數值f(x)都需要用拉格朗日對偶法計算得到)。拉格朗日對偶法的具體步驟如下：

i)初始化收斂條件Δ、迭代步長δ、各時刻電價λ^j和用戶的用電需求系數。

ii)如果則繼續(xù)執(zhí)行步驟iii，否則跳轉至步驟vi。

iii)每個用戶根據當時的電價來決定最優(yōu)用電計劃，并通過電能調度器反饋所有用戶每個時隙上的總需求

iv)用戶的電能調度器根據電價來計算最佳的總用電需求

v)利用公式λk+1j=λkj+δΣt=124[Σi=1nxit-Lt]]]>來調整電價。并返回步驟ii。

vi)結束計算，返回計算值。

S-3-2找出最小點f_d=f(x^d)、次小點f_c=f(x^c)、最大點f_x=f(x^x)，計算除去最大點以外的其他頂點的質心

S-3-3檢查收斂條件：當{1n+1Σi=0n[f(xi)-f(x‾)]2}1/2≤ϵ]]>時，則收斂，終止計算；否則，繼續(xù)。

S-3-4反射：計算反射點以及f_f＝f(x^f)。如果f_f＞f_x，跳轉至步驟S-3-5；否則，繼續(xù)；如果f_f≥f_c，用x^f，f_f依次替換x^d，f_d，跳轉至步驟S-3-2；否則跳轉至步驟S-3-6。

S-3-5延伸：計算延伸點以及f_y＝f(x^y)。

如果f_f＜f_y，用x^y，f_y依次替換x^d，f_d；否則，用x^f，f_f依次替換x^d，f_d，跳轉至步驟S-3-2。

S-3-6收縮：據f_b＝max[f_f，f_d]，確定x^b點；計算收縮點以及f_s＝f(x^s)；如果f_s≥f_b，用x^s，f_s依次替換x^d，f_d，跳轉至步驟S-3-2；否則，繼續(xù)。

S-3-7壓縮：計算壓縮后的單純形頂點以及對應的目標函數值，xⁿⁱ＝(xⁱ+x^x)/2，f_ni＝f(xⁿⁱ)，i＝0，...n；跳轉至步驟S-3-2。

S-4計算并比較各個粒子對應的發(fā)電廠利潤的大小，得到所有粒子中的最優(yōu)粒子pso_p_gd和每個粒子的歷史最優(yōu)記錄pso_p_id。

S-5利用公式：

pso_vidt+1=pso_ω*pso_vidt]]>

+pso_c1*pso_r1(pso_pidt-pso_xidt)---(9)]]>

+pso_c2*pso_r2(pso_pgdt-pso_xidt)]]>

pso_xidt+1=pso_xidt+pso_vidt+1---(10)]]>

來得到新的粒子，之后跳轉至步驟S-2。