一种微电网系统的运行优化方法和装置

本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种微电网系统的运行优化方法和装置。

背景技术：

1、微电网作为一种包含多类新能源的综合集成技术，有机统一了风电、光伏、储能、需求响应等多能源类型，可以提升风光等可再生能源的消纳能力，降低地区的碳排放量，使电能更加低碳环保。因此，微电网是推动能源转型，建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系的重要手段。

2、目前，我国微电网的发展处于起步阶段，如何实现微电网系统的低碳经济运行是当前研究的重点。

技术实现思路

1、为此，本发明提供了一种微电网系统的运行优化方法和装置，以力图解决或者至少缓解上面存在的问题。

2、根据本发明的一个方面，提供一种微电网系统的运行优化方法，包括：基于微电网系统的碳配额基准值建立阶梯式碳交易成本模型，以及采用电量电价弹性矩阵法建立需求响应模型；基于阶梯式碳交易成本模型和需求响应模型，以微电网系统的总成本最低和碳排放量最小为优化目标，构建微电网系统的多目标优化运行模型，微电网系统的总成本包括微电网系统的运行成本和碳交易成本，微电网系统的碳排放量包括内燃机发电所产生的碳排放量和向电网购电所产生的碳排放量；对多目标优化运行模型进行求解，得到微电网系统中各机组的出力。

3、可选地，在根据本发明的微电网系统的运行优化方法中，阶梯式碳交易成本模型包括：

4、

5、其中，ec表示碳交易成本，cce表示碳交易价格，eactul表示微电网系统实际的碳排放量，efree表示碳配额基准值，l表示碳交易量区间长度，β表示碳交易价格增长幅度。

6、可选地，在根据本发明的微电网系统的运行优化方法中，需求响应模型包括：

7、

8、其中，pe(t)、pe,0(t)分别表示t时段微电网系统考虑需求响应后和考虑需求响应前的电负荷，m(t,h)表示t时段的用电量对h时段的价格弹性，δq(h)表示需求响应后h时段的价格变动量，q0(h)表示需求响应前h时段的价格，t表示运行周期。

9、可选地，在根据本发明的微电网系统的运行优化方法中，多目标优化运行模型包括以微电网系统的总成本最低为优化目标的第一目标函数和以微电网系统的碳排放量最小为优化目标的第二目标函数，第一目标函数包括：

10、f1＝min(em+ec)

11、

12、其中，f1表示微电网系统的总成本，em表示微电网系统的运行成本，ec表示碳交易成本，cwt、cpv、cfuel分别表示风电机组、光伏机组、内燃机输出单位电功率的成本，pwt(t)、ppv(t)、pfuel(t)分别表示t时段风电机组、光伏机组、内燃机的输出电功率，csto表示储能设备充放单位电功率的成本，pcha(t)、pdis(t)分别表示t时段储能设备的充电功率和放电功率，cout-gird、cin-gird分别表示微电网系统向电网购电和售电的价格，pout-gird(t)、pin-gird(t)分别表示t时段微电网系统向电网购买和出售的电功率，cdr(t)表示t时段需求响应的补贴成本，t表示运行周期；

13、第二目标函数包括：

14、

15、其中，f2表示微电网系统的碳排放量，分别表示内燃机和电网输出单位电功率的碳排放量，pfuel(t)表示t时段内燃机的输出电功率，pout-gird(t)表示t时段微电网系统向电网购买的电功率，t表示运行周期。

16、可选地，在根据本发明的微电网系统的运行优化方法中，多目标优化运行模型包括约束条件，约束条件包括微电网系统中各机组的出力约束、微电网系统中储能设备的荷电状态约束、微电网系统与电网间的电量交换约束、电力需求响应约束以及微电网系统的电功率平衡约束。

17、可选地，在根据本发明的微电网系统的运行优化方法中，利用epsilon约束法对多目标优化运行模型进行求解，以及利用epsilon约束法对多目标优化运行模型进行求解，得到微电网系统中各机组的出力，包括：引入约束参数，并利用其将第二目标函数转化为多目标优化运行模型的一约束条件；通过多次调整约束参数的取值，获取多目标优化运行模型的帕累托最优解集；利用模糊决策方法，从帕累托最优解集的所有解对应的运行方案中获取最优运行方案，得到微电网系统中各机组的出力。

18、可选地，在根据本发明的微电网系统的运行优化方法中，利用模糊决策方法，从帕累托最优解集的所有解对应的运行方案中获取最优运行方案，包括：分别获取帕累托最优解集中各个解对应的运行方案在第一目标函数和第二目标函数下的隶属度函数值；针对每一个解对应的运行方案，获取其在两个目标函数下的隶属度函数值中的较小者，并将其作为该运行方案的最终隶属度函数值；将最终隶属度函数值最大的运行方案确定为最优运行方案。

19、可选地，在根据本发明的微电网系统的运行优化方法中，通过下述模糊隶属函数来获取帕累托最优解集中各个解对应的运行方案在第一目标函数和第二目标函数下的隶属度函数值：

20、

21、其中，表示第j个解对应的运行方案在目标函数k下的隶属度函数值，表示目标函数k在第j个解对应的运行方案下的函数值，分别表示目标函数k的最小值和最大值。

22、根据本发明的又一个方面，提供一种微电网系统的运行优化装置，包括：基本模型建立模块，适于基于微电网系统的碳配额基准值建立阶梯式碳交易成本模型，以及采用电量电价弹性矩阵法建立需求响应模型；运行模型构建模块，适于基于阶梯式碳交易成本模型和需求响应模型，以微电网系统的总成本最低和碳排放量最小为优化目标，构建微电网系统的多目标优化运行模型，微电网系统的总成本包括微电网系统的运行成本和碳交易成本，微电网系统的碳排放量包括内燃机发电所产生的碳排放量和向电网购电所产生的碳排放量；机组出力获取模块，适于对多目标优化运行模型进行求解，得到微电网系统中各机组的出力。

23、可选地，在根据本发明的微电网系统的运行优化装置中，阶梯式碳交易成本模型包括：

24、

25、其中，ec表示碳交易成本，cce表示碳交易价格，eactul表示微电网系统实际的碳排放量，efree表示碳配额基准值，l表示碳交易量区间长度，β表示碳交易价格增长幅度。

26、可选地，在根据本发明的微电网系统的运行优化装置中，需求响应模型包括：

27、

28、其中，pe(t)、pe,0(t)分别表示t时段微电网系统考虑需求响应后和考虑需求响应前的电负荷，m(t,h)表示t时段的用电量对h时段的价格弹性，δq(h)表示需求响应后h时段的价格变动量，q0(h)表示需求响应前h时段的价格，t表示运行周期。

29、可选地，在根据本发明的微电网系统的运行优化装置中，多目标优化运行模型包括以微电网系统的总成本最低为优化目标的第一目标函数和以微电网系统的碳排放量最小为优化目标的第二目标函数，第一目标函数包括：

30、f1＝min(fm+ec)

31、

32、其中，f1表示微电网系统的总成本，fm表示微电网系统的运行成本，ec表示碳交易成本，cwt、cpv、cfuel分别表示风电机组、光伏机组、内燃机输出单位电功率的成本，pwt(t)、ppv(t)、pfuel(t)分别表示t时段风电机组、光伏机组、内燃机的输出电功率，csto表示储能设备充放单位电功率的成本，pcha(t)、pdis(t)分别表示t时段储能设备的充电功率和放电功率，cout-gird、cin-gird分别表示微电网系统向电网购电和售电的价格，pout-gird(t)、pin-gird(t)分别表示t时段微电网系统向电网购买和出售的电功率，cdr(t)表示t时段需求响应的补贴成本，t表示运行周期；

33、第二目标函数包括：

34、

35、其中，f2表示微电网系统的碳排放量，分别表示内燃机和电网输出单位电功率的碳排放量，pfuel(t)表示t时段内燃机的输出电功率，pout-grid(t)表示t时段微电网系统向电网购买的电功率，t表示运行周期。

36、可选地，在根据本发明的微电网系统的运行优化装置中，多目标优化运行模型包括约束条件，约束条件包括微电网系统中各机组的出力约束、微电网系统中储能设备的荷电状态约束、微电网系统与电网间的电量交换约束、电力需求响应约束以及微电网系统的电功率平衡约束。

37、可选地，在根据本发明的微电网系统的运行优化装置中，机组出力获取模块适于利用epsilon约束法对多目标优化运行模型进行求解，得到微电网系统中各机组的出力，包括：引入约束参数，并利用其将第二目标函数转化为多目标优化运行模型的一约束条件；通过多次调整约束参数的取值，获取多目标优化运行模型的帕累托最优解集；利用模糊决策方法，从帕累托最优解集的所有解对应的运行方案中获取最优运行方案，得到微电网系统中各机组的出力。

38、可选地，在根据本发明的微电网系统的运行优化装置中，机组出力获取模块利用模糊决策方法，从帕累托最优解集的所有解对应的运行方案中获取最优运行方案，包括：分别获取帕累托最优解集中各个解对应的运行方案在第一目标函数和第二目标函数下的隶属度函数值；针对每一个解对应的运行方案，获取其在两个目标函数下的隶属度函数值中的较小者，并将其作为该运行方案的最终隶属度函数值；将最终隶属度函数值最大的运行方案确定为最优运行方案。

39、可选地，在根据本发明的微电网系统的运行优化装置中，机组出力获取模块通过下述模糊隶属函数来获取帕累托最优解集中各个解对应的运行方案在第一目标函数和第二目标函数下的隶属度函数值：

40、

41、其中，表示第j个解对应的运行方案在目标函数k下的隶属度函数值，表示目标函数k在第j个解对应的运行方案下的函数值，分别表示目标函数k的最小值和最大值。

42、根据本发明的又一个方面，提供一种计算设备，包括：至少一个处理器；以及存储器，存储有程序指令，其中，程序指令被配置为适于由至少一个处理器执行，程序指令包括用于执行根据本发明的微电网系统的运行优化方法的指令。

43、根据本发明的又一个方面，提供一种存储有程序指令的可读存储介质，当程序指令被计算设备读取并执行时，使得计算设备执行根据本发明的微电网系统的运行优化方法

44、根据本发明的微电网系统的运行优化方法，建立阶梯式碳交易成本模型和需求响应模型，然后利用其构建以系统总成本最低和碳排放量最小的微电网多目标低碳经济运行优化模型，最后通过求取该模型获取系统碳排放量最小和总成本最低时各机组的出力。可见，本发明同时考虑了碳交易机制和电力需求响应参与微电网系统的行为，这样可以显著降低微电网系统的总成本和碳排放量，从而可以实现微电网系统的低碳经济运行。并且，本发明引入的是阶梯式碳交易机制，相比于传统的碳交易机制可以更好的满足各类发电企业的碳排放需求，如此可以进一步的提升系统的环保性和经济性。