发明专利｜电力市场下的微电网能量管理方法

本期给大家带来的是电力市场下的微电网能量管理方法。该发明的申请人是西电通用电气自动化有限公司，发明人为丁岩、柳明、张娜、雷智荣、董洁慧。

摘要

本发明公开了一种电力市场下的微电网能量管理方法，该方法MEMS结合市场实时电价以及分布式供电商报价、机组容量等信息，在可再生能源出力预测和负荷预测技术的基础上，通过优化程度制定分布式供电商的生产计划，同时确定负荷侧的控制方案。经过优化的方案再通过信息传输给局部控制器如分布式电源控制器以及负荷控制器。分布式电源控制器控制机组出力，负荷控制器按优化方案控制可控负荷。以最小化供电商的运行费用和负荷侧的竞价补贴费用为目标，所有参与该项目的用户都必须按决策信息约定执行MEMS下发的控制计划命令。上述方法通过激励的机制刺激用户参与，对于负荷侧补贴竞价的方法，用户可以操作报价控制自己的收益。

1 .电力市场下的微电网能量管理方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)能量管理系统收集最新的分布式供电商的能源预测数据、用户的负荷预测数据以及电网供电商实时电价;同时能量管理系统将实时电价信息发送给各个分布式供电商以及用户;

2)分布式供电商每隔一段时间根据开放电力市场中的实时电价决定自己的发电报价，并申报给能量管理系统;用户侧每隔一段时间根据对可控负荷的依赖程度以及市场电价决定是否参与可控负荷补贴竞价，如参与则将可控负荷补贴报价申报给能量管理系统，同分布式供电商、电网供电商一起参与市场竞争;

3)能量管理系统将收集到的所有预测信息，综合最新供电商报价、可控负荷补贴报价以及分布式供电商的可控机组容量信息，通过混合整数规划方法计算求解得到下一时间周期内的最优调度方案，并根据最优调度方案将下一时段决策信息发送给各个分布式供电商及参与竞价的用户;

4)被选中的供电商按照决策信息要求执行能量管理系统下达的决策，同时被选中的用户按照要求削减可控负荷;用户通过可控负荷补贴报价被选中将获得可控负荷报价的补贴。

2.根据权利要求1所述的电力市场下的微电网能量管理方法，其特征在于：所述的最优调度方案以最小化微网的总运行费用为目标，其目标函数为：

式中：ΔT为单位时间间隔;N为分布式供应商的数量; 为供应商i在t时段的报价;为供应商i在t时段的出力;C(t)为t时段市场电价;Pb(t)为t时段从电网的购电量;M为参与可控负荷报价的用户数; 为用户j在t时段的可控负荷报价; 为用户j可控负荷的量，为用户j削减负荷的量; 和分别为供应商i的最小和最大出力;和 分别表示供应商i和用户j被接受的状态变量，其值为1时，表示被接受，为0时表示未被接受; 为公共线路所允许的最大传输功率;PL(t)为t时段的负荷预测值。

3 .根据权利要求1所述的电力市场下的微电网能量管理方法，其特征在于：步骤4)具体包括：在实时电价相对较低，能量管理系统向电力市场购电，成本较高的分布式供电商在某些时段未被采用;在实时电价较高时，微网减少向电力市场购电，选择本地供电商的机组供应;用户参与竞价后，在竞价时间段之内，市场实时电价较高，能量管理系统减少向电力市场购电，通过削减报价较低的用户侧可控负荷减少运行的费用。

4 .根据权利要求1所述的电力市场下的微电网能量管理方法，其特征在于：还包括如果发电量满足不了用户侧负荷要求时，则能量管理系统向电力市场购电。

5 .根据权利要求1所述的电力市场下的微电网能量管理方法，其特征在于：所述的一段时间为30～60min。

6.根据权利要求1所述的电力市场下的微电网能量管理方法，其特征在于：分布式供电商的能源包括光伏发电、燃料电池发电、燃气轮机发电、内燃机发电和天然气发电。

7 .根据权利要求1所述的电力市场下的微电网能量管理方法，其特征在于：用户侧可控负荷包括电锅炉、热水器或饮水机、制冰机、冷水机、冷库和空调。

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，涉及一种电力市场下的微电网能量管理方法。

背景技术

随着我国电力市场化的改革，建立可体现供求关系的电力市场是未来的发展趋势。加之近几年雾霾肆虐带来的空气污染，仅靠不断扩建发电侧已经满足不了发展的需求，同时更需要配合以合理的能量管理优化方法。

在开放的电力市场环境下，微网中独立的分布式发电商和用户都能参与到市场当中，如何在满足供需平衡的基础上设计出更加节能环保，可优化微网运营成本的能量管理方法，是现今需要解决的一个技术问题。

(1)现有的能量管理技术，多是通过优化控制可控电源，储能来进行能量管理，但分布式发电的随机性，不稳定性给能量管理带来很大的局限，或需要配备更充足的储能或大电网支持，仅通过控制可控电源并不是最理想的能量管理方法;

(2)现有能量管理技术缺少对负荷侧的具体优化策略，由于负荷侧需要削减可观的负荷才能达到控制的目地，因此目前只有一些大的工业用户才参与到响应中。事实上，微网的负荷水平在几十kW至数十MW，包含了多种负荷类型，微网的用户侧具有良好的潜力参与响应，应重点应用于能量管理优化，根据电价变化具体或者其它激励机制而改变电力消费模式的行为，但目前依然缺乏合理具体的负荷控制模型以及实施方法。

(3)目前，国内现有技术对微网能量管理优化目标主要集中在微网自身的经济调度上，缺少微网在市场环境下的能量管理模型，已有模型略显简单也是现有技术的不足。

发明内容

针对传统的能量管理方法，本发明提供了电力市场环境下的微电网能量管理方法，对微网的负荷侧提出了补贴竞价的管理方法，本方法提出了新的电力市场环境下的微电网能量管理优化模型，以最小化供电商的运行费用和负荷侧的竞价补贴费用为目标。采用混合整数优化方法求解，并通过算例仿真验证了方法及模型的有效性。本方法对负荷侧管理方法做出了新的探索，解决了现有技术中存在的一些问题。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

电力市场下的微电网能量管理方法，包括以下步骤：

1)能量管理系统收集最新的分布式供电商的能源预测数据、用户的负荷预测数据以及电网供电商实时电价;同时能量管理系统将实时电价信息发送给各个分布式供电商以及用户;

2)分布式供电商每隔一段时间根据开放电力市场中的实时电价决定自己的发电报价，并申报给能量管理系统;用户侧每隔一段时间根据对可控负荷的依赖程度以及市场电价决定是否参与可控负荷补贴竞价，如参与则将可控负荷补贴报价申报给能量管理系统，同分布式供电商、电网供电商一起参与市场竞争;

3)能量管理系统将收集到的所有预测信息，综合最新供电商报价、可控负荷补贴报价以及分布式供电商的可控机组容量信息，通过混合整数规划方法计算求解得到下一时间周期内的最优调度方案，并根据最优调度方案将下一时段决策信息发送给各个分布式供电商及参与竞价的用户;

4)被选中的供电商按照决策信息要求执行能量管理系统下达的决策，同时被选中的用户按照要求削减可控负荷;用户通过可控负荷补贴报价被选中将获得可控负荷报价的补贴。

所述的最优调度方案以最小化微网的总运行费用为目标，其目标函数为：

式中：ΔT为单位时间间隔;N为分布式供应商的数量; 为供应商i在t时段的报价; 为供应商i在t时段的出力;C(t)为t时段市场电价;Pb(t)为t时段从电网的购电量;M为参与可控负荷报价的用户数; 为用户j在t时段的可控负荷报价; 为用户j可控负荷的量， 为用户j削减负荷的量; 和 分别为供应商i的最小和最大出力; 和 分别表示供应商i和用户j被接受的状态变量，其值为1时，表示被接受，为0时表示未被接受; 为公共线路所允许的最大传输功率;PL(t)为t时段的负荷预测值。

步骤4)具体包括：

在实时电价相对较低，能量管理系统向电力市场购电 ，成本较高的分布式供电商在某些时段未被采用;在实时电价较高时，微网减少向电力市场购电，选择本地供电商的机组供应;

用户参与竞价后，在竞价时间段之内，市场实时电价较高，能量管理系统减少向电力市场购电，通过削减报价较低的用户侧可控负荷减少运行的费用。

还包括如果发电量满足不了用户侧负荷要求时，则能量管理系统向电力市场购电。

所述的一段时间为30～60min。

分布式供电商的能源包括光伏发电、燃料电池发电、燃气轮机发电、内燃机发电和天然气发电等。

用户侧可控负荷包括电锅炉、热水器或饮水机、制冰机、冷水机、冷库和空调等。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提的管理方法，提出了新的电力市场环境下的微电网能量管理优化模型，对微网的负荷侧提出了补贴竞价的管理方法，MEMS结合市场实时电价以及分布式供电商报价、机组容量等信息，在可再生能源出力预测和负荷预测技术的基础上，通过优化程度制定分布式供电商的生产计划，同时确定负荷侧的控制方案。经过优化的方案再通过信息传输给局部控制器如分布式电源控制器以及负荷控制器。分布式电源控制器控制机组出力，负荷控制器按优化方案控制可控负荷。以最小化供电商的运行费用和负荷侧的竞价补贴费用为目标，所有参与该项目的用户都必须按决策信息约定执行MEMS下发的控制计划命令。上述方法通过激励的机制刺激用户参与，对于负荷侧补贴竞价的方法，用户可以操作报价控制自己的收益。通过算例仿真验证了方法及模型的有效性，总运行费用得到了有效的控制，使得微网可以稳定且经济运行。是一种可以商业化推广的方法。随着微网规模的增大，这种节能效应也将更加显著。

附图说明