[發明專利]含有電力彈簧的孤島微電網降低儲能容量需求的配置方法

有效

• 申請號: 201810412885.4
• 申請日: 2018-05-03
• 公開（公告）號: CN108695871B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 汪可友;趙志宇;李國杰;江秀臣;江劍峰;陳金濤;甄昊涵
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;國網上海市電力公司;國家電網公司
• 主分類號: H02J3/32
• 分類號: H02J3/32;H02J3/14
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

1.一種含有電力彈簧的孤島微電網降低儲能容量需求的配置方法，所述的孤島微電網包括常規分布式電源、儲能系統、柴油發電機、交流母線、用電負荷、電力彈簧，所述的常規分布式電源包括風電、光伏，所述的用電負荷根據用電器對電能質量的需求不同分為關鍵負荷和非關鍵負荷，將電力彈簧和非關鍵負載串聯的整體稱為智能負載，其特征在于該方法包括下列步驟：

1)對包括非關鍵負荷的當地的負荷、可再生能源風電、光伏調研，基于歷史數據的仿真結果，確定最優的儲能容量配置，所述的電力彈簧的核心裝置包括逆變器，逆變器的容量配置由非關鍵負荷的容量決定，逆變器的容量配置至少超過非關鍵負荷峰值容量的20％，留有裕量；

2)第一層能量優化，即孤島微電網全局能量優化：

第一層能量優化與傳統微電網能量優化相似，優化的目標函數是柴油發電機單位發電價格最小的函數：

式中，N表示一天以內的調度區間數，λ和D_t分別是柴油發電機的單位發電價格和在第t個調度區間的出力；考慮到微電網的功率約束、容量約束和真實場景，運行約束如下：

0≤W_t≤W_max (2)

|W_t+1-W_t|≤R_wmax (3)

-S_cmax≤S_t≤S_dmax (4)

|S_t+1-S_t|≤R_smax (5)

0≤D_t≤D_dmax-D_r (6)

|D_t+1-D_t|≤R_dmax (7)

W_t+S_t+D_t＝P_cl-t+k_baseP_nl-t (8)

公式(2)-(3)是風機出力的上下限約束和爬坡約束，W_t是第t個調度區間的風電出力，W_max是第t個調度區間的風電預測最大出力，R_wmax是風機爬坡功率的上限,公式(4)-(7)是儲能系統和柴油發電機出力約束和爬坡約束，S_t是第t個調度區間儲能系統的放電電流，S_dmax是儲能系統的最大放電電流，S_cmax是儲能系統的最大充電電流，R_smax是儲能系統的最大爬坡功率，D_t是第t個調度區間柴油發電機的出力，D_dmax是柴油發電機最大放電功率，D_r是柴油發電機的備用容量，用來抵御孤島微電網的極端情況；R_dmax是柴油發電機的最大爬坡功率；P_cl-t是此時關鍵負荷的功率，P_nl-t是非關鍵負荷的功率，k_baseP_nl-t是加裝電力彈簧后非關鍵負載吸收有功功率；

當儲能系統放電時，即S(t)≥0，儲能系統的荷電狀態(SOC)表示成：

當儲能系統充電時，即S(t)≤0，儲能系統的荷電狀態(SOC)表示成：

其中，η是儲能的自放電效率，η_d是放電效率，η_c充電效率，E_b是儲能系統的容量，SOC(t)是第t個調度區間的荷電狀態；為了儲能系統的荷電狀態在安全范圍內變化：

SOC_min≤SOC(t)≤SOC_max (11)

其中，SOC_min是儲能荷電狀態的下限，SOC_max是儲能荷電狀態的上限；

單日內的SOC變化量不能超過儲能總量的一個百分比δ：

|SOC_N-SOC₁|≤δ (12)

第一層能量優化不考慮電力彈簧的作用，求解結果能夠被用來確定全局最小的經濟運行成本；

3)第二層能量優化，即基于電力彈簧和儲能系統互動的協同能量優化：

在某一電壓等級上,減少儲能系統的充放電電流和功率，第二層優化目標函數是儲能系統的充放電功率最小函數：

如果電力彈簧和儲能系統的協同機制被啟動，功率平衡機制的約束被修正和強化為：

S_1-t+k_baseP_nl-t＝S_2-t+k_tP_nl-t (14)

式中，S_1-t和S_2-t分別是第一能量優化模型中儲能系統出力的求解結果、第二層能量優化模型中儲能系統出力的求解結果，非關鍵負荷的功率調節系數k_t的約束如公式(15)所示，也即智能負載的運行范圍：

k_low≤k_t≤k_high (15)

其中，k_low是非關鍵負載調節的下限，取值范圍是0.64-1，受非關鍵負荷用戶接受調控的意愿影響較大；k_high是非關鍵負載調節的上限，取值范圍1-1.25；其理論調節上限受非關鍵負荷的功率因數影響較大，非關鍵負載功率因數越小，理論調節上限越大。