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    重庆时时彩缩水在线: 一种计及负荷需求响应的并网型微电网可靠性评估方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201610863896.5

    申请日:

    2016.09.29

    公开号:

    CN106570611A

    公开日:

    2017.04.19

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G06Q 10/06申请日:20160929|||公开
    IPC分类号: G06Q10/06(2012.01)I; G06Q50/06(2012.01)I; H02J3/38 主分类号: G06Q10/06
    申请人: 重庆大学
    发明人: 胡博; 谢开贵; 陈子元; 李昌林; 徐星旻; 姚森; 李江山
    地址: 400044 重庆市沙坪坝区正街174号
    优先权:
    专利代理机构: 昆明合众智信知识产权事务所 53113 代理人: 范严生
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201610863896.5

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.05.17|||2017.04.19

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种计及负荷需求响应的并网型微电网可靠性评估方法,其包括有如下步骤:确认微电网中微电源年度出力曲线;在微电网孤岛内制定分时电价,并建立微电网用户的响应电价模型;根据微电网微电源出力、负荷功率确认微电网新能源对负荷满足度指标MLs;根据负荷的电量、电价、功率以及用户对改变自身消费习惯后满意程度四约束要素建立负荷需求响应模型,其目标函数为min(1?MLS),变量为每个时段电价的变化量Δp,并采用粒子群算法求解该负荷需求响应模型,得出修正的负荷曲线;根据微电网网架结构、储能设备与分布式电源的联合出力方式来确认基于修正负荷曲线的并网型微电网可靠性。该发明弥补了现有微电网可靠性评估算法的不足,适用于负荷需求响应策略下的微电网可靠性评估。

    权利要求书

    1.一种计及负荷需求响应的并网型微电网可靠性评估方法,其特征在于:包括有如下
    步骤:
    S1、确认微电网中微电源年度出力曲线;
    S2、在微电网孤岛内制定分时电价,并建立微电网用户的响应电价模型;
    S3、根据微电网微电源出力、负荷功率确认微电网新能源对负荷满足度指标MLs;
    S4、根据负荷的电量、电价、功率以及用户对改变自身消费习惯后满意程度四约束要素
    建立负荷需求响应模型,其目标函数为min(1-MLS),变量为每个时段电价的变化量Δp,并
    采用粒子群算法求解该负荷需求响应模型,得出修正的负荷曲线;
    S5、根据微电网网架结构、储能设备与分布式电源的联合出力方式采用时序蒙特卡洛
    模拟法来确认基于修正负荷曲线的并网型微电网可靠性。
    2.根据权利要求1所述一种计及负荷需求响应的并网型微电网可靠性评估方法,其特
    征在于:所述微电网中微电源为柴油机组与光伏发电机组。
    3.根据权利要求2所述一种计及负荷需求响应的并网型微电网可靠性评估方法,其特
    征在于:步骤S1中的微电源年度出力曲线,可根据光伏发电机组的光照辐照度I(t)来确定,
    其计算公式为:

    式中,I(t)表示光照辐照度,S表示太阳能电池板的面积,Ppv表示太阳能电池板的输出
    功率。
    4.根据权利要求3所述一种计及负荷需求响应的并网型微电网可靠性评估方法,其特
    征在于:根据微电网中光伏发电机组的出力特性将S2步骤中的电价以一天分为三个时段计
    价,其中,以1-6时为T1时段,以7-16时为T2时段,以17-24时为T3时段,引导用户在T1、T3时
    段的部分用电量转移至T2时段内,建立的响应电价模型,由下式表示:

    式中,q为电量,p为电价,Δq为电量变化量,Δp为电价变化量,E为电量电价弹性系统
    矩阵,

    其中,a、b、c分别表示T1、T2、T3时段,ε为电价电量弹性系数。
    5.根据权利要求4所述一种计及负荷需求响应的并网型微电网可靠性评估方法,其特
    征在于:步骤S3中,微电网新能源对负荷满足度指标MLs为:


    式中,PLoad(t)为t时刻的负荷电量,PMG(t)表示t时刻的微电源出力,而t时刻微电源出
    力PMG(t)=PPV(t)+PD(t),其中,PPV(t)为t时刻光伏发电机组出力,PD(t)为t时刻柴油机组出
    力。
    6.根据权利要求5所述一种计及负荷需求响应的并网型微电网可靠性评估方法,其特
    征在于:步骤S4中负荷需求响应模型中,四个约束因素分别为:
    ①、负荷用电总量不变约束:∑Δqi=0i=a,b,c,将电量约束转换为电价的变化约束:

    式中,e为电量电价弹性矩阵E的行向量;
    ②、负荷功率约束:PLmin≤PLoad(t)≤PLmax,式中,PLmin为最小负荷需求;PLmax为最大负荷
    需求;
    ③、用户对改变自身消费习惯后满意程度约束:
    式中,ΔCi为i时刻的电费改变量,Ci为i时刻的原电费支出;β为用户
    电费支出满意度临界值;
    ④、电价约束:pmin≤p(t)≤pmax,式中,pmin为规定的电价下限,pmax为规定的电价上限。
    7.根据权利要求6所述一种计及负荷需求响应的并网型微电网可靠性评估方法,其特
    征在于:步骤S4中粒子群算法求解负荷需求响应模型,步骤有;
    S4-1、初始化,设定加速常数c1、c2及最大迭代次数T,随机生成初始粒子群与各粒子的
    移动速度,因决策变量为电价的变化量与电价的比值Δp/p,该Δp/p属于区间[-1,1]且变
    化不宜过大,所以将各粒子位置随机生成在0附近;
    S4-2、确定每个粒子的适应值;
    S4-3、更新个体最优值pbest与全局最优值gbest,并记录相应的粒子位置;
    S4-4、更新粒子的速度与位置,公式为:


    式中,n=1,2,…,d;i=1,2,…,m;t为当前的迭代次数;r1与r2为[0,1]区间上的随机
    数;c1与c2为加速常数,ω为惯性权重系数;为粒子寻找到自身最优解的最优位置,
    为全局粒子寻找到最优解的最优位置;
    S4-5、判断是否达到最大迭代次数或满足收敛条件,若是则终止,否则返回步骤S4-2。
    8.根据权利要求7所述一种计及负荷需求响应的并网型微电网可靠性评估方法,其特
    征在于:步骤S5中采用时序蒙特卡洛模拟法确定微电网中储能设备与分布式电源的联合出
    力方式,步骤为:
    S5-1、初始化,微电网孤岛运行的时间点t=1,储能设备容量Qremain为最大;
    S5-2、计算t时刻微电网中分布式电源的出力,输入年度光照辐照度数据,计算光伏发
    电机组出力;
    S5-3、根据时序负荷模型得到t时刻微电网内的负荷Pload=Pload(t);
    S5-4、根据微电网的工作状态,得到微电网分布式电源出力总和∑PDG(t);
    S5-5、判断分布式电源是否满足负荷:
    若满足∑PDG(t)>PLoad(t),则储能设备进行充电,t时刻的充电功率为Pcharge=∑PDG(t)-
    PLoad(t)<Pmax,其中,Pmax为储能设备的最大充放电功率;
    否则,储能设备进行放电,t时刻的放电功率为Pdischarge=PLoad(t)-∑PDG(t)<Pmax;
    S5-6、判断储能设备容量是否到达其上下限,若达到其容量上限,则下一时刻储能设备
    不再充电;若达到其容量下限,则下一时刻不再放电;
    S5-7、判断微电网孤岛运行是否结束,若是则结束,否则t=t+1,转到步骤S5-2。

    说明书

    一种计及负荷需求响应的并网型微电网可靠性评估方法

    技术领域

    本发明涉及电力系统可靠性评估方法,具体涉及一种计及负荷需求响应的并网型
    微电网可靠性评估方法,属于电气工程技术领域。

    背景技术

    二十世纪后期,随着能源?;某鱿?,可再生能源越来越受到人们的重视。微电网
    中的分布式电源是可再生能源接入电网的有效方式,但是可再生能源出力的间歇性与随机
    性增加了微电网的控制难度。传统电力系统的调度方式仅仅考虑电源侧对系统带来的影
    响,而基于用户消费者心理学的需求响应策略使得电网管理者可以从用户端来优化电力系
    统的运行。微电网中可再生能源的接入以及需求响应策略的实施使得微电网可靠性评估变
    得复杂。

    目前针对微电网可靠性评估研究较多,提出了不同的微电网可靠性评估算法。然
    而,所提出的可靠性评估算法多研究微电网网架结构和新能源对微电网可靠性的影响,针
    对微电网新能源对负荷满足度和负荷需求响应对微电网可靠性影响的研究较少。针对这些
    问题,定义微电网新能源对负荷满足度指标,建立以微电网新能源对负荷满足度最大为目
    标的负荷需求响应模型,并应用粒子群算法求解模型??悸歉汉尚枨笙煊?、微电网结构以及
    储能设备出力策略等因素,本发明提出计及负荷需求响应的并网型微电网可靠性评估方
    法。

    发明内容

    针对上述现有技术中的不足之处,本发明旨在提供一种计及负荷需求响应的并网
    型微电网可靠性评估方法,其对柴油机组和光伏发电机组以及储能系统所组成的并网型微
    电网的可靠性进行评估,基于光伏发电机组出力的时段效应以及分时电价策略,通过建立
    负荷需求响应模型,弥补了现有微电网可靠性评估算法的不足,所提出的算法考虑因素更
    为全面,更适用于负荷需求响应策略下的微电网可靠性评估。

    为了实现上述目的,本发明的技术方案:一种计及负荷需求响应的并网型微电网
    可靠性评估方法,其包括有如下步骤:

    S1、确认微电网中微电源年度出力曲线;

    S2、在微电网孤岛内制定分时电价,并建立微电网用户的响应电价模型;

    S3、根据微电网微电源出力、负荷功率确认微电网新能源对负荷满足度指标MLs;

    S4、根据负荷的电量、电价、功率以及用户对改变自身消费习惯后满意程度四约束
    要素建立负荷需求响应模型,其目标函数为min(1-MLS),变量为每个时段电价的变化量Δ
    p,并采用粒子群算法求解该负荷需求响应模型,得出修正的负荷曲线;

    S5、根据微电网网架结构、储能设备与分布式电源的联合出力方式采用时序蒙特
    卡洛模拟法来确认基于修正负荷曲线的并网型微电网可靠性。

    进一步的,所述微电网中微电源为柴油机组与光伏发电机组。

    进一步的,步骤S1中的微电源年度出力曲线,可根据光伏发电机组的光照辐照度I
    (t)来确定,其计算公式为:


    式中,I(t)表示光照辐照度,S表示太阳能电池板的面积,Ppv表示太阳能电池板的
    输出功率。

    进一步的,根据微电网中光伏发电机组的出力特性将S2步骤中的电价以一天分为
    三个时段计价,其中,以1-6时为T1时段,以7-16时为T2时段,以17-24时为T3时段,引导用户
    在T1、T3时段的部分用电量转移至T2时段内,建立的响应电价模型,由下式表示:


    式中,q为电量,p为电价,Δq为电量变化量,Δp为电价变化量,E为电量电价弹性
    系统矩阵,公式为:


    其中,a、b、c分别表示T1、T2、T3时段,ε为电价电量弹性系数。

    进一步的,步骤S3中,微电网新能源对负荷满足度指标MLs为:



    式中,PLoad(t)为t时刻的负荷电量,PMG(t)表示t时刻的微电源出力,而t时刻微电
    源出力PMG(t)=PPV(t)+PD(t),其中,PPV(t)为t时刻光伏发电机组出力,PD(t)为t时刻柴油机
    组出力。

    进一步的,步骤S4中负荷需求响应模型中,四个约束因素分别为:

    ①、负荷用电总量不变约束:∑Δqi=0i=a,b,c,将电量约束转换为电价的变化
    约束:


    式中,e为电量电价弹性矩阵E的行向量;

    ②、负荷功率约束:PLmin≤PLoad(t)≤PLmax,式中,PLmin为最小负荷需求;PLmax为最大
    负荷需求;

    ③、用户对改变自身消费习惯后满意程度约束:

    式中,ΔCi为i时刻的电费改变量,Ci为i时刻的原电费支出;β
    为用户电费支出满意度临界值;

    ④、电价约束:pmin≤p(t)≤pmax,式中,pmin为规定的电价下限,pmax为规定的电价上
    限。

    进一步的,步骤S4中粒子群算法求解负荷需求响应模型,步骤有;

    S4-1、初始化,设定加速常数c1、c2及最大迭代次数T,随机生成初始粒子群与各粒
    子的移动速度,因决策变量为电价的变化量与电价的比值Δp/p,该Δp/p属于区间[-1,1]
    且变化不宜过大,所以将各粒子位置随机生成在0附近;

    S4-2、确定每个粒子的适应值;

    S4-3、更新个体最优值pbest与全局最优值gbest,并记录相应的粒子位置;

    S4-4、更新粒子的速度与位置,公式为:



    式中,n=1,2,…,d;i=1,2,…,m;t为当前的迭代次数;r1与r2为[0,1]区间上的随
    机数;c1与c2为加速常数,ω为惯性权重系数;为粒子寻找到自身最优解的最优位置,
    为全局粒子寻找到最优解的最优位置;

    S4-5、判断是否达到最大迭代次数或满足收敛条件,若是则终止,否则返回步骤
    S4-2。

    进一步的,步骤S5中采用时序蒙特卡洛模拟法确定微电网中储能设备与分布式电
    源的联合出力方式,步骤为:

    S5-1、初始化,微电网孤岛运行的时间点t=1,储能设备容量Qremain为最大;

    S5-2、计算t时刻微电网中分布式电源的出力,输入年度光照辐照度数据,计算光
    伏发电机组出力;

    S5-3、根据时序负荷模型得到t时刻微电网内的负荷Pload=Pload(t);

    S5-4、根据微电网的工作状态,得到微电网分布式电源出力总和∑PDG(t);

    S5-5、判断分布式电源是否满足负荷:

    若满足∑PDG(t)>PLoad(t),则储能设备进行充电,t时刻的充电功率为Pcharge=∑PDG
    (t)-PLoad(t)<Pmax,其中,Pmax为储能设备的最大充放电功率;

    否则,储能设备进行放电,t时刻的放电功率为Pdischarge=PLoad(t)-∑PDG(t)<Pmax;

    S5-6、判断储能设备容量是否到达其上下限,若达到其容量上限,则下一时刻储能
    设备不再充电;若达到其容量下限,则下一时刻不再放电;

    S5-7、判断微电网孤岛运行是否结束,若是则结束,否则t=t+1,转到步骤S5-2。

    本发明的有益效果:针对柴油机组和光伏发电机组以及储能系统所组成的并网型
    微电网的可靠性进行评估,基于光伏发电机组出力的时段效应以及分时电价策略,通过建
    立负荷需求响应模型,弥补了现有微电网可靠性评估算法的不足,所提出的算法考虑因素
    更为全面,更适用于负荷需求响应策略下的微电网可靠性评估。

    具体实施方式

    下面结合具体实施例来进一步详细说明本发明。

    一种计及负荷需求响应的并网型微电网可靠性评估方法,其包括有如下步骤:

    S1、确认微电网中微电源年度出力曲线;

    S2、在微电网孤岛内制定分时电价,并建立微电网用户的响应电价模型;

    S3、根据微电网微电源出力、负荷功率确认微电网新能源对负荷满足度指标MLs;

    S4、根据负荷的电量、电价、功率以及用户对改变自身消费习惯后满意程度四约束
    要素建立负荷需求响应模型,其目标函数为min(1-MLS),变量为每个时段电价的变化量Δ
    p,并采用粒子群算法求解该负荷需求响应模型,得出修正的负荷曲线;

    S5、根据微电网网架结构、储能设备与分布式电源的联合出力方式采用时序蒙特
    卡洛模拟法来确认基于修正负荷曲线的并网型微电网可靠性。

    具体地,微电网中微电源为柴油机组与光伏发电机组。光伏发电机组的主要设备
    为太阳能电池板,太阳能电池板的主要作用为将其自身接收到的太阳能转化为电能,因此,
    影响光伏发电机组出力的主要因素为太阳能电池板所接收到太阳能的多少,其衡量标准用
    光照辐照度I(t)来表示。

    S1、确认微电网中微电源年度出力曲线

    根据光照辐照度I(t)即可确定光伏发电系统的出力。本例中,柴油机组的额定功
    率为1.5MW,电池板表面接受的日辐射量取自美国科罗拉多州某地区,假设太阳能电池板的
    面积为S,则该太阳能电池板的输出功率为:


    S2、制定分时电价策略

    在微电网孤岛运行期间,如果微电网中微电源出力小于负荷则会导致负荷停电。
    因此,采用基于分时电价的需求响应策略,引导用户在微电源发电充足时多用电,根据微电
    网中光伏发电机组的出力特性将分时电价以一天分为三个时段计价,其中,以1-6时为T1时
    段,以7-16时为T2时段,以17-24时为T3时段,引导用户在T1、T3时段的部分用电量转移至T2
    时段内,建立微电网用户的响应电价模型,由下式表示:


    式中,q为电量,p为电价,Δq为电量变化量,Δp为电价变化量,E为电量电价弹性
    系统矩阵,计算公式为:


    其中,a、b、c分别表示T1、T2、T3时段,ε为电价电量弹性系数。

    S3、确定微电网新能源对负荷满足度指标

    微电网新能源对负荷满足度指标MLs与微电网微电源出力以及负荷功率有关,由
    下式计算:



    式中,PLoad(t)为t时刻的负荷电量,PMG(t)表示t时刻的微电源出力,而t时刻微电
    源出力PMG(t)=PPV(t)+PD(t),其中,PPV(t)为t时刻光伏发电机组出力,PD(t)为t时刻柴油机
    组出力。

    S4、建立负荷需求响应模型

    (1)、目标函数

    本发明的目的在于通过改变负荷曲线来提升微电网的可靠性,因此建立负荷需求
    响应模型时,目标函数与微电网新能源对负荷满足度MLs有关,决策变量为每个时段电价的
    变化量Δp,目标函数为min(1-MLS)。

    (2)、约束条件

    建立负荷需求响应模型时,需考虑负荷的电量、电价、功率以及用户对改变自身消
    费习惯后满意程度的约束,具体为:

    ①、负荷用电总量不变约束:∑Δqi=0i=a,b,c,将电量约束转换为电价的变化
    约束:


    式中,e为电量电价弹性矩阵E的行向量;

    ②、负荷功率约束:PLmin≤PLoad(t)≤PLmax,式中,PLmin为最小负荷需求;PLmax为最大
    负荷需求;

    ③、用户对改变自身消费习惯后满意程度约束:

    式中,ΔCi为i时刻的电费改变量,Ci为i时刻的原电费支出;β
    为用户电费支出满意度临界值;

    ④、电价约束:pmin≤p(t)≤pmax,式中,pmin为规定的电价下限,pmax为规定的电价上
    限。

    (3)、使用粒子群算法求解负荷需求响应模型

    步骤如下;

    S4-1、初始化,设定加速常数c1、c2及最大迭代次数T,随机生成初始粒子群与各粒
    子的移动速度,因决策变量为电价的变化量与电价的比值Δp/p,该Δp/p属于区间[-1,1]
    且变化不宜过大,所以将各粒子位置随机生成在0附近;

    S4-2、确定每个粒子的适应值;

    S4-3、更新个体最优值pbest与全局最优值gbest,并记录相应的粒子位置;

    S4-4、更新粒子的速度与位置,公式为:



    式中,n=1,2,…,d;i=1,2,…,m;t为当前的迭代次数;r1与r2为[0,1]区间上的随
    机数;c1与c2为加速常数,ω为惯性权重系数;为粒子寻找到自身最优解的最优位置,
    为全局粒子寻找到最优解的最优位置;

    S4-5、判断是否达到最大迭代次数或满足收敛条件,若是则终止,否则返回步骤
    S4-2。

    本发明研究了三种不同光照辐照度下负荷需求响应策略,针对微电网新能源对负
    荷满足度的影响,其结果如下表所示:



    由上表可知,微电网新能源对负荷满足度MLS从原来的0.269增至0.462,因此,本
    发明所建立的负荷需求响应模型可有效地提升微电网新能源对负荷满足度。场景二与场景
    三的光照辐照度曲线对微电网中原MLS几乎没有影响。对比三种光照场景下实施负荷需求
    响应策略的结果可知,MLS在实施本发明所提负荷需求响应策略后都有所增加。因此,本发
    明所建立的负荷需求响应模型可适用于不同光照辐照度情况。

    S5、分析确定计及负荷需求响应的并网型微电网可靠性

    (1)、储能设备与分布式电源的联合出力方式

    微电网中储能设备的出力方式不仅受到其自身容量以及充放电功率的限制,而且
    还与微电网中各分布式电源的出力以及时序负荷有关。本例基于时序蒙特卡洛模拟法确定
    微电网中储能设备与分布式电源的联合出力方式,步骤为:

    S5-1、初始化,微电网孤岛运行的时间点t=1,储能设备容量Qremain为最大;

    S5-2、计算t时刻微电网中分布式电源的出力,输入年度光照辐照度数据,计算光
    伏发电机组出力;

    S5-3、根据时序负荷模型得到t时刻微电网内的负荷Pload=Pload(t);

    S5-4、根据微电网的工作状态,得到微电网分布式电源出力总和∑PDG(t);

    S5-5、判断分布式电源是否满足负荷:

    若满足∑PDG(t)>PLoad(t),则储能设备进行充电,t时刻的充电功率为Pcharge=∑PDG
    (t)-PLoad(t)<Pmax,其中,Pmax为储能设备的最大充放电功率;

    否则,储能设备进行放电,t时刻的放电功率为Pdischarge=PLoad(t)-∑PDG(t)<Pmax;

    S5-6、判断储能设备容量是否到达其上下限,若达到其容量上限,则下一时刻储能
    设备不再充电;若达到其容量下限,则下一时刻不再放电;

    S5-7、判断微电网孤岛运行是否结束,若是则结束,否则t=t+1,转到步骤S5-2。

    (2)、分析计及负荷需求响应的并网型微电网可靠性

    使用时序蒙特卡洛模拟法,考虑微电网网架结构、储能设备与分布式电源的联合
    出力策略,评估基于修正的负荷曲线的并网型微电网可靠性。

    本发明基于三种光照辐照度场景,评估了基于微电网新能源对负荷满足度的负荷
    需求响应策略对并网型微电网可靠性的影响,其结果如下表所示:



    由上表可知,对比原负荷曲线、场景一、场景二等三种情形对应的可靠性评估结
    果,实际微电网可靠性比理想光照条件下可靠性差,如ENS指标从9.61增至9.98;当采取需
    求响应策略后,这三种场景微电网的可靠性指标SAIFI以及ENS都相应减小,如场景一的ENS
    指标减少7.21%。

    本发明建立定义微电网新能源对负荷满足度指标,基于光伏发电机组出力的时段
    效应以及分时电价策略,建立以微电网新能源对负荷满足度最大为目标的负荷需求响应模
    型,并应用粒子群算法求解模型。进一步考虑负荷需求响应、微电网结构以及储能设备出力
    策略等因素,给出计及负荷需求响应的并网型微电网进行可靠性评估方法。算法接口简单,
    便于工程人员学习使用,通用性较好。

    以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍,本文中应用了具体个例
    对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只适用于帮助理解本
    发明实施例的原理;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明实施例,在具体实施方
    式以及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

    关 键 词:
    一种 负荷 需求 响应 并网 电网 可靠性 评估 方法
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