输出功率预测值(t+1)W作为下一时刻储能单 元功率参考值，实现下一时刻联络线功率Pgtldl(t+1)最小。
[0048] 由于被控对象及环境的不确定性，在t时刻实施控制量AU的作用后，在t+1时刻 的实际输出和预测输出不一定相等，生成预测误差e(t+l):
[0049] e(t+l) =y(t+l)-y*(t+l) 巧）
[0050] 式中y(t+l)为t+1时刻实际输出量；y*(t+l)为t+1时刻预测输出量。
[0051] 此误差经过加权后修正对未来其他时刻的预测值，如式（7)所示：
[0052] y/(t+。= 7*邮)+11 ?e(t+l) (7)
[0053] 式中，y/(t+2)为修正后的t巧时刻预测值；y*(t+2)为t巧时刻预测值；h为预测 误差的加权系数，本发明取h= 1，则经修正后的目标函数为：
[0054] Gi(i) =Pgndli(t+1)+Gi(t+1) 做
[0055] 由于预测控制只实现下一时刻的购电成本最小，而实际购电成本与峰谷电价关系 密切，只使用预测控制对微电网进行能量管理，无法根据当前所处的电价时段和下一电价 时段进行能量优化管理，实现全局最优。本实例根据一天的峰谷电价实现不同电价段的能 量优化管理，结合预测控制的优点，实现每一电价段内每一时刻的购电成本最小，从而达到 一天多微网的经济性运行。
[0056] 根据峰谷电价实现不同电价段的经济运行，结合预测控制优点，实现每个电价段 内各时刻的购电成本最小。微电网功率缺额如下式所示：
[0057] Ploss~PIoadl*~Pload2~PpVl~PpV2 饼
[005引式中：PiM历功率缺额;PWdi为负载1的有功功率;Pwd2为负载2的有功功率;PPVi为光伏1输出功率;Ppv2为光伏2输出功率。
[0059]当下一时段的电价高于当前时段且时，储能电量可能无法满足IV,，使下一 时段的微电网与配电网的联络线功率全时段均为0。由于下一时段的电价高于当前时段，贝U 微电网下一时段的功率缺额将使用配电网高价电补足。为提高经济性，微电网储能应在当 前时段进行充电，储能最大限度的满足下一时段的功率缺额，使得下一时刻对配电网的用 电量最少，减少微电网对配电网的购电成本。 W60] 设定t时刻到t+1时刻子微网j储能SOCj(t+1)的变化量为Vj(t+1)，则有：
[0061]SOC/(t+1) =SOCj(t)-Vj(t+1) (10)
CU)
[006引式中：S0C/(t+l)为储能在t+1时刻的预测值；T为单位步长时间；Wesj为储能元件 的容量。
[0064]V,(t+1)与t+1时刻子微网储能的充放电功率呈线性关系。储能放电功率为正，充 电功率为负，由于储能功率化围为： 1^0065]PBSjniin《PBSj《PBSjniax(。）
[0066] 式中：Pesimi。为子微网J储能的最大充电功率；Pesimax为子微网J储能的最大放电功 率。
[0067] 为求解所建立数学模型，使用滚动优化法对经济最优化进行寻优，单个步长的限 定条件为：
W例根据单个步长限定条件，分别Wv,(t+1) =O为中屯、往正负取n段，则V,(t+1)可 取化+1个值。
[0070] 根据每一个Vji(t+1)得到对应的下一时刻储能SOC的所有可能值S0C/(t+l)， 并作用于预测模型，计算相应的联络线功率预测值Pgfl/(t+l)，i为对应编号，i= 1，2,…，化+1。根据公式（7)，计算其相应的目标函数值，并由公式（5)得到其最小值所对 应的编号^^计算编号巧巧对应的储能输出功率预测值？85；^(*+1)并作为下一时刻储能单 元功率参考值，实现下一时刻联络线功率Pgtidi(t+1)最小。实现微电网对配电网的购电成 本最小，W及上网电价收益最高。
[00川已知t时刻的上、下层子微网各参数，则t+1时刻储能荷电状态、上层子微网的联 络线功率、下层子微网的联络线功率分别下式所示；
阳07引Pgr"2* (t+1) =Pw2* (t+1) -Ppv2* (t+1) -PbS2* (t+1)
[0074] (15)Pgr"i*a+l) =Pwdi*a+l)-Ppvi*(t+l)-PBSi*(t+l)+Pgnd2*a+l) (16) 阳07引 Pb""* (t+1) =Ploadi* (t+1) -Ppvi* (t+1) -Pbsi* (t+1) +PgridZ*a+1) (巧)
[0076] 式中：参数上标有*的为该时刻的预测值；储能容量，上层为Wesi，下层为Wes2;储能 功率，上层为IV(t)，下层为Pes2 (t);负荷功率，上层为IVdi(t)，下层为IVd2 (t);光伏输出 功率，上层为Ppvi(t)，下层为Ppv2 (t);联络线功率，上层子微网联络线功率，Pgtidl(t+1)，下层 子微网联络线功率Pgfid2a+1)，PgfWa+1)为正时电能从上往下传输，为负时则相反。
[0077] 图3a是串联结构光储型多微网中分布式预测控制流程图。系统同时对上层子微 网和下层子微网进行模型预测控制，并将下层子微网的预测控制结果返回至上层子微网的 预测控制流程中，最终得到联络线功率最低的目标函数。 阳07引结合式（14-17)可得：
[0080] 由于t时刻，SOCi(t)和SOCz(t)已知，Phadi(t+1)、Phad2 (t+1)可根据负荷历史数 据得到，Pm(t+1)、Ppv2(t+l)可根据光伏出力历史曲线得到。为防止各子微网储能出现过充 过放的情况，储能SOC的预测值约束条件如式（19)所示。 W81] 20 %《SOC/(t+1)《80% (19)
[0082] 由功率平衡可得式（20): 阳08引 Pg""* (t+1) =Pw"* (t+1) +Pwd2* (t+1) -Pm* (t+1) -Ppv2* (t+1) (20) 阳084] -[PBsi*(t+l)+PBS2*(t+l)]
[00财由于t+1 时刻Pha/(t+l)、Phad/(t+l)、Ppv；^(t+1)、Ppv/(t+l)均为常数，因此当PBSi*(t+l)+PeS2*(t+l)不变，则对应的Pgridi*(t+1)不变。由此可知当 乂1(1+1)〉0且￥2(1+1)〈0 或Vi(t+1)<0且Vz(t+1)〉0 时，满足该条件的某组[Vi(t+1)，Vz(t+1)]存在一组[Vi(t+1)， 0]或[0,Vz(W)L使得[Vi(t+1)，0]或[0,Vz(W)]所对应的Pgri/(t+l)与[Vi(t+1)，V2a+1)]对应的Pgfidi* (t+1)相等，且当Vi(t+1)〉〇且V2(t+1) <0时，会增加储能设备的运行 损耗。因此，需预测控制的约束条件如下式所示。
[0086] (Vi(t+i) > 0 n V2(t+i) > 0) U (Vi(t+i)《0 n V2(t+i)《0) (21)
[0087] 即Vi(t+1)和V2a+1)符号相同。
[0088] 图4、图5分别是简单并网优化算法仿真波形和考虑峰谷电价的分布式预测控制 算法波形图。
[0089] 经统计，在简单并网优化算法情况下，微电网对配电网的购电成本为139. 0元，上 网电费收入为105. 3元，微电网总电费为33. 7元；在考虑峰谷电价的分布式预测控制算法 情况下，微电网对配电网的购电成本为126. 7元，上网电费收入为134. 3元，微电网总电费 为-7. 4元。采用基于峰谷电价和预测控制的能量管理算法的微电网运行一天能获取7. 4 元的利润。算例结果验证了所提出优化算法的可行性及经济性。
[0090] W上所述仅为本发明与发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用 本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域， 均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1. 一种串联结构光储型多微网经济运行系统，包括一次系统与控制系统，其特征在于： 一次系统包括上层子微网和下层子微网，上层子微网和下层子微网通过并离网开关串联构 成；其中上层子微网包括30kW光伏发电阵列、66. 7kWh蓄电池和本地负荷，下层子微网包括 30kW光伏发电阵列、30kWh蓄电池和本地负荷；通过控制公共连接点及并离网开关开断能 够切换前述两个子微网的并离网状态：上层子微网通过公共连接点与配电网相连，通过控 制公共连接点开断能够实现整个多微网系统并网和孤岛两种运行模式的转换，下层子微网 通过并离网开关接入上层子微网，通过控制并离网开关能够实现下层子微网并网和孤岛两 种运行模式的转换。2. 根据权利要求1所述的串联结构光储型多微网经济运行系统，其特征在于所述控制 系统由上层子微网控制器、下层子微网控制器、光伏控制器、储能控制器、负荷控制器及通 信网络构成，其中，所述公共连接点与并离网开关均通过通信总线直接与两个子微网相连； 微源控制器即光伏控制器、储能控制器和负荷控制器分别由上层子微网控制器控制，两个 子微网控制器通过通信总线相联，能实时相互传输子微网内电气信息；各微源控制器与逆 变器相连，各子微网控制器通过向各微源控制器下达指令，可控制各微源出力情况。3. 适用于权利要求1所述的串联结构光储型多微网经济运行系统的串联结构光储型 多微网运行优化方法，其特征在于：采用考虑峰谷电价的分布式模型预测控制算法，基于源 荷预测建立各层子微网经济性最优的目标函数，通过各子微网控制器联合进行分布式预测 控制，从而实现滚动优化求解。4. 根据权利要求3所述的串联结构光储型多微网优化方法，其特征在于：峰谷分时电 价是指根据用户用电需求，将每天的时间划分为高峰、平段、低谷三个时段或高峰、低谷两 个时段，对各时段分别制定不同的电价水平，以刺激和鼓励用户主动改变消费行为和用电 方式达到削峰填谷的目的；根据一天的峰谷电价实现不同电价段的能量优化管理，结合预 测控制的优点，可实现每一电价段内每一时刻的联络线功率最小，购电成本取决于联络线 功率，联络线功率最小即购电成本最小。
【专利摘要】本发明公开了一种串联结构光储型多微网经济运行系统及方法。本串联结构光储型多微网系统包括一次系统与控制系统，一次系统由两个子微网通过并离网开关K1串联构成，包括光伏发电阵列、蓄电池和本地负荷；控制系统由子微网控制器、光伏控制器、储能控制器、负荷控制器及通信网络构成。本串联结构光储型多微网经济优化方法采用一种考虑峰谷电价的分布式模型预测控制算法，根据多微网中源荷特性与运行特性，建立微电网预测模型和优化目标函数。本发明建立的串联结构光储型多微网系统及方法，对开展光储型多微网系统规划设计、模式切换和优化运行的研究具有重要的工程应用价值。
【IPC分类】H02J3/38, H02J3/32, H02J3/46
【公开号】CN105337310
【申请号】CN201510860537
【发明人】杨苹, 许志荣, 张育嘉, 郑成立, 郑群儒, 袁昊哲, 雷金勇, 喻磊, 郭晓斌, 李鹏
【申请人】华南理工大学, 南方电网科学研究院有限责任公司
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年11月30日