一种发电成本最低的微电网调频控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统运行和控制技术领域，特别设及一种能够实现最低发电成本 的微电网调频控制方法，将微电网的发用平衡与经济调度问题进行综合考虑，在确保微电 网频率稳定的同时实现发电成本的最小化，可再生能源利用的最大化，电源功率分配的合 理化。
【背景技术】
[0002] 发展分布式发电值istributedGeneration,DG)，可W优化能源结构、推动节能减 排和实现经济可持续发展。近年来，可再生能源的分布式并网促进了微电网的发展，全国建 立了很多微电网的示范项目和工程。微电网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、 相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和 管理的自治系统，既可W与外部电网并网运行，也可W孤立运行。作为未来电力系统的基本 单元，微电网必将成为新型智能电网W及能源互联网的重要组成部分。
[0003] 随着微电网中风力和光伏发电的渗透率越来越高，由于可再生能源出力的波动 性、间歇性和不确定性，加之负荷的快速变化和系统较小的惯性系数，对保证微电网在孤网 状态下安全可靠运行所需的控制系统提出了很大挑战，运一点特别体现在微电网频率控制 问题中。如何对微网中的分布式电源与储能进行自律协调控制W保证系统孤网运行下的发 用平衡和频率稳定一直W来都是研究的关注点，运被称为微电网的调频问题或自动发电控 制（AutomaticGenerationControl,AGC)问题。但实际大量采用的通过下垂控制保证系 统功率平衡与频率稳定的方式无法实现功率合理的分配，系统运行的经济性较差。与此同 时，由于微网一次能源和负荷的快速变化，传统电力系统分钟级的优化调度指令并不适用， 因此应该将频率控制与经济调度在同一过程中考虑，运一点在已有的技术发明中并不能得 到很好的解决。类似于传统电力系统，微网中经济调度的目标主要也是最小化发电成本，最 大化消纳可再生能源，W及可再生能源功率的成比例分配。因此，如何将频率控制与经济调 度相结合形成新型的微网调控模式对微网的稳定经济运行有着巨大的意义。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对孤网运行的自治微电网在发电成本最小的前提下实现快速 的功率平衡和频率恢复控制问题，提出一种发电成本最低的微电网调频控制方法，本发明 方法可满足功率平衡、频率恢复和成本最小的调控目标。使可再生能源的利用率达到最大， 可提高微网可再生能源的消纳能力，且实现方便，控制简单。 阳〇化]本发明提出的发电成本最低的微电网调频控制方法，主要包括W下步骤：
[0006] 1)对分布式电源与储能装置建立各自的发电成本函数与发电成本微增率函数，并 将函数模型的参数通过通信系统传递给微电网中央控制器：
[0007] 1-1)对于W传统化石能源作为一次能源的发电装置（包括微型燃气轮机、小型柴 油机等，英文为ConventionalGenerator,W下简称CG)，建立W输出有功功率为自变量的 发电成本二次函数，W第i台CG为例，函数表达式如下： 阳OO引 C,, (C,.) = ,C;. +A,,f: ）
[0009] 其中，Ccw化J表示W第i台CG输出有功功率为自变量的第i台CG发电成本函 数，Pcu表示第i台CG输出的有功功率，acw，bcw，Ccw为根据实际发电成本设定的二次项、 一次项和常数项的系数。
[0010] 对式（1)表示的发电成本二次函数求导，得到线性的发电成本微增率函数如下： 1^0011] ICRcGi(PCGi) - 2acGiPcGi+bcGi-KcqjPCGi+b^Q； 0) 阳01引其中ICRcw化J表示W第i台CG输出有功功率为自变量的第i台CG发电成本微 增率函数，K。^= 2a表示发电成本微增率函数的斜率；
[0013] 1-2)对于W可再生能源作为一次能源的发电装置（包括光伏电池、小型风机等， 英文为Renew油IeGenerator,W下简称RG)，建立W输出有功功率为自变量的"虚拟"发电 成本二次函数，计算发电成本，W第j台RG为例，函数表达式如下：
[0014]
3) 阳〇1引其中，C^Gi化Gi)表示W第j台RG输出有功功率为自变量的第j台RG发电成本函 数，Pku表示第j台RG输出的有功功率，巧T表示第j台RG预测的最大可用发电容量，即根 据预测得到的一次能源输入功率大小。 阳016] 对式（3)表示的发电成本二次函数求导，得到线性的发电成本微增率函数如下：
[0017]
(4) 阳〇1引其中ICIVi化Gi)表示W第j台RG输出有功功率为自变量的第j台RG发电成本微 增率函数，
表示发电成本微增率函数的斜率；
[0019] 1-3)对于储能装置（包括蓄电池储能、超级电容器储能、飞轮储能等，英文为 化ergyStorageSystem,W下简称ES巧，建立W输出有功功率为自变量的分段"虚拟"发电 成本二次函数，计算发电成本，W第k台ESS为例，函数表达式如下：
[0020]
(5； 阳OW其中，Cessk化SSk)表示W第k台ESS输出有功功率为自变量的第k台ESS发电成本 函数，PESSk表示第k台ESS的有功功率，输出为正，输入为负，^、、，献Sk,CESSk为根据电源寿 命设定的二次项、一次项和常数项系数。
[0022] 对式（5)表示的发电成本二次函数求导，得到线性的发电成本微增率函数如下：
[0023] 興墓)J产产 = 货)：
[0024] 其中ICRessk化SSk)表示W第k台ESS输出有功功率为自变量的第k台ESS发电成 本微增率函数，=J 表示ESS发电成本微增率函数的斜率. .、厶些臟.,.！碰.聲'、》
[002引 2)设定分布式电源有功功率输出限制约束，^及储能装置的能量约束，并将所述 约束通过通信系统传递给微电网中央控制器：
[00%] 2-1)设定分布式电源或储能装置输出有功功率的上下限约束：
[0027] 对于CG，将输出有功功率的上限约束设定为设备允许的最大发电功率，而将下限 约束设定为维持设备不停火所需要保持的最小功率，W第i台CG为例，约束表达式为：
[0028] 《環巧
[0029] 其中Cr和与?'分别表示第i台CG输出有功功率的下限和上限约束；
[0030] 对于RG，将输出有功功率的上限约束设定为预测的最大可用发电容量，而将下限 约束设定为零，W第j台RG为例，约束表达式为： 阳〇31]:觀哉芝職掛
[0032] 其中，巧表示第j台RG输出有功功率的上限约束；
[0033] 对于ESS，将输出有功功率的上限约束设定为储能允许最大的放电功率，而将下限 约束设定为储能允许最大的充电功率，W第k台ESS为例，约束表达式为：
[0034] (9)
[0035] 其中巧I和巧'2分别表示第k台ESS输出有功功率的下限和上限约束；
[0036] 2-2)设定储能装置储存能量的上下限约束，储能装置的能量上限为储能装置的最 大容量，下限为零，W第k台ESS为例，上下限约束表达式为 W37] 0<W^,^<W^ (10) 阳03引其中，胖^5茂示第k台ESS储存的能量，表示第k台ESS的最大容量；
[0039] 扣调整发电机的同步调速器和逆变器的控制器，进行一次调频，方法如下：设置 各分布式电源和储能装置初始情况下一次调频的频率-有功下垂特性曲线，如图2所示，W 第i台CG为例，下垂关系表达式为：
[0040] PcGi-PcGiO-kCGi(f〇-f)Ql) 阳OW 其中Pcu。为第i台CG的在额定频率下的输出功率，f。为额定频率，f为微电网实 际频率，为下垂系数，取值一般在16~50范围内，且需要满足的要求如下：
[0042] A.各CG和储能装置在微电网频率为额定频率f。时输出的有功功率满足发电成本 微增率相等的条件，且下垂系数与发电成本微增率函数斜率的比值相等，即
[0043] /巧(/,,,) = /(:仍,（/]..)，V"!，。E(7,.UC(12) W44]
句衍，按班U您啤賴 W45] 其中Gc历CG的下标集合，GESS为ESS的下标集合；
[0046]B.各RG在微电网频率为额定频率f。时输出的有功功率均为其预测最大可用发电 容量，且下垂系数与发电成本微增率函数斜率的比值相等，即
[0047] 冷却e&。 (14)
[0048]
V换每护钱。（1巧 W例其中Gkg为RG的下标集合；
[0050] 4)经过时间间隔A t ( -般取2秒左右且可调），进行二次调频：判断系统频率与 额定频率的关系，若系统频率小于等于额定频率，转入步骤5)，若系统频率大于额定频率，转入步骤的；
[(K)川 W判断是否所有RG输出的有功功率均已达到其最大限值，若否，转入步骤5-1)， 若是，转入步骤5-2):
[0052] 5-1化SS设置为充电状态，设定RG和ESS参与调频，转入步骤7);
[0053] 5-2化SS设置为放电状态，设定CG和ESS参与调频，转入步骤7);
[0054] 6)判断是否所有CG输出的有功功率均已达到其最小限值，若否，转入步骤6-1)， 若是，转入步骤6-2): 阳化5] 6-1化SS设置为放电状态，设定CG和ESS参与调频，转入步骤7);
[0056] 6-2化SS设置为充电状态，设定RG和ESS参与调频，转入步骤7);
[0057] 7)微电网中央控制器采集系统频率，按照下式计算二次调频每次的有功功率设定 值调整总量A P;
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