本发明提出一种微电网运行控制方法。该方法包括以下步骤：获取微电网中多个风电和光伏发电系统的数据信息，并根据数据信息分别计算每个风电和光伏发电系统的输出功率；根据微电网中多个水电发电系统的输出功率的预设限定条件生成水电发电系统中预设个数的粒子，以及根据预设个数的粒子生成粒子群；计算粒子群中每个粒子的适应度值，并确定粒子群中的全局最优粒子和每个粒子的个体最优粒子；当符合预设的终止条件时，根据全局最优粒子调整水电发电系统的输出功率。本发明实施例的方法，通过有效控制水电发电系统中的输出功率，可与风电和光伏发电系统形成良好互补，既能保证电力系统和水库的安全可靠，又能使微电网售电收入最大。
1.一种微电网运行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取微电网中多个风电发电系统和光伏发电系统的数据信息，并根据所述数据信息分别计算每个风电发电系统和光伏发电系统的输出功率；
根据所述微电网中多个水电发电系统的输出功率的预设限定条件生成每个水电发电系统中预设个数的粒子，以及根据所述预设个数的粒子生成粒子群；
计算所述粒子群中每个粒子的适应度值，并确定所述粒子群中的全局最优粒子和每个粒子的个体最优粒子；
当符合预设的终止条件时，根据所述全局最优粒子调整所述水电发电系统的输出功率；
其中，所述计算所述粒子群中每个粒子的适应度值，并确定所述粒子群中的全局最优粒子和每个粒子的个体最优粒子进一步包括：水电发电系统中第i台水电站的出力为：
其中， 为t时段水电发电系统中第i台水电站的有功功率；Ai为第i台水电站综合出力系数； 为第i台水电站在第t时段发电流量， 为第i台水电站在第t时段平均发电净水头；
Pi、 为第i台水电站有功功率的上、下限； 为t时刻第i台水电站发出的有功和无功功率，QHTi、 为第i台水电站发出无功功率的上、下限；VRt为t时段上游水库的存水量；VR、 为上游水库蓄水量的上下限； 为t时段上游水电站的天然来水量、平均发电流量和弃水流量； 为t时段上、下游水电站的区间来水流量、下游电站平均发电流量和弃水流量；Q1、 为上游水库发电流量的上下限；τ为水 流从上游水库至下游水库的流达时间；Δt为时段长度；
在满足微电网负荷需求，线路电压不超过界限的条件下，以一天内微电网向大电网售电收入最大为目标，可以表示为：其中，F为微电网向大电网售电收入；T为一天分割的总时段数；t为时段；Esell(t)为t时刻微电网向大电网售电的价格；Psell(t)为t时刻微电网向大电网售电的功率，其中，该功率是微电网中风电发电系统、光伏发电系和水电发电系统的输出功率之和；Ebuy(t)为t时刻微电网向大电网买电的价格；Pbuy(t)为t时刻微电网向大电网买电的功率；在初始化粒子群之后，通过牛顿-拉夫逊法计算微电网潮流，可以得到微电网和大电网的连接点处大电网向微电网的注入功率PPCC(t)，其中，注入功率PPCC(t)与Psell(t)和Pbuy(t)有一定的关系，具体表现为：若PPCC(t)≥0，则Pbuy(t)＝PPCC(t)，Psell(t)＝0；若PPCC(t)<0，则Psell(t)＝PPCC(t)，Pbuy(t)＝0；将微电网向大电网售电收入写成最小值的形式并作为待优化的目标函数，可以表示为：在建立梯级小型水电站模型之后，利用潮流约束方程：
其中，Pi、Qi分别为节点i的注入有功功率和无功功率；Ui、Uj分别为节点i和j的电压；N为微电网中的节点数；Gij、Bij是节点i和j之间的导纳的实部和虚部；δij节点i和j之间电压的相位差，其中，电压约束条件为：Ui,min≤Ui≤Ui,max，i＝1,2,…,NN
其中，Ui为第i个节点处电压；Ui,max和Ui,min分别为第i个节点处电压所允许的上限和下限值；
根据微电网中水电发电系统中小型水电站的各个约束条件，建立带有约束条件的目标函数，可以表示为：min F'(x)
其中，min F'(x)为目标函数，x为粒子群中的粒子位置向量，gi(x)为不等式约束条件，m、n为相应约束条件的数量；
将约束条件以惩罚函数项的形式，计入目标函数中，从而得到无约束条件的适应度函数，可以表示为：
min F"(x)＝F'(x)+σ{Σ(max{0,-gi})+Σ|hj|}其中，F"(x)为无约束条件的适应度函数，也就是说，在获得粒子群之后，可根据F"(x)计算每个粒子对应的适应度值；σ为预设惩罚因子。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据数据信息分别计算每个风电发电系统和光伏发电系统的输出功率具体包括：获取所述风电发电系统所在位置的风速值v，并根据所述风速值v计算所述风电发电系统的有功功率Pwt(v)，以及根据所述有功功率Pwt(v)计算所述风电发电系统的输出功率。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据以下公式计算所述风电发电系统的有功功率Pwt(v)，其中，Pwt(v)为在风速值v时风电发电系统中的有功功率，vci为切入风速，vr为额定风速，vco为切出风速，PwtR为风电发电系统中的额定有功功率。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据数据信息分别计算每个风电发电系统和光伏发电系统的输出功率具体包括：获取所述光伏发电系统所处位置的辐照度强度，并根据以下公式计算所述光伏发电系统的有功功率PPV，其中，PPV为光伏发电系统的有功功率，NPV为光伏阵列数量；pPV为光伏发电系统在标准测试条件下的额定输出功率，fPV为光伏输出降额因子，GT为辐照度强度，GT,STC为标准测试条件下的光源辐照度强度，αP为光伏电池功率温度系数，Tc,STC为标准测试条件下的光伏电池工作温度，Tc为光伏发电系统中光伏电池的工作温度；以及根据所述有功功率PPV计算所述光伏发电系统的输出功率。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据以下公式计算所述光伏发电系统中光伏电池的工作温度Tc，其中，Ta为环境温度；GT,NOCT为光伏电池标称工作温度下的辐照度强度，Tc,NOCT为标称工作温度下光伏电池温度，Ta,NOCT为标称工作温度所规定的环境温度。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的终止条件为达到最大迭代次数m和/或预设迭代次数对应的粒子适应度值的差值小于预设阈值。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设迭代次数大于或者等于10次，所述-5预设阈值为10 。
微电网运行控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电网技术领域，尤其涉及一种微电网运行控制方法。
背景技术
[0002] 近年来，可再生分布式能源发电技术凭借其环境友好、节省投资、发电灵活等优点得到了快速的发展，其中，可再生分布式能源发电技术主要包括水电、风电和光伏等发电技术。然而，在利用可再生能源发电的过程中，由于风能的随机性、间歇性和反调峰特性等不利因素的影响，容易造成风电输出功率有很大的波动性，导致风电并网给电力系统安全稳定运行带来较大压力，严重影响了分布式可再生能源的广泛应用。
[0003] 目前，可通过微电网调节大电网和可再生分布式电源之间的矛盾，然而，现有的微电网无法有效控制综合水电、风电和光伏等技术的分布式发电系统，因此不能充分挖掘分布式可再生能源发电的价值和效益，导致微电网的可靠性和经济型都很低。
发明内容
[0004] 本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
[0005] 为此，本发明的目的在于提出一种微电网运行控制方法。该方法通过控制水电发电系统中的输出功率，即利用微电网中水电发电系统中小型水电站的调节能力，可与微电网中的风电发电系统和光伏发电系统形成了较好的互补，从而在保证电力系统和水库的安全可靠的同时，又能使微电网向大电网售电收入最大。此外，对微电网中小型水电站往往处于一条河流上的情形加以考虑，建立了更加切合实际的梯级小水电模型。
[0006] 为了实现上述目的，本发明实施例的微电网运行控制方法，包括以下步骤：获取微电网中多个风电发电系统和光伏发电系统的数据信息，并根据所述数据信息分别计算每个风电发电系统和光伏发电系统的输出功率；根据所述微电网中多个水电发电系统的输出功率的预设限定条件生成每个水电发电系统中预设个数的粒子，以及根据所述预设个数的粒子生成粒子群；计算所述粒子群中每个粒子的适应度值，并确定所述粒子群中的全局最优粒子和每个粒子的个体最优粒子；当符合预设的终止条件时，根据所述全局最优粒子调整所述水电发电系统的输出功率。
[0007] 本发明实施例的微电网运行控制方法，通过控制水电发电系统中的输出功率，即利用微电网中水电发电系统中小型水电站的调节能力，可与微电网中的风电发电系统和光伏发电系统形成了较好的互补，从而在保证电力系统和水库的安全可靠的同时，又能使微电网向大电网售电收入最大。此外，对微电网中小型水电站往往处于一条河流上的情形加以考虑，建立了更加切合实际的梯级小水电模型。
[0008] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0009] 本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，
[0010] 图1是本发明一个实施例的微电网运行控制方法的流程图；
具体实施方式
[0011] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
[0012] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0013] 流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0014] 下面参考附图描述根据本发明实施例的微电网运行控制方法。
[0015] 图1是本发明一个实施例的微电网运行控制方法的流程图。
[0016] 如图1所示，该微电网运行控制方法包括以下步骤。
[0017] S101，获取微电网中多个风电发电系统和光伏发电系统的数据信息，并根据数据信息分别计算每个风电发电系统和光伏发电系统的输出功率。
[0018] 具体地，数据信息中主要包括一天内各个时段风速和太阳辐照强度数据曲线。
[0019] 应当理解，除了获得微电网中多个风电发电系统和光伏发电系统的数据信息之外，还应获得微电网模型、各节点负荷数据曲线、微电网向大电网售电和买电的价格曲线。
[0020] 在本发明的实施例中，在获得数据信息之后，可获取风电发电系统所在位置的风速值v，并根据风速值v计算风电发电系统的有功功率Pwt(v)，以及根据有功功率计算风电发电系统的输出功率。其中，风电发电系统中可包括一台或者多台风电机。
[0021] 具体地，可根据以下公式计算风电发电系统的有功功率Pwt(v)，
[0022]
[0023] 其中，Pwt(v)为在风速值v时风电发电系统的有功功率，也就是说，Pwt(v)是风速值v时，风电发电系统中风电机组的有功功率累计之和，vci为切入风速，即是风电发电系统能够运行发电的最小风速限制值，vr为额定风速，vco为切出风速，即是风电发电系统能够运行发电的最大风速限制值，PwtR为风电发电系统中的额定有功功率。
[0024] 在获得风电发电系统的有功功率Pwt(v)之后，可根据风电发电系统的有功功率Pwt(v)和无功功率计算风电发电系统的输出功率。在本发明的实施例中，风电发电系统的无功功率为0，也就是说，本发明的风电发电系统的有功功率Pwt(v)和输出功率相等。
[0025] 在本发明的实施例中，在获得微电网的数据信息之后，可获取光伏发电系统所处位置的辐照度强度，并根据以下公式计算光伏发电系统的有功功率PPV，
[0026]
[0027] 其中，PPV为光伏发电系统的有功功率；NPV为光伏阵列数量；pPV为光伏发电系统在标准测试条件下的额定输出功率；fPV为光伏输出降额因子，其主要用于描述由于光伏阵列表面积尘、积雪、被遮挡等原因造成光伏阵列实际输出降低的系数，其默认值为0.9；GT为辐2
照度强度；GT,STC为标准测试条件下的光源辐照度强度，其值为1000w/m ；αP为光伏电池功率温度系数，其中，光伏电池功率温度系数αP与光伏电池的种类和材料有关，例如，目前市场上主流的多晶硅光伏电池功率温度系数αP为-0.5；Tc,STC为标准测试条件下的光伏电池工作温度，其值为25℃；Tc为光伏发电系统中光伏电池的工作温度。
[0028] 具体地，可根据以下公式计算所述光伏发电系统中光伏电池的工作温度Tc，[0029]
[0030] 其中，Ta为环境温度；GT,NOCT为光伏电池标称工作温度下的辐照度强度，其值为2
800w/m；Tc,NOCT为标称工作温度下光伏电池温度，该温度主要是光伏电池生产商提供，一般情况下，标称工作温度下光伏电池温度为47℃左右；Ta,NOCT为标称工作温度所规定的环境温度，其值为20℃。
[0031] 在获得光伏发电系统的有功功率PPV之后，可根据光伏发电系统的有功功率PPV和无功功率计算光伏发电系统的输出功率。在本发明的实施例中，光伏发电系统的无功功率为0，也就是说，本发明的光伏发电系统的有功功率PPV和输出功率相等。
[0032] S102，根据微电网中多个水电发电系统的输出功率的预设限定条件生成每个水电发电系统中预设个数的粒子，以及根据预设个数的粒子生成粒子群。
[0033] 在本发明的实施例中，水电发电系统的输出功率包括：水电发电系统有功功率和无功功率 具体地，根据微电网中多个水电发电系统的有功功率 和无功功率的预设限定条件随机生成预设个数的粒子，其中，粒子表示为以下形式，
[0034]
[0035] 其中，n为水电发电系统中小水电的数目，T为一天内分割的总时段数。水电发电系统的有功功率 和无功功率 预设限定条件是指水电发电系统的有功功率 和无功功率 应满足该系统可正常工作的有功功率和无功功率的上限、下限之间，将在下面的实施例中详细介绍有功功率和无功功率的上限、下限。
[0036] S103，计算粒子群中每个粒子的适应度值，并确定粒子群中的全局最优粒子和每个粒子的个体最优粒子。
[0037] 在本发明的实施例中，计算水电发电系统的潮流值，并根据水电发电系统的潮流值获取带有约束条件的目标函数，以及将带有约束条件的目标函数转换为无约束条件的适应度函数，并根据无约束条件的适应度函数计算粒子群中每个粒子的适应度值。
[0038] 首先，确定微电网中水电发电系统中小型水电站模型，具体而言，在微电网中，水电发电系统中的小型水电站往往位于一条河流之上，构成梯级小型水电站群，出于经济性的角度考虑，往往只在上游第一级小型水电站建有水库，具备一定的调节能力，而在下游的小型水电站为无调节能力的径流式小型水电站，发电量受到上游小型水电站库调度的影响。
[0039] 为了方便叙述，我们以两级梯级小型水电站为例进行说明。
[0040] 水电发电系统中第i台水电站的出力为：
[0041]
[0042] 其中， 为t时段水电发电系统中第i台水电站的有功功率；Ai为第i台水电站综合出力系数； 为第i台水电站在第t时段发电流量， 为第i台水电站在第t时段平均发电净水头。
[0043] 水量平衡限制条件：
[0044]
[0045] 水电站出力限制条件：
[0046]
[0047]
[0048] 水库发电流量和蓄水量限制条件：
[0049]
[0050]
[0051] 公式(5)、(6)、(7)、(8)、(9)中，河流上游水库初始蓄水量VR0为已知；Pi、 为第i台水电站有功功率的上、下限； 为t时刻第i台水电站发出的有功和无功功率，tQHTi、 为第i台水电站发出无功功率的上、下限；VR为t时段上游水库的存水量；VR、为上游水库蓄水量的上下限； 为t时段上游水电站的天然来水量、平均发电流量和弃水流量； 为t时段上、下游水电站的区间来水流量、下游电站平均发电流量和弃水流量；Q1、 为上游水库发电流量的上下限；τ为水流从上游水库至下游水库的流达时间；Δt为时段长度。
[0052] 然后，在满足微电网负荷需求，线路电压不超过界限的条件下，以一天内微电网向大电网售电收入最大为目标，可以表示为：
[0053]
[0054] 其中，F为微电网向大电网售电收入；T为一天分割的总时段数；t为时段；Esell(t)为t时刻微电网向大电网售电的价格；Psell(t)为t时刻微电网向大电网售电的功率，其中，该功率是微电网中风电发电系统、光伏发电系和水电发电系统的输出功率之和；Ebuy(t)为t时刻微电网向大电网买电的价格；Pbuy(t)为t时刻微电网向大电网买电的功率。在初始化粒子群之后，通过牛顿-拉夫逊法计算微电网潮流，可以得到微电网和大电网的连接点处大电网向微电网的注入功率PPCC(t)，其中，注入功率PPCC(t)与Psell(t)和Pbuy(t)有一定的关系，具体表现为：若PPCC(t)≥0，则Pbuy(t)＝PPCC(t)，Psell(t)＝0；若PPCC(t)<0，则Psell(t)＝PPCC(t)，Pbuy(t)＝0。
[0055] 将微电网向大电网售电收入写成最小值的形式并作为待优化的目标函数，可以表示为：
[0056]
[0057] 在本发明的实施例中，在建立梯级小型水电站模型之后，利用潮流约束方程[0058]
[0059] 其中，Pi、Qi分别为节点i的注入有功功率和无功功率；Ui、Uj分别为节点i和j的电压；N为微电网中的节点数；Gij、Bij是节点i和j之间的导纳的实部和虚部；δij节点i和j之间电压的相位差。
[0060] 其中，电压约束条件为：
[0061] Ui,min≤Ui≤Ui,max，i＝1,2,…,NN (13)
[0062] 其中，Ui为第i个节点处电压；Ui,max和Ui,min分别为第i个节点处电压所允许的上限和下限值。
[0063] 之后，根据微电网中水电发电系统中小型水电站的各个约束条件，建立带有约束条件的目标函数，可以表示为：
[0064] minF'(x)
[0065] s.t.gi(x)≥0 i＝1,…,m
[0066] hj(x)＝0 j＝1,…,n
[0067] (14)
[0068] 其中，minF'(x)为目标函数，即微电网总售电收入的负数，x为粒子群中的粒子位置向量，即各水电发电系统中的有功和无功功率组成的粒子位置向量，gi(x)为不等式约束条件，即公式(6)、(7)、(8)、(9)和(13)；hi(x)为等式约束条件，即公式(5)；m、n为相应约束条件的数量。
[0069] 最后，根据例如外点惩罚函数法可将约束问题转化为无约束问题，也就是说，外点惩罚函数法可将带有约束条件的目标函数转换为我们所需的无约束条件的适应度函数的形式。具体而言，可将约束条件以惩罚函数项的形式，计入目标函数中，从而得到无约束条件的适应度函数，可以表示为：
[0070]
[0071] 其中，F"(x)为无约束条件的适应度函数，也就是说，在获得粒子群之后，可根据F"(x)计算每个粒子对应的适应度值；σ为预设惩罚因子，具体而言，无约束条件的适应度函数中预设惩罚因子σ的选择十分重要，如果预设惩罚因子σ过大，则给惩罚函数项的极小化增加计算上的困难；如果预设惩罚因子σ太小，则惩罚函数项的极小点远离约束问题的最优解，计算效率较差。其中，预设惩罚因子σ可通过现有的方法准确计算得到，此处为了简单起见，不再赘述。
[0072] S104，当符合预设的终止条件时，根据全局最优粒子调整水电发电系统的输出功率。
[0073] 在本发明的实施例中，预设的终止条件可为达到最大迭代次数和/或预设迭代次数对应的粒子适应度值的差值小于预设阈值。其中，最大迭代次数应大于等于50次，预设-5迭代次数需大于或者等于10次，预设阈值为10 。举例来说，在对粒子群多次迭代之后，如果第2次计算的全局粒子的适应度值与第12次计算的全局粒子的适应度值之间的差值小-5
于预设阈值10 ，则判断符合预设的终止条件，停止迭代，根据计算得到的全局最优粒子，此时对应的全局最优粒子即为在各个时刻各台小型水电站的最优有功和无功输出功率。在获得全局最优粒子之后，根据全局最优粒子生成各台小型水电站的控制信号，各个小型水电站根据控制信号将小水电的实际有功和无功输出功率调整为各台小型水电站的最优有功和无功输出功率。由此，实现控制含有梯级小型水电站的微电网运行的目的。此外，在调整水电发电系统的输出功率之后，还可根据水电发电系统的输出功率和每个风电发电系统和光伏发电系统的输出功率，计算微电网总售电收入，此时微电网向大电网售电收入最大。
[0074] 在本发明的实施例中，在不符合预设终止条件时，更新粒子的个体最优粒子和相应的适应度值，更新粒子群的全局最优粒子和相应的适应度值，直到满足预设的终止条件时，停止迭代，输出全局最优粒子。其中，粒子更新的过程与现有的标准粒子群算法更新过程相同，此处，为了简单起见，不再赘述。
[0075] 本发明实施例的微电网运行控制方法，通过控制水电发电系统中的输出功率，即利用微电网中水电发电系统中小型水电站的调节能力，可与微电网中的风电发电系统和光伏发电系统形成了较好的互补，从而在保证电力系统和水库的安全可靠的同时，又能使微电网向大电网售电收入最大。此外，对微电网中小型水电站往往处于一条河流上的情形加以考虑，建立了更加切合实际的梯级小水电模型。
[0076] 应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
[0077] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0078] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
