[發明專利]基于需求側響應的光伏-電池微電網混合能量調度管理方法

有效

• 申請號: 201811056883.2
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109066750B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 王磊;王康康;蔡明;陳柳;嚴晉躍
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02J3/32
• 分類號: H02J3/32;H02J7/35;H02J3/38
• 代理公司: 重慶信航知識產權代理有限公司 50218
• 代理人: 吳彬

1.一種基于需求側響應的光伏-電池微電網混合能量調度管理方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)設計光伏系統的光伏電流等效電路模型如下：

式中：I_PH為光伏電流，單位為A；I₀為二極管模型反向飽和電流，單位為A；a為理想參數因子；R_sh為分流電阻，單位為Ω；R_s為串聯電阻，單位為Ω；I_PV為模擬光伏系統供電電流，V_PV為模擬光伏系統供電電壓；

2)建立光伏系統最大功率輸出模型如下：

P_PV,mpp＝max(V_PV,I_PV) (2)

3)光伏系統的蓄能電池單元采用鋰離子電池，在考慮鋰離子電池的荷電狀態下，建立鋰離子電池的電壓與電流之間的方程關系如下：

式中：V為鋰離子電池的電壓，單位為V；E₀為鋰離子電池的開路電壓，單位為V；K為偏振常數，單位為V/Ah；Q為鋰離子電池的容量；∫it為累計充電電量；A為指數區域振幅，單位為V；i為鋰離子電池的電流；i^*為過濾電流；R為內部電阻；B為指數區時間常數的倒數；

4)用鋰離子電池充放電次數測算鋰離子電池的壽命，鋰離子電池充放電次數與充放電深度之間的關系如下：

式中：N為鋰離子電池充放電次數，DOD表示鋰離子電池充放電深度，c、m、d為通過擬合確定的參數；

根據充放電深度的標準，建立單位年內鋰離子電池的充放電次數與標準條件下的檢測循環次數關系的方程：

式中:N_st為標準條件下的檢測循環次數；N_red單位年內鋰離子電池的充放電次數；DOD_i為第i次循環充放電中鋰離子電池充放電深度；DOD_ST為標準檢測條件下的充放電深度；R_i取值為周期數，一般取值0.5和1；

將標準條件下的檢測循環次數計算所得L_cycle與產品標準壽命L_cal進行比較，為保證光伏-電池微電網系統供電可靠性，鋰離子電池壽命取其小值：

L＝min(L_cycle,L_cal) (7)

5)建立光伏-電池微電網系統的總經濟收益模型R_y為：

其中：R_ER,y是由光伏系統、蓄能電池單元的接入，減少從電網購電，帶來的經濟收益；M為單位年內小時數，一年中M設定取值為8760小時；EL_r,t是動態市場電價；P_L,t為t時刻用戶負載，P_Gim,t為t時刻電網輸出的電量；

R_EX,y是光伏-電池微電網系統輸出電能獲得的經濟收益，P_Gex,t為t時刻電網購入電量；EL_w,t是單位電量實時批發動態電價，即光伏-電池微電網系統將額外電能向電網售出的電價；

R_PS,y是由光伏-電池微電網系統中的蓄能電池單元根據動態市場電價和用戶負載需求，進行峰值調節獲得的經濟收益，R_PS,y＝(max(P_L,t)-max(P_Gim,t))·GF_PS，GF_PS為單位電量每年因峰值調節獲得的經濟收益；

P_Gim,t和P_Gex,t的約束條件如下：

P_G,t是電網向光伏-電池微電網系統的交換功率，當電網向光伏-電池微電網輸電時，為正值，當光伏-電池微電網向電網售電，為負值；

6)建立光伏-電池微電網系統最高經濟收益NPV和最高自給率SSR的模型：

式中：C_inv為系統建設投資成本；C_mai,y為運行維護成本，C_rep,y為置換成本；R_y為光伏-電池微電網系統的總經濟收益；d_r為折現率；T是指光伏系統的標準使用壽命，T的設定取值為25年；其中：

C_inv＝UIC_battery·CAP_battery+UIC_PV·CAP_PV (12)

式中：UIC_battery為單位電池容量成本；CAP_battery為電池儲能容量；UIC_PV為單位光伏容量成本；CAP_PV為光伏系統容量；

其中，在全生命周期內，由于蓄能電池單元的使用壽命低于光伏系統的使用壽命，因此蓄能電池單元存在置換成本，其置換費用與蓄能電池單元投資成本一致；另外光伏-電池微電網系統還存在運行維護成本，設定每年運行維護成本不變，即：

C_rep,y＝UIC_battery·CAP_battery·r_rep,battery+UIC_PV·CAP_PV·r_rep,PV (13)

式中：r_rep,battery為全生命周期內，蓄能電池單元運行維護參數因子；r_rep,PV為全生命周期內，光伏系統運行維護參數因子；

最高自給率SSR的模型如下：

M為單位年內小時數，一年中M設定取值為8760小時；

對上述最高經濟收益NPV和最高自給率SSR的模型求解，找出Pareto最優解；

7)建立如下能量調度管理策略，控制光伏-電池微電網系統中由鋰離子電池組成的蓄能電池單元在以下狀態之間切換：

①在寒冷季節，當TT_s∩TT_e時，蓄能電池單元在以下三種狀態之間切換：

情況1：P_Net,t≥P_H時，蓄能電池單元以P_H大小進行放電，約束條件為：

P_G,t≥P_H,

0≤P_B,t≤P_Mdisc,t；

情況2：P_Net,t≤P_L時，光伏-電池微電網中蓄能電池單元處于荷電狀態P_Mchar,t≤P_B,t≤0，同時為了保證用戶負載用電的經濟性，這時需要滿足P_G,t≤P_H；此外根據直流母線與交流母線的功率交換情況，分為以下A、B兩種情況：

A、P_B,t+P_PV,t≥0：

光伏系統除了對蓄能電池單元進行荷電，還承擔負載功率，即功率從直流母線轉移至交流母線，即光伏-電池微電網系統滿足功率條件：(P_B,t+P_PV,t)·η_inv＝P_L,t-P_G,t；

B、P_B,t+P_PV,t＜0：

除了光伏系統全部對蓄能電池單元進行荷電，而且電網也通過直交流母線對蓄能電池單元進行充電，即功率從交流母線轉移至直流母線，即光伏-電池微電網系統滿足功率條件：P_B,t+P_PV,t＝(P_L,t-P_G,t)·η_inv；

情況3：P_L＜P_Net,t＜P_H時，光伏系統和光伏-電池微電網滿足負載，功率從直流母線流向交流母線，微電網中蓄能電池單元處于不充電也不放電狀態，即光伏-電池微電網系統滿足功率條件：P_B,t＝0，P_PV,t·η_inv＝P_L,t-P_G,t；

T_s和T_e分別指傳統的微電網能量調度運行策略的起始點和結束點，或者說T_S和T_e分別指基于需求側響應的光伏-電池微電網混合能量調度管理方法的結束點和起始點；

T表示光伏-電池微電網系統運行的時間軸的任意時刻；

P_Net,t表示電網凈供電功率，P_Net,t＝P_L,t-P_PV,t·η_inv，光伏-電池微電網系統中除去光伏系統直接供電的剩余負載；

P_H為用于確定光伏-電池微電網中蓄能電池單元的充放電狀態的參考上限值；

P_L為用于確定光伏-電池微電網中蓄能電池單元的充放電狀態的參考下限值；

P_L,t為t時刻用戶負載；

P_PV,t為光伏系統的輸出功率；

P_G,t是電網向光伏-電池微電網系統的交換功率，當電網向光伏-電池微電網輸電時，為正值，當光伏-電池微電網向電網售電，為負值；

P_B,t是蓄能電池單元的荷電功率，當蓄能電池單元處于放電狀態時，為正值，當蓄能電池單元處于充電狀態時，為負值；

η_inv表示直流母線和交流母線之間的逆變器轉化效率，取數值為0.95；

P_Mdisc,t表示蓄能電池單元處于放電狀態時的最小值，即下限值；

P_Mchar,t表示蓄能電池單元處于充電狀態時的最大值，即上限值；

②在溫暖季節，當T_s≤T≤T_e時，采用傳統的微電網能量調度運行策略，具體如下：

Ⅰ、光伏系統供電功率滿足負載

當光伏系統供電功率滿足用戶負載需求時，即時，蓄能電池單元處于荷電狀態，當蓄能電池單元充滿之后，額外電力以單位電量實時批發動態電價EL_w,t輸送到電網，接受電網的能量調度；

Ⅱ、光伏系統供電功率不能滿足負載，即時，又分以下兩種情況：

1)光伏-電池儲能微電網系統處于離網運行狀態：這時光伏系統不滿足用戶負載需求的部分由蓄能電池單元進行補償供電，即處于放電狀態，且由光伏系統和蓄能電池單元滿足用戶負載需求；

2)光伏-電池儲能微電網系統處于并網運行狀態：這時光伏系統不滿足用戶負載需求的部分由蓄能電池單元進行補償供電，且以最大功率供電仍然不能滿足用戶負載需求，這時光伏-電池微電網系統從電網以動態市場電價EL_r,t進行購電。