技術領域：

本發(fā)明屬于儲能技術領域，具體涉及一種利用儲能提高配電網負荷和分布式電源承載能力的優(yōu)化運行方法。

背景技術：
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隨著傳統(tǒng)能源的日益緊張和環(huán)境問題的突出，可再生能源得到越來越多的關注，我國可再生能源尤其是風力發(fā)電和光伏發(fā)電得到快速發(fā)展，分布式光伏和風電是其重要組成部分。在我國東部地區(qū)，分布式發(fā)電得到較快發(fā)展，然而，可再生能源發(fā)電受天氣條件的影響具有極大的不確定性，其間歇性和波動性對電網帶來了新的挑戰(zhàn)，如電壓、頻率的影響等問題，儲能技術為這些問題帶來了一種行之有效的解決方法，隨著配電網中接入越來越多的可再生能源發(fā)電，對分布式儲能的需求日益增加。

通過在新能源電站和大型工業(yè)用戶配置相應容量的分布式儲能系統(tǒng)，可以顯著改善電網運行的安全性和穩(wěn)定性。目前，由于儲能本體技術的原因，儲能電池的價格仍居高不下，而且其使用壽命也較短，為合理利用儲能系統(tǒng)以在其壽命周期內實現(xiàn)最大效益，需要一種合理的儲能的優(yōu)化運行策略，以延緩儲能壽命的衰減，提高配電網對分布式發(fā)電和負荷的承載能力。

技術實現(xiàn)要素：
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為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種利用儲能提高配電網負荷和分布式電源承載能力的優(yōu)化運行方法。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術方案：

一種利用分布式儲能提高配電網負荷和光伏承載能力的優(yōu)化運行方法，包括以下步驟：

步驟1：獲取配電網、新能源發(fā)電、負荷和各分布式儲能系統(tǒng)數(shù)據(jù)；

步驟2：建立以系統(tǒng)網損費用、高峰負荷需求費用、電壓調節(jié)費用和儲能費用的多目標優(yōu)化函數(shù)及其約束條件；

步驟3：利用粒子群優(yōu)化算法求解目標函數(shù)，得到各分布式儲能系統(tǒng)的出力指令；

步驟4：在下一個采樣時刻t＝t+1，更新數(shù)據(jù)并重復上述步驟，實現(xiàn)滾動優(yōu)化的效果；

所述步驟2中，多目標優(yōu)化目標函數(shù)為：

f＝λ1cbattery+λ2closs+λ3cvr+λ4cp

其中，系統(tǒng)的費用為csystem＝λ2closs+λ3cvr+λ4cp，

cp＝pmaxδtrp(t)

cbattery、closs、cvr、cp分別為儲能費用、配電系統(tǒng)網損造成的費用、電壓調節(jié)費用、負荷高峰時用電費用；λ1、λ2、λ3、λ4分別為儲能費用、配電系統(tǒng)網損造成的費用、電壓調節(jié)費用、負荷高峰時用電費用的權重系數(shù)；v、δ分別為為節(jié)點電壓、電壓相角，rloss、rvr、rp分別為網損電價、調壓電價和負荷高峰電價；

目標函數(shù)的約束條件為：

(1)節(jié)點電壓約束：

vmin<|vi^t|<vmax

(2)支路功率約束：

(3)儲能功率和能量約束：

pb,min<pb<pb,max

eb,min<eb<eb,max

pb、eb分別為儲能系統(tǒng)的輸出功率和儲能能量，pb，min、pb，max分別為儲能系統(tǒng)的最小輸出功率、最大功率，eb，min、eb，max分別為儲能系統(tǒng)的最小儲能能量、最大儲能能量。

作為優(yōu)選方案之一，所述步驟1中，所述各分布式儲能系統(tǒng)的模型如下：

δeb＝eb(t)-eb(t-1)

pb(t)＝δeb/(δt×ηc)，pb>0

pb(t)＝δeb×ηd/δt，pb<0

其中，為儲能電池的充放電效率，δt為采樣時間；

節(jié)點的功率平衡方程為：

pi(t)＝pc,i(t)-pl,i(t)

其中，i＝1,2,…,n為配電系統(tǒng)節(jié)點標號，pi、pdg,i、pl,i、pc,i分別為節(jié)點功率、分布式發(fā)電功率、負荷功率和功率轉換器的功率，ηc為功率轉換器效率。

作為優(yōu)選方案之二，所述步驟3中，粒子群優(yōu)化算法，其求解步驟為：

步驟3.1：依照配電系統(tǒng)、分布式發(fā)電和儲能系統(tǒng)等參數(shù)進行初始化，設置粒子群維數(shù)d，最大迭代次數(shù)m，同時對粒子群的位置x和速度v進行設定；

步驟3.2：根據(jù)既定運行策略和目標函數(shù)計算每個粒子的適應值s；

步驟3.3：對于每個粒子的適應度值與自身粒子極值和全局粒子極值比較，如適應值更好，則更新各粒子極值e^b和全局極值g^b；

步驟3.4：判斷當前計算是否滿足收斂條件，若符合則輸出結果；

步驟3.5：如不符合則根據(jù)迭代公式更新粒子的速度和位置并返回步驟3.2，迭代公式為：

其中，n為當前循環(huán)次數(shù)，c1、c2為粒子權重系數(shù)，w為慣性權重，r1、r2為(0,1)內均勻分布隨機數(shù)，g為約束因子。

作為優(yōu)選方案之三，所述步驟2中，目標函數(shù)的各目標的權重系數(shù)的確定如下：

當考慮分布式儲能的配置節(jié)點和容量時，f＝λ1cbattery+csystem；當考慮減小配電系統(tǒng)的電壓控制費用時，f＝λ1cbattery+λ3cvr；當考慮減小配電系統(tǒng)的網絡損耗費用時，f＝λ1cbattery+λ2closs；當考慮減小配電系統(tǒng)高峰用電費用時，f＝λ1cbattery+λ4cp。

本發(fā)明提供一種利用儲能提高配電網負荷和分布式電源承載能力的優(yōu)化運行方法，可以應用于含分布式電源和儲能的配電系統(tǒng)，達到優(yōu)化配電網運行，延長儲能電池使用壽命的效果。在實施例中，電壓的波動顯著減小。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明方法流程示意圖。

圖2為本發(fā)明粒子群優(yōu)化算法流程示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例中未使用本發(fā)明電壓圖。

圖4為本發(fā)明實施例中使用本發(fā)明方法調節(jié)后的電壓圖。

具體實施方式：

實施例：

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。

實施例的應用場景為含高比例分布式發(fā)電的配電網絡，配電網絡中儲能可配置在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，也可配置在工業(yè)用戶，還可以單獨配置。

如圖1所示，為本發(fā)明的所提出的一種利用儲能提高配電網負荷和分布式電源承載能力的優(yōu)化運行方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1：獲取配電網、新能源發(fā)電、負荷和各分布式儲能系統(tǒng)數(shù)據(jù)；

步驟2：建立以系統(tǒng)網損費用、高峰負荷需求費用、電壓調節(jié)費用和儲能費用的多目標優(yōu)化函數(shù)及其約束條件；

步驟3：利用粒子群優(yōu)化算法求解目標函數(shù)，得到各分布式儲能系統(tǒng)的出力指令；

步驟4：在下一個采樣時刻t＝t+1，更新數(shù)據(jù)并重復上述步驟，實現(xiàn)滾動優(yōu)化的效果。

步驟1中所述配電網、新能源發(fā)電、負荷和各分布式儲能系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并在下一時刻t＝t+1，更新數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)運行提供滾動優(yōu)化的基礎。

所述各分布式儲能系統(tǒng)的模型如下：

δeb＝eb(t)-eb(t-1)

pb(t)＝δeb/(δt×ηc)，pb>0

pb(t)＝δeb×ηd/δt，pb<0

其中，為儲能電池的充放電效率，pb、eb分別為儲能系統(tǒng)的輸出功率和儲能能量，pb，min、pb，max分別為儲能系統(tǒng)的最小輸出功率、最大功率，eb，min、eb，max分別為儲能系統(tǒng)的最小儲能能量、最大儲能能量，δt為采樣時間。

節(jié)點的功率平衡方程為：

pi(t)＝pc,i(t)-pl,i(t)

其中，i＝1,2,…,n為配電系統(tǒng)節(jié)點標號，pi、pdg,i、pl,i、pc,i分別為節(jié)點功率、分布式發(fā)電功率、負荷功率和功率轉換器的功率，ηc為功率轉換器效率。

步驟2中多目標優(yōu)化目標函數(shù)為：

f＝λ1cbattery+λ2closs+λ3cvr+λ4cp

其中，系統(tǒng)的費用為csystem＝λ2closs+λ3cvr+λ4cp，

cp＝pmaxδtrp(t)

cbattery、closs、cvr、cp分別為儲能費用、配電系統(tǒng)網損造成的費用、電壓調節(jié)費用、負荷高峰時用電費用；λ1、λ2、λ3、λ4分別為儲能費用、配電系統(tǒng)網損造成的費用、電壓調節(jié)費用、負荷高峰時用電費用的權重系數(shù)；v、δ分別為為節(jié)點電壓、電壓相角，rloss、rvr、rp分別為網損電價、調壓電價和負荷高峰電價。

目標函數(shù)的約束條件為：

(1)節(jié)點電壓約束：

vmin<|vi^t|<vmax

(2)支路功率約束：

(3)儲能功率和能量約束：

pb,min<pb<pb,max

eb,min<eb<eb,max

根據(jù)優(yōu)化目標的需求對權重系數(shù)進行調節(jié)，顯然，儲能投資是必須考慮的因素，在考慮其他諸如調壓等功能時，另外的兩項權重系數(shù)為0，如考慮減小配電系統(tǒng)的電壓控制費用時，f＝λ1cbattery+λ3cvr；考慮減小配電系統(tǒng)的網絡損耗費用時，f＝λ1cbattery+λ2closs；考慮減小配電系統(tǒng)高峰用電費用時，f＝λ1cbattery+λ4cp。其中，目標函數(shù)中的權重系數(shù)λ可以通過專家經驗方法進行確定，根據(jù)專家對各分目標的重要程度確定相應的權重系數(shù)。

如圖3所示，為本發(fā)明粒子群優(yōu)化算法流程圖，其算法步驟為：

步驟3.1：依照配電系統(tǒng)、分布式發(fā)電和儲能系統(tǒng)等參數(shù)進行初始化，設置粒子群維數(shù)d，最大迭代次數(shù)m，同時對粒子群的位置x和速度v進行設定；

步驟3.2：根據(jù)既定運行策略和目標函數(shù)計算每個粒子的適應值s；

步驟3.3：對于每個粒子的適應度值與自身粒子極值和全局粒子極值比較，如適應值更好，則更新各粒子極值e^b和全局極值g^b；

步驟3.4：判斷當前計算是否滿足收斂條件，若符合則輸出結果；

步驟3.5：如不符合則根據(jù)迭代公式更新粒子的速度和位置并返回步驟3.2，迭代公式為：

其中，n為當前循環(huán)次數(shù)，c1、c2為粒子權重系數(shù)，w為慣性權重，r1、r2為(0,1)內均勻分布隨機數(shù)，g為約束因子。

如圖3、4所示，為本發(fā)明實施例中電壓調節(jié)效果對比圖，考慮減小配電系統(tǒng)的電壓控制費用時，f＝λ1cbattery+λ3cvr，兩項分目標的權重系數(shù)按λ1＝λ3＝1進行仿真計算，圖3為未配置儲能時，以配電系統(tǒng)各節(jié)點為例進行示意，可見電壓在不同時段內有較大波動，圖4為配置儲能之后的電壓調節(jié)效果圖，電壓在不同時段內保持非常平穩(wěn)的狀態(tài)。

最后應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。