一種帶蓄電池的并網光伏系統運行優化方法技術方案

本發明專利技術涉及一種帶蓄電池的并網光伏系統運行優化方法，該方法包括如下步驟：(1)將待優化的周期平均分為N個時段；(2)對整個優化周期建立全局線性規劃模型，所述的全局線性規劃模型包括目標函數和約束函數，其中所述的目標函數以優化周期內系統運行成本最小為目標值；(3)針對目標函數和約束函數采用單純形法求最優解，得系統在N個時段的運行參數。與現有技術相比，本發明專利技術具有優化速度快，效率高，優化結構可靠。

Operation optimization method of grid connected photovoltaic system with accumulator

The invention relates to a method for optimal operation of grid connected PV system with battery, the method comprises the following steps: (1) the cycle to be optimized and divided into N periods; (2) establish a global linear programming model of the optimization cycle, the global linear programming model including the objective function and constraint functions, the objective function of the minimum cost cycle in order to optimize the operation system for the target value; (3) according to the objective function and constraint function by using the simplex method to find the optimal solution, in the N period of operation parameters of system. Compared with the prior art, the invention has the advantages of high optimization speed, high efficiency, reliable optimization and reliable structure.

【技術實現步驟摘要】
一種帶蓄電池的并網光伏系統運行優化方法
本專利技術涉及一種并網光伏系統運行優化方法，尤其是涉及一種帶蓄電池的并網光伏系統運行優化方法。
技術介紹
隨著傳統能源的逐漸枯竭，人類社會越來越多的應用可再生能源，光伏發電是其中的一種。為了盡可能使用資源，可再生能源一般都按能夠獲取的最大出力發電，不具有可調節性。為了改善光伏系統的運行性能，在某些光伏系統中裝有蓄電池，使其外特性包括輸出功率在一定范圍內可調控。帶蓄電池的并網光伏系統統包括用戶配網2、光伏發電單元3、蓄電池4以及負荷5，各部分相互關系及其與公共電網1之間的關系見圖1。光伏發電單元3將太陽能轉變成電能，電能經由用戶配網2送給負荷5、蓄電池4或公共電網1。光伏發電單元3能夠輸出的最大功率與光伏電池本身性能(材料、面積、清潔程度)、日照(強度、角度)、環境(溫度)都有關系，而日照強度和溫度以日為周期變化，因此，光伏發電單元3單位能夠輸出的最大功率也以日為周期變化，出力集中在有日光的時段。公共電網1在未來的很長一段時間內仍將是人們生產生活用電的主要供給渠道，也將繼續支撐各種新興的分布式發電系統及微網系統的運行，擔負著隨時平衡其覆蓋區域內電能生產和消費的重責。減小公共電網負荷的峰谷差有利于降低發、供電成本，增加全社會的能效。因此在電網中普遍實行峰谷電價或實時電價，在峰時電價較高，谷時電價較低。蓄電池4作為系統中的儲能工具，通常設置多組，而每組蓄電池性能存在差異，如何進行各組蓄電池的充放電控制也成為電網調控的一項重要工作。電網調控的目標除滿足電網運行質量指標外，還可進行以降低運行成本，獲得最大收益為目的運行優化。在所有的優化算法中，遺傳算法理論上應用范圍最廣，幾乎可求解任何特征的優化模型。但由于該算法類似于枚舉法，當控制變量數目增加時，計算量呈指數上漲，因而影響該方法的實際使用效果。
技術實現思路
本專利技術的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種帶蓄電池的并網光伏系統運行優化方法。本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現：一種帶蓄電池的并網光伏系統運行優化方法，該方法包括如下步驟：(1)將待優化的周期平均分為N個時段；(2)對整個優化周期建立全局線性規劃模型，所述的全局線性規劃模型包括目標函數和約束函數，其中所述的目標函數以優化周期內系統運行成本最小為目標值；(3)針對目標函數和約束函數采用單純形法求最優解，得系統在N個時段的運行參數。步驟(2)中目標函數為：其中，F為優化周期內系統運行成本，i表示第i個時段，j表示第j組蓄電池，M為系統中蓄電池組數，Pgrid+.i為第i時段中系統向電網購電的平均功率，Pgrid-.i為第i時段中系統向電網售電的平均功率，fgrid+.i為第i時段中系統向電網購電的電價，fgrid-.i為第i時段中系統向電網售電的電價，fd.j為第j組蓄電池的折舊成本，fm.j為第j組蓄電池的維護成本，Psb+.i.j為第j組蓄電池在第i個時段的平均放電功率，Psb-.i.j為第j組蓄電池在第i個時段的平均充電功率，η+.j為第j組蓄電池放電時的效率，η-.j為第j組蓄電池充電時的效率，Δt為每個時段的時長。蓄電池的折舊成本fd為：其中，Q為蓄電池生命周期內總的充放電量，Ccost為蓄電池的初始投資成本。步驟(2)中約束函數包括：(a)傳輸功率約束函數：其中，i表示第i個時段，Pgrid+.i為第i時段中系統向電網購電的平均功率，Pgrid-.i為第i時段中系統向電網售電的平均功率，Pgmax+.i為第i時段系統向電網購電的最大功率，Pgmax-.i為第i時段系統向電網售電的最大功率；(b)功率平衡約束函數：其中，PPV.i為第i時段光伏發電單元的有功出力預測平均值,PL.i為第i時段有功負荷功率預測平均值，Psb+.i.j為第j組蓄電池在第i個時段的平均放電功率，Psb-.i.j為第j組蓄電池在第i個時段的平均充電功率，j表示第j組蓄電池，M為系統中蓄電池組數；(c)蓄電池充放電功率約束函數：其中，Psbmax+.j為第j組蓄電池的最大放電功率，Psbmax-.j為第j組蓄電池的最大充電功率，η+.j為第j組蓄電池放電時的效率，η-.j為第j組蓄電池充電時的效率；(d)蓄電池的剩余容量約束函數：SOCmin.j≤SOCi.j≤SOCmax.j，i＝1,2,3…N，j＝1,2,3…M，SOCi.j為第j組蓄電池第i個時段時的電池剩余容量，SOCmin.j為第j組蓄電池的最小剩余容量，SOCmax.j為第j組蓄電池的最大剩余容量；(e)蓄電池在整個優化周期內SOC恒定約束函數：其中，Δt為每個時段的時長。第j組蓄電池第i個時段時的電池剩余容量SOCi.j具體為：其中，SOC0.j為整個優化周期開始時第j組蓄電池初始剩余容量，Psb+.k.j為第j組蓄電池在第k個時段的平均放電功率，Psb-.k.j為第j組蓄電池在第k個時段的平均充電功率，η+.j為第j組蓄電池放電時的效率，η-.j為第j組蓄電池充電時的效率，Δt為每個時段的時長。步驟(3)求得的系統在N個時段的運行參數包括：每個時段系統向電網購電的平均功率、每個時段系統向電網售電的平均功率、每組蓄電池在每個時段的平均放電功率以及每組蓄電池在每個時段的平均充電功率。與現有技術相比，本專利技術具有如下優點：(1)本專利技術對傳統的普適模型進行改進從而建立全局線性規劃模型，使得該模型能夠通過采用單純形法求最優解，求解速度快，極大地提高了求解效率；(2)本專利技術對傳統普適模型中的目標函數和約束函數中的變量進行必要的拆解，即將第i時段中系統與電網的交互功率拆分為：第i時段中系統向電網購電的平均功率Pgrid+.i、第i時段中系統向電網售電的平均功率Pgrid-.i，將第j組蓄電池第i時段中的充放電功率拆分成兩個變量：第j組蓄電池在第i個時段的平均放電功率Psb+.i.j、第j組蓄電池在第i個時段的平均充電功率Psb-.i.j，從而使由同一物理量拆出的兩個決策變量成為約束方程的基變量和非基變量，即使其系數列向量盡量線性相關，以保證兩個關聯決策變量之一一定為0，便可應用求解效率高、全局范圍尋優的單純形法求最優解。附圖說明圖1為帶蓄電池的并網光伏系統的結構示意圖；圖2為本專利技術帶蓄電池的并網光伏系統運行優化方法的流程框圖；圖3為實時例光伏、負載和電價參數曲線圖；圖4為分時電價下的兩組蓄電池充放電方案以及剩余容量變化；圖5為實時電價下的兩組蓄電池充放電方案以及剩余容量變化；圖6為不同時段數下本專利技術線性模型和非線性模型運行時間對比圖；圖7為不同蓄電池組數下本專利技術線性模型和非線性模型運行時間對比圖。圖中，1為公共電網，2為用戶配網，3為光伏發電單元，4為蓄電池，5為負荷。具體實施方式下面結合附圖和具體實施例對本專利技術進行詳細說明。實施例隨著蓄電池的不斷使用，蓄電池的存儲容量將不斷降低，直至不能使用。本專利技術依據法國國家太陽能研究所(NationalSolarEnergyInstitute，INES)儲能實驗室的研究，將蓄電池的初始投資成本(本專利技術暫不考慮資金使用成本)與蓄電池生命周期內的充放電總量之比，做為折舊系數，其充、放電時的折舊成本為：式中：fd為蓄電池折舊系數(元/kWh)；Q為蓄電池生命周期內總的充放電量(本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種帶蓄電池的并網光伏系統運行優化方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：(1)將待優化的周期平均分為N個時段；(2)對整個優化周期建立全局線性規劃模型，所述的全局線性規劃模型包括目標函數和約束函數，其中所述的目標函數以優化周期內系統運行成本最小為目標值；(3)針對目標函數和約束函數采用單純形法求最優解，得系統在N個時段的運行參數。

【技術特征摘要】
1.一種帶蓄電池的并網光伏系統運行優化方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：(1)將待優化的周期平均分為N個時段；(2)對整個優化周期建立全局線性規劃模型，所述的全局線性規劃模型包括目標函數和約束函數，其中所述的目標函數以優化周期內系統運行成本最小為目標值；(3)針對目標函數和約束函數采用單純形法求最優解，得系統在N個時段的運行參數。2.根據權利要求1所述的一種帶蓄電池的并網光伏系統運行優化方法，其特征在于，步驟(2)中目標函數為：其中，F為優化周期內系統運行成本，i表示第i個時段，j表示第j組蓄電池，M為系統中蓄電池組數，Pgrid+.i為第i時段中系統向電網購電的平均功率，Pgrid-.i為第i時段中系統向電網售電的平均功率，fgrid+.i為第i時段中系統向電網購電的電價，fgrid-.i為第i時段中系統向電網售電的電價，fd.j為第j組蓄電池的折舊成本，fm.j為第j組蓄電池的維護成本，Psb+.i.j為第j組蓄電池在第i個時段的平均放電功率，Psb-.i.j為第j組蓄電池在第i個時段的平均充電功率，η+.j為第j組蓄電池放電時的效率，η-.j為第j組蓄電池充電時的效率，Δt為每個時段的時長。3.根據權利要求2所述的一種帶蓄電池的并網光伏系統運行優化方法，其特征在于，蓄電池的折舊成本fd為：其中，Q為蓄電池生命周期內總的充放電量，Ccost為蓄電池的初始投資成本。4.根據權利要求1所述的一種帶蓄電池的并網光伏系統運行優化方法，其特征在于，步驟(2)中約束函數包括：(a)傳輸功率約束函數：其中，i表示第i個時段，Pgrid+.i為第i時段中系統向電網購電的平均功率，Pgrid-.i為第i時段中系統向電網售電的平均功率，Pgmax+.i為第i時段系統向電網購電的最大功率，Pgmax-.i為第i時段系統向電網售電的最大功率；(b)功率平衡約束函數：

【專利技術屬性】
技術研發人員：曹煒，施煥健，錢一鳴，
申請(專利權)人：上海電力學院，
類型：發明
國別省市：上海,31