一种面向农业园区的源荷储协同调度方法及相关设备与流程

1.本发明涉及能源设备调度技术领域，特别涉及一种面向农业园区的源荷储协同调度方法及相关设备。


背景技术：

2.随着化石燃料等不可再生能源的逐渐耗竭和全球变暖等环境问题的日益严峻，人们对于可再生能源的使用和能源利用效率的提高等方面的意识也在不断增强。综合能源系统由于其能够实现各种子能源系统之间的协调运作从而提高能源利用效率，还能充分使用可再生能源，成为一种备受关注的能源管理形式。
3.针对综合能源系统的能量管理，目前通常是基于预测得到的一个调度周期内所有时间段的可再生能源供能和负荷需求等预测信息来对综合能源系统的能源设备进行调度，从而得到一个调度周期内所有时间段的能源设备调度策略。系统运行到相应时间段时，将对应的调度计划进行实施，从而保证系统的运行。然而这样的方法存在着一些缺陷，具体如下：
4.1)无法满足系统真实需求。现有的能源调度方法是基于预测信息计算得到能源系统在一个调度周期的调度计划，这种方式虽然减少了计算复杂性，但是大多数情况下，提前预测得到的能源系统的信息与对应的真实信息是存在偏差的，这就导致系统真实运行时的负荷需求无法得到满足。尤其当预测信息的准确度出现较大失误的时候，这样的方法进行调度可能会对综合能源系统带来严重损失。
5.2)调度对象考虑得少。现有的能源调度方法都是对能源系统中的能源设备进行调度，而缺少对于系统负荷的考虑。而如果将系统的负荷也纳入能源调度之中，可以让系统在能源利用和经济性等方面实现进一步的提升。
6.3)无法适用于农业园区的能源系统上。现有方法中的综合能源系统大部分只考虑了一个总体负荷，其不能体现实际中各种不同类型负荷的特点。由于农业园区需要使用各种不同类型的负荷用于农作物的培养，因此现有方法无法直接应用于农业园区的能源系统。
7.鉴于此，需要一种面向农业园区的源荷储协同调度方法及相关设备。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于解决面向农业园区的考虑源荷储协同运行的能源系统调度问题，克服了农业园区在调度过程中因为预测信息不准确而导致负荷无法准确满足的缺陷，提供了一种面向农业园区的源荷储协同调度方法及相关设备。具体技术方案如下：
9.一种面向农业园区的源荷储协同调度方法，包括以下步骤：
10.步骤s1，对农业园区的能源设备和负荷构建相应的数学模型及其约束条件，具体包括：蓄电装置的数学模型、led灯的数学模型以及蓄水池组件的数学模型；其中，蓄水池组件包括抽水泵、水肥一体设备和蓄水池；抽水泵的抽水速率和水肥一体设备的用水速率是
一样的；
11.步骤s2，建立预先调度的目标函数，使农业园区的运行成本最小；所述农业园区的运行成本包括电网购电成本和蓄电装置的充电放电成本；
12.步骤s3，基于预先得到的光伏和基础电负荷在一个调度周期中每个时间段的预测供电功率和耗电功率，求解预先调度的目标函数得到农业园区源荷储协同调度的预先调度计划；农业园区源荷储协同调度的预先调度计划包含：每个时间段的购电功率、蓄电装置的充能放能功率、led灯耗电功率、抽水泵的抽水状态和水肥一体设备的灌溉状态；
13.步骤s4，建立修正调度的目标函数，使农业园区的综合成本最小，所述综合成本是运行成本和因调整能源设备功率而产生的惩罚成本之和；
14.步骤s5，基于当前t时间段得到的光伏的供电功率真实值和基础电负荷的耗电功率真实值以及之后时间段内相应的光伏的供电功率预测值和基础电负荷的耗电功率预测值，求解修正调度的目标函数得到农业园区源荷储协同调度在当前t时间段的修正调度计划；
15.步骤s6，舍弃当前t时间段之后时间段内的计划，输出当前t时间段的修正调度计划；
16.步骤s7，当下一个时间段，即t+1时间段到来时，重复步骤s5-s6，如此反复，直到调度周期结束。
17.优选地，所述步骤s1中蓄电装置的数学模型具体如下：
[0018][0019]
式中，表示t时间段蓄电装置的储能能量；ε
es
表示蓄电装置的能量自损系数；δt表示单位时间间隔；p
tes,out
和p
tes,in
分别表示t时间段蓄电装置放出的功率和吸收的功率；和分别表示蓄电装置的放能效率和充能效率；
[0020]
蓄电装置的运行约束条件具体如下：
[0021][0022][0023][0024][0025][0026]
式中，和为二元变量，即分别表示蓄电装置放能的开关变量和充能的开关变量；和分别表示蓄电装置放出的最大功率和吸收的最大功率；表示蓄电装置的最大储能能量；和分别表示蓄电装置的初始储电量和调度结束后的储电量。
[0027]
优选地，所述步骤s1中led灯的数学模型具体如下：
[0028]
[0029][0030]
式中，表示t时间段led灯的消耗功率；表示led灯在调度中消耗的总电能；tn表示一个调度周期中led灯进行光照的时间段；td表示一个调度周期中led灯不进行光照的时间段；
[0031]
led灯的运行约束条件具体如下：
[0032][0033]
式中，表示在一个时间段内led灯能消耗的最大电功率。
[0034]
优选地，所述步骤s1中蓄水池组件的数学模型具体如下：
[0035][0036]
式中，表示t时间段蓄水池的蓄水量；表示蓄水池的初始蓄水量；p
water
表示抽水泵的抽水速率或水肥一体设备的用水速率；和为二元变量，即分别表示抽水泵抽水的开关变量和水肥一体设备灌溉的开关变量。
[0037]
优选地，所述蓄水池组件的数学模型中，将蓄水池的蓄水量通过用于灌溉的次数来表示，改变后的蓄水池组件的数学模型为：
[0038][0039]
式中，表示t时间段的蓄水量可以用于灌溉的次数；表示初始状态的蓄水量可以用于灌溉的次数；
[0040]
蓄水池组件的数学模型的约束条件如下：
[0041][0042][0043][0044]
式中，和分别表示蓄水池的蓄水量可以用于灌溉的次数的上下限；表示调度结束后蓄水池的蓄水量可以用于灌溉的次数；n
irrigator
表示水肥一体设备在一个调度周期中需要进行灌溉的时间段总个数。
[0045]
优选地，所述步骤s2中预先调度的目标函数如下所示：
[0046][0047][0048]
[0049]
式中，c
grid
，c
es
分别表示电网购电成本和蓄电装置的充电放电成本；表示电网购电价格；λ
es
表示蓄电装置充电放电的单位成本；p
tgrid
表示t时间段农业园区的购电功率；p
tes,out
和p
tes,in
分别表示t时间段蓄电装置放出的功率和吸收的功率；δt表示单位时间间隔；
[0050]
农业园区需要遵循电功率平衡约束，具体如下：
[0051][0052]
式中，p
tpv
表示t时间段的光伏供电功率；p
tload
表示t时间段的农业园区基础电负荷的耗电功率；表示t时间段led灯的消耗功率；p
pump
表示抽水泵的耗电功率；p
irrigator
表示水肥一体设备的耗电功率；和为二元变量，即分别表示抽水泵抽水的开关变量和水肥一体设备灌溉的开关变量；x表示预先调度中参与计算的变量。
[0053]
优选地，所述步骤s3中修正调度的目标函数如下所示：
[0054][0055][0056][0057][0058]
式中，λ
penalty
表示能源设备功率调整的单位惩罚成本；和分别表示修正调度中的电网购电成本、蓄电装置的充电放电成本和功率调整的惩罚成本；和分别表示修正调度中t时间段农业园区的购电功率、蓄电装置的吸收的功率和蓄电装置放出的功率；和表示预先调度计划中t时间段的蓄电装置的充能功率和放能功率；x
t
表示t时间段的修正调度中参与计算的变量。
[0059]
一种面向农业园区的源荷储协同调度系统，应用于所述的调度方法，包括：
[0060]
数学模型建立模块，用于对农业园区的能源设备和负荷构建相应的数学模型及其约束条件；具体包括：蓄电装置的数学模型、led灯的数学模型以及蓄水池组件的数学模型；其中，蓄水池组件包括抽水泵、水肥一体设备和蓄水池；抽水泵的抽水速率和水肥一体设备的用水速率是一样的；
[0061]
预先调度目标函数模块，用于建立预先调度的目标函数，使农业园区的运行成本最小；所述农业园区的运行成本包括电网购电成本和蓄电装置的充电放电成本；
[0062]
预先调度计划求解模块，用于基于预先得到的光伏和基础电负荷在一个调度周期中每个时间段的预测供电功率和耗电功率，求解预先调度的目标函数得到农业园区源荷储协同调度的预先调度计划；农业园区源荷储协同调度的预先调度计划包含：每个时间段的购电功率、蓄电装置的充能放能功率、led灯耗电功率、抽水泵的抽水状态和水肥一体设备的灌溉状态；
[0063]
修正调度目标函数模块，用于建立修正调度的目标函数，使农业园区的综合成本最小，所述综合成本是运行成本和因调整能源设备功率而产生的惩罚成本之和；
[0064]
修正调度计划求解模块，用于基于当前t时间段得到的光伏的供电功率真实值和基础电负荷的耗电功率真实值以及之后时间段内相应的光伏的供电功率预测值和基础电负荷的耗电功率预测值，求解修正调度的目标函数得到农业园区源荷储协同调度在当前t时间段的修正调度计划；
[0065]
调度计划输出模块，用于舍弃当前t时间段之后时间段内的计划，输出当前t时间段的修正调度计划。
[0066]
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行所述的面向农业园区的源荷储协同调度方法。
[0067]
一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行所述的面向农业园区的源荷储协同调度方法。
[0068]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0069]
本发明首先对农业园区的能源设备和负荷构建相应的数学模型，并建立预先调度的目标函数，使农业园区的运行成本最小，然后建立修正调度的目标函数，使农业园区的综合成本最小，基于当前t时间段得到的光伏的供电功率真实值和基础电负荷的耗电功率真实值以及之后时间段内相应的光伏的供电功率预测值和基础电负荷的耗电功率预测值，求解修正调度的目标函数得到农业园区源荷储协同调度在当前t时间段的修正调度计划。舍弃当前t时间段之后时间段内的计划，输出当前t时间段的修正调度计划，当t+1时间段到来时，重复操作，又可以得到当前t时间段的修正调度计划，如此反复，直到调度周期结束，这样可以保证当前时刻实施的都是最新的修正调度计划，克服了农业园区在调度过程中因为预测信息不准确而导致负荷无法准确满足的缺陷。
[0070]
本发明中，考虑了农业园区中用于作物培养的led灯和蓄水池，并根据它们的自身特性构建了相应的数学模型，增加了调度的准确性。
[0071]
在本发明中，作为源处的电网、作为能源设备的蓄电装置以及作为负荷的led灯和蓄水池都参与了农业园区能源系统的调度之中，能使系统在能源利用和经济层面实现更好的效果。
[0072]
本发明提出的面向农业园区的源荷储协同调度方法中，修正调度在预测调度计划的基础之上，在每个时间段都根据实时信息进行一次优化调度，不仅能使系统精确满足负荷需求，还能因为惩罚项的引入而使能源设备的功率设置不会与预测调度计划出现较大偏差，增强了系统的稳定性。
附图说明
[0073]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0074]
图1为本发明实施例1的方法流程图；
[0075]
图2为本发明实施例1的修正调度方法流程图；
[0076]
图3为本发明实施例1中农业园区在一个调度周期内的光伏供电功率和电负荷耗电功率预测值示例；
[0077]
图4为本发明实施例1中的实时电价示例；
[0078]
图5为本发明实施例1中的电网购电效果图；
[0079]
图6为本发明实施例1中的蓄电装置调度效果图；
[0080]
图7为本发明实施例1中的led灯调度效果图；
[0081]
图8为本发明实施例1中的蓄水池调度效果图；
[0082]
图9为本发明实施2的系统原理图。
具体实施方式
[0083]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0084]
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0085]
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0086]
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0087]
实施例一：
[0088]
本发明的具体实施方式提供了一种面向农业园区的源荷储协同调度方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0089]
第一阶段：对农业园区的能源设备和负荷构建相应的数学模型：
[0090]
步骤s1，对农业园区的能源设备和负荷构建相应的数学模型及其约束条件，具体包括：蓄电装置的数学模型、led灯的数学模型以及蓄水池组件的数学模型；其中，蓄水池组件包括抽水泵、水肥一体设备和蓄水池；抽水泵的抽水速率和水肥一体设备的用水速率是一样的。
[0091]
蓄电装置是农业园区中的能源设备，蓄电装置的数学模型具体如下：
[0092][0093]
式中，表示t时间段蓄电装置的储能能量；ε
es
表示蓄电装置的能量自损系数；δt表示单位时间间隔；p
tes,out
和p
tes,in
分别表示t时间段蓄电装置放出的功率和吸收的功率；和分别表示蓄电装置的放能效率和充能效率；
[0094]
蓄电装置的运行约束条件具体如下：
[0095]
[0096][0097][0098][0099][0100]
式中，和为二元变量，即分别表示蓄电装置放能的开关变量和充能的开关变量；和分别表示蓄电装置放出的最大功率和吸收的最大功率；表示蓄电装置的最大储能能量；和分别表示蓄电装置的初始储电量和调度结束后的储电量。
[0101]
农业园区中，led灯作为电力负荷，在光照不足的时候的给农作物进行光能的提供。led灯在每个时间段消耗的功率时可以调整的，但是为了满足农作物的生长需求，在一个调度周期中led灯提供的总光能要保持一定，即消耗的总电能要保持一定。
[0102]
led灯的数学模型具体如下：
[0103][0104][0105]
式中，表示t时间段led灯的消耗功率；表示led灯在调度中消耗的总电能；tn表示一个调度周期中led灯进行光照的时间段；td表示一个调度周期中led灯不进行光照的时间段；
[0106]
led灯的运行约束条件具体如下：
[0107][0108]
式中，表示在一个时间段内led灯能消耗的最大电功率。
[0109]
在蓄水池组件中，抽水泵抽水到蓄水池中，水肥一体设备用蓄水池中的水来进行农作物的灌溉，它们的抽水速率和用水速率是一样的。在农业园区中，抽水泵和水肥一体设备也是作为电力负荷参与调度的。蓄水池组件的数学模型具体如下：
[0110][0111]
式中，表示t时间段蓄水池的蓄水量；表示蓄水池的初始蓄水量；p
water
表示抽水泵的抽水速率或水肥一体设备的用水速率；和为二元变量，即分别表示抽水泵抽水的开关变量和水肥一体设备灌溉的开关变量。
[0112]
由于抽水泵的抽水速率和水肥一体设备的用水速率是一样的，它们在一个时间段内抽取的水量和消耗的水量也是一样的。为了简化计算，以水肥一体设备消耗完蓄水池中所有水所需要的时间段个数来表示蓄水池中储存水量的多少，即将蓄水池的蓄水量通过用于灌溉的次数来表示，改变后的蓄水池组件的数学模型为：
[0113]
[0114]
式中，表示t时间段的蓄水量可以用于灌溉的次数；表示初始状态的蓄水量可以用于灌溉的次数；
[0115]
蓄水池在调度时有容量的上下限约束，在调度结束后的蓄水量也要和初始蓄水量一致。并且为了保证农作物在一个调度周期结束后能得到需要的灌溉量，还需要对水肥一体设备的灌溉时间段个数做出限制。蓄水池组件的数学模型的约束条件如下：
[0116][0117][0118][0119]
式中，和分别表示蓄水池的蓄水量可以用于灌溉的次数的上下限；表示调度结束后蓄水池的蓄水量可以用于灌溉的次数；n
irrigator
表示水肥一体设备在一个调度周期中需要进行灌溉的时间段总个数。
[0120]
第二阶段：基于预测信息的预先调度：
[0121]
步骤s2，建立预先调度的目标函数，使农业园区的运行成本最小；所述农业园区的运行成本包括电网购电成本和蓄电装置的充电放电成本。
[0122]
预先调度的目标函数如下所示：
[0123][0124][0125][0126]
式中，c
grid
，c
es
分别表示电网购电成本和蓄电装置的充电放电成本；表示电网购电价格；λ
es
表示蓄电装置充电放电的单位成本；p
tgrid
表示t时间段农业园区的购电功率；p
tes,out
和p
tes,in
分别表示t时间段蓄电装置放出的功率和吸收的功率；δt表示单位时间间隔；x表示预先调度中参与计算的变量，具体指一个调度周期中的每个时间段的购电功率、蓄电装置的充能放能功率、led灯耗电功率、抽水泵的抽水状态和水肥一体设备的灌溉状态，即指一个调度周期t中所有时间段农业园区的购电功率p
tgrid
、t时间段蓄电装置放出的功率和吸收的功率p
tes,out
和p
tes,in
、t时间段led灯的消耗功率抽水泵抽水的开关变量和水肥一体设备灌溉的开关变量这些变量在满足约束的条件下使目标函数最小，即t＝1,2，
···
，t。
[0127]
在本实施例中，一个调度周期t是一天，即t＝24，一个时间段就是一小时。式(17)就指计算从第一个时间段开始到调度周期的最后一个时间段的蓄电装置充放电成本之和。
[0128]
农业园区需要遵循电功率平衡约束，具体如下：
[0129][0130]
式中，p
tpv
表示t时间段的光伏供电功率；p
tload
表示t时间段的农业园区基础电负荷
的耗电功率；表示t时间段led灯的消耗功率；p
pump
表示抽水泵的耗电功率；p
irrigator
表示水肥一体设备的耗电功率；和为二元变量，即分别表示抽水泵抽水的开关变量和水肥一体设备灌溉的开关变量。
[0131]
步骤s3，公式(1)-(14)以及公式(18)构成了源荷储协同调度中预先调度的运行约束，公式(15)-(17)构成了源荷储协同调度中预先调度的目标函数。基于预先得到的光伏和基础电负荷在一个调度周期中每个时间段的预测供电功率和耗电功率，求解预先调度的目标函数得到农业园区源荷储协同调度的预先调度计划；农业园区源荷储协同调度的预先调度计划包含：每个时间段的购电功率、蓄电装置的充能放能功率、led灯耗电功率、抽水泵的抽水状态和水肥一体设备的灌溉状态。
[0132]
基于预测信息所得到的预先调度计划，无法满足农业园区在调度中的真实电负荷需求，因此需要对预先调度计划进行修正。
[0133]
第三阶段：基于真实信息的修正调度，流程如图2所示：
[0134]
在一个调度周期中，有t个时间段(对应一天内有24个小时)。在每个时间段内，能得到农业园区在当前时间段内光伏供电功率和基础电负荷耗电功率的真实信息，以及在之后时间段内相应的预测信息。所以修正调度需要在一个调度周期中进行t次，以实现农业园区对电负荷的精准满足。
[0135]
步骤s4，建立修正调度的目标函数，使农业园区的综合成本最小，所述综合成本是运行成本和因调整能源设备功率而产生的惩罚成本之和。考虑惩罚成本是为了确保在进行修正调度时能源设备的功率设置不会与预先调度计划产生太大偏差，从而增强农业园区在运行时的稳定性。
[0136]
修正调度的目标函数如下所示：
[0137][0138][0139][0140][0141]
式中，表示修正调度问题中的变量，即和分别表示修正调度中的电网购电成本、蓄电装置的充电放电成本和功率调整的惩罚成本；和分别表示修正调度中t时间段农业园区的购电功率、蓄电装置的吸收的功率和蓄电装置放出的功率；表示预先调度计划中的已知值，即和表示预先调度计划中t时间段的蓄电装置的充能功率和放能功率，在修正调度中是已知值；λ
penalty
表示能源设备功率调整的单位惩罚成本。
[0142]
因为修正调度要执行t次，对应t个时间段，而每一个时间段的修正调度问题所涉及到的变量是包含从当前时间段开始到调度结束的所有时间段的。因此，x
t
表示t时间段的
修正调度中参与计算的变量，具体指从t时间段开始直到调度周期t结束的每个时间段内的购电功率和蓄电装置的充能放能功率。在本实施例中，t＝24，则第一个时间段的修正调度中的变量是指1-24中所有时间段的相应变量；第二个时间段的修正调度中的变量是指2-24中所有时间段的相应变量。
[0143]
步骤s5，预先调度计划已经确定了作为负荷的led灯和蓄水池组件的耗电情况，在修正调度中不需要再考虑，修正调度需要修改每个时间段的购电功率和蓄电装置的充能放能功率，以满足真实需求。但是修正调度中依然要考虑与蓄电装置相关的约束。因此公式(1)-(6)以及公式(18)构成了源荷储协同调度中修正调度的运行约束，公式(19)-(22)构成了源荷储协同调度中修正调度的目标函数。基于当前t时间段得到的光伏的供电功率真实值和基础电负荷的耗电功率真实值以及之后时间段内相应的光伏的供电功率预测值和基础电负荷的耗电功率预测值，求解修正调度的目标函数得到农业园区源荷储协同调度在当前t时间段的修正调度计划。
[0144]
步骤s6，由修正调度的目标函数可知，在t时间段求得的修正调度计划是包含从t时间段开始一直到调度周期结束的所有时间段的调度计划，因此舍弃当前t时间段之后时间段内的计划，输出t时间段的修正调度计划来实施。
[0145]
计算完t时间段的修正调度问题后，得到的是t-t中所有时间段的购电功率，蓄电装置的吸收放出功率的情况。只将t时间段的计划执行，即只将t时间段计算得到的购电功率，蓄电装置的吸收放出功率的情况进行实施，而舍弃计算得到的t+1到24的时间段内购电和蓄电装置的充放电情况。
[0146]
步骤s7，当下一个时间段，即t+1时间段到来时，重复步骤s5-s6，如此反复，直到调度周期结束。
[0147]
在本发明实施例中，预先调度是根据预测信息一次性得到一整个调度周期(即24h)的调度计划。需要进行循环的是修正调度。一天有24h，而光伏供电功率和基础电负荷耗电功率情况只有在当前时间段才能够获取相应的真实信息，当前时间段之后的时间段只能得到相应的预测信息。因此，本发明为了实时更新计划以满足每个时间段的真实需求，修正调度需要进行24次。
[0148]
为了证明本发明的方法的有效性，下面提供具体实施案例：
[0149]
第一阶段：针对农业园区的能源设备和负荷构建相应的数学模型。其中必要的数据包括农业园区中能源设备和负荷的参数设置，具体如表1所示。
[0150]
表1能源设备和负荷参数设置
[0151][0152]
[0153]
第二阶段：基于预测信息的预先调度。其中，农业园区在一个调度周期内的光伏供电功率和电负荷耗电功率的预测值可参考图3，一个调度周期内的实时电价可参考图4，蓄电装置充电放电的单位成本设置为0.01($/kwh)。
[0154]
第三阶段：基于真实信息的修正调度。其中，农业园区在一个调度周期内的光伏供电功率和电负荷耗电功率的真实值与预测值相比满足10％的随机波动，能源设备功率调整的单位惩罚成本设置为0.1($/kwh)。
[0155]
本实施案例中，使用本发明面向农业园区的源荷储协同调度方法后，农业园区中的电网购电、蓄电装置、led灯、蓄水池在一个调度周期中的调度情况可分别参考图5、图6、图7、图8。
[0156]
从附图5可以看出，本方法提出的调度方法可以使得农业园区在电价处于峰时电价时的购电量大大减少，提高了农业园区的源荷储系统运行时的的经济性。
[0157]
从附图6可以看出，在5h～7h电价处于谷时电价，以及在14h～18h电价处于平时电价的时候，蓄电装置都进行充能，使其存储的能量达到最大，并在随后电价处于峰时电价的时候都进行大量放能，同样减少了在峰时电价阶段的购电量。并且在最后电价回到谷时电价的时候，蓄电装置进行充能，使其蓄电量与调度开始的时候相同，保证了农业园区的源荷储系统调度是长期可行的。
[0158]
从附图7、8可以看出，经过调度后，led灯的耗电分布在电价处于谷时电价的时间段，蓄水池组件的耗电分布在电价处于平时电价或谷时电价的时间段，这极大减少了电价处于峰时电价时的电网购电量，减少了相应的购电成本。
[0159]
实施例二：
[0160]
如图9所示。本实施例提供了一种面向农业园区的源荷储协同调度系统，应用于所述的调度方法，包括：
[0161]
数学模型建立模块，用于对农业园区的能源设备和负荷构建相应的数学模型及其约束条件；具体包括：蓄电装置的数学模型、led灯的数学模型以及蓄水池组件的数学模型；其中，蓄水池组件包括抽水泵、水肥一体设备和蓄水池；抽水泵的抽水速率和水肥一体设备的用水速率是一样的；具体原理如上述的步骤s1所示。
[0162]
预先调度目标函数模块，用于建立预先调度的目标函数，使农业园区的运行成本最小；所述农业园区的运行成本包括电网购电成本和蓄电装置的充电放电成本；具体原理如上述的步骤s2所示。
[0163]
预先调度计划求解模块，用于基于预先得到的光伏和基础电负荷在一个调度周期中每个时间段的预测供电功率和耗电功率，求解预先调度的目标函数得到农业园区源荷储协同调度的预先调度计划；农业园区源荷储协同调度的预先调度计划包含：每个时间段的购电功率、蓄电装置的充能放能功率、led灯耗电功率、抽水泵的抽水状态和水肥一体设备的灌溉状态；具体原理如上述的步骤s3所示。
[0164]
修正调度目标函数模块，用于建立修正调度的目标函数，使农业园区的综合成本最小，所述综合成本是运行成本和因调整能源设备功率而产生的惩罚成本之和；具体原理如上述的步骤s4所示。
[0165]
修正调度计划求解模块，用于基于当前t时间段得到的光伏的供电功率真实值和基础电负荷的耗电功率真实值以及之后时间段内相应的光伏的供电功率预测值和基础电
负荷的耗电功率预测值，求解修正调度的目标函数得到农业园区源荷储协同调度在当前t时间段的修正调度计划；具体原理如上述的步骤s5所示。
[0166]
调度计划输出模块，用于将t时间段的修正调度计划进行实施而舍弃之后时间段内的计划，具体原理如上述的步骤s6和步骤s7所示。
[0167]
实施例三：
[0168]
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行所述的面向农业园区的源荷储协同调度方法。
[0169]
实施例四：
[0170]
本实施例提供了一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行所述的面向农业园区的源荷储协同调度方法。
[0171]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0172]
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块可结合为一个模块，一个模块可拆分为多个模块，或一些特征可以忽略等。
[0173]
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
[0174]
所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom,read-0nlymemory)、随机存取存储器(ram,randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0175]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

技术特征：
1.一种面向农业园区的源荷储协同调度方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1，对农业园区的能源设备和负荷构建相应的数学模型及其约束条件，具体包括：蓄电装置的数学模型、led灯的数学模型以及蓄水池组件的数学模型；其中，蓄水池组件包括抽水泵、水肥一体设备和蓄水池；抽水泵的抽水速率和水肥一体设备的用水速率是一样的；步骤s2，建立预先调度的目标函数，使农业园区的运行成本最小；所述农业园区的运行成本包括电网购电成本和蓄电装置的充电放电成本；步骤s3，基于预先得到的光伏和基础电负荷在一个调度周期中每个时间段的预测供电功率和耗电功率，求解预先调度的目标函数得到农业园区源荷储协同调度的预先调度计划；农业园区源荷储协同调度的预先调度计划包含：每个时间段的购电功率、蓄电装置的充能放能功率、led灯耗电功率、抽水泵的抽水状态和水肥一体设备的灌溉状态；步骤s4，建立修正调度的目标函数，使农业园区的综合成本最小，所述综合成本是运行成本和因调整能源设备功率而产生的惩罚成本之和；步骤s5，基于当前t时间段得到的光伏的供电功率真实值和基础电负荷的耗电功率真实值以及之后时间段内相应的光伏的供电功率预测值和基础电负荷的耗电功率预测值，求解修正调度的目标函数得到农业园区源荷储协同调度在当前t时间段的修正调度计划；步骤s6，舍弃当前t时间段之后时间段内的计划，输出当前t时间段的修正调度计划；步骤s7，当下一个时间段，即t+1时间段到来时，重复步骤s5-s6，如此反复，直到调度周期结束。2.根据权利要求1所述的一种面向农业园区的源荷储协同调度方法，其特征在于，所述步骤s1中蓄电装置的数学模型具体如下：式中，表示t时间段蓄电装置的储能能量；ε
es
表示蓄电装置的能量自损系数；δt表示单位时间间隔；p
tes,out
和p
tes,in
分别表示t时间段蓄电装置放出的功率和吸收的功率；和分别表示蓄电装置的放能效率和充能效率；蓄电装置的运行约束条件具体如下：蓄电装置的运行约束条件具体如下：蓄电装置的运行约束条件具体如下：蓄电装置的运行约束条件具体如下：蓄电装置的运行约束条件具体如下：式中，和为二元变量，即分别表示蓄电装置放能的开关变量和充能的开关变量；和分别表示蓄电装置放出的最大功率和吸收的最大功率；表示蓄电装置的最大储能能量；和分别表示蓄电装置的初始储电量和调度结束
后的储电量。3.根据权利要求1所述的一种面向农业园区的源荷储协同调度方法，其特征在于，所述步骤s1中led灯的数学模型具体如下：步骤s1中led灯的数学模型具体如下：式中，表示t时间段led灯的消耗功率；表示led灯在调度中消耗的总电能；t
n
表示一个调度周期中led灯进行光照的时间段；t
d
表示一个调度周期中led灯不进行光照的时间段；led灯的运行约束条件具体如下：式中，表示在一个时间段内led灯能消耗的最大电功率。4.根据权利要求1所述的一种面向农业园区的源荷储协同调度方法，其特征在于，所述步骤s1中蓄水池组件的数学模型具体如下：式中，表示t时间段蓄水池的蓄水量；表示蓄水池的初始蓄水量；p
water
表示抽水泵的抽水速率或水肥一体设备的用水速率；和为二元变量，即分别表示抽水泵抽水的开关变量和水肥一体设备灌溉的开关变量。5.根据权利要求4所述的一种面向农业园区的源荷储协同调度方法，其特征在于，所述蓄水池组件的数学模型中，将蓄水池的蓄水量通过用于灌溉的次数来表示，改变后的蓄水池组件的数学模型为：式中，表示t时间段的蓄水量可以用于灌溉的次数；表示初始状态的蓄水量可以用于灌溉的次数；蓄水池组件的数学模型的约束条件如下：蓄水池组件的数学模型的约束条件如下：蓄水池组件的数学模型的约束条件如下：式中，和分别表示蓄水池的蓄水量可以用于灌溉的次数的上下限；表示调度结束后蓄水池的蓄水量可以用于灌溉的次数；n
irrigator
表示水肥一体设备在一个调度周期中需要进行灌溉的时间段总个数。6.根据权利要求1所述的一种面向农业园区的源荷储协同调度方法，其特征在于，所述步骤s2中预先调度的目标函数如下所示：
式中，c
grid
，c
es
分别表示电网购电成本和蓄电装置的充电放电成本；表示电网购电价格；λ
es
表示蓄电装置充电放电的单位成本；p
tgrid
表示t时间段农业园区的购电功率；p
tes,out
和p
tes,in
分别表示t时间段蓄电装置放出的功率和吸收的功率；δt表示单位时间间隔；农业园区需要遵循电功率平衡约束，具体如下：式中，p
tpv
表示t时间段的光伏供电功率；p
tload
表示t时间段的农业园区基础电负荷的耗电功率；表示t时间段led灯的消耗功率；p
pump
表示抽水泵的耗电功率；p
irrigator
表示水肥一体设备的耗电功率；和为二元变量，即分别表示抽水泵抽水的开关变量和水肥一体设备灌溉的开关变量；x表示预先调度中参与计算的变量。7.根据权利要求1所述的一种面向农业园区的源荷储协同调度方法，其特征在于，所述步骤s3中修正调度的目标函数如下所示：步骤s3中修正调度的目标函数如下所示：步骤s3中修正调度的目标函数如下所示：步骤s3中修正调度的目标函数如下所示：式中，λ
penalty
表示能源设备功率调整的单位惩罚成本；和分别表示修正调度中的电网购电成本、蓄电装置的充电放电成本和功率调整的惩罚成本；和分别表示修正调度中t时间段农业园区的购电功率、蓄电装置的吸收的功率和蓄电装置放出的功率；和表示预先调度计划中t时间段的蓄电装置的充能功率和放能功率；x
t
表示t时间段的修正调度中参与计算的变量。8.一种面向农业园区的源荷储协同调度系统，其特征在于，应用于权利要求1至7任一所述的调度方法，包括：数学模型建立模块，用于对农业园区的能源设备和负荷构建相应的数学模型及其约束条件；具体包括：蓄电装置的数学模型、led灯的数学模型以及蓄水池组件的数学模型；其中，蓄水池组件包括抽水泵、水肥一体设备和蓄水池；抽水泵的抽水速率和水肥一体设备的用水速率是一样的；
预先调度目标函数模块，用于建立预先调度的目标函数，使农业园区的运行成本最小；所述农业园区的运行成本包括电网购电成本和蓄电装置的充电放电成本；预先调度计划求解模块，用于基于预先得到的光伏和基础电负荷在一个调度周期中每个时间段的预测供电功率和耗电功率，求解预先调度的目标函数得到农业园区源荷储协同调度的预先调度计划；农业园区源荷储协同调度的预先调度计划包含：每个时间段的购电功率、蓄电装置的充能放能功率、led灯耗电功率、抽水泵的抽水状态和水肥一体设备的灌溉状态；修正调度目标函数模块，用于建立修正调度的目标函数，使农业园区的综合成本最小，所述综合成本是运行成本和因调整能源设备功率而产生的惩罚成本之和；修正调度计划求解模块，用于基于当前t时间段得到的光伏的供电功率真实值和基础电负荷的耗电功率真实值以及之后时间段内相应的光伏的供电功率预测值和基础电负荷的耗电功率预测值，求解修正调度的目标函数得到农业园区源荷储协同调度在当前t时间段的修正调度计划；调度计划输出模块，用于舍弃当前t时间段之后时间段内的计划，输出当前t时间段的修正调度计划。9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行权利要求1至7中任意一项所述的面向农业园区的源荷储协同调度方法。10.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至7中任意一项所述的面向农业园区的源荷储协同调度方法。

技术总结
本发明涉及能源设备调度技术领域，特别涉及一种面向农业园区的源荷储协同调度方法及相关设备。本发明首先对农业园区的能源设备和负荷构建相应的数学模型，并建立预先调度的目标函数，使农业园区的运行成本最小，然后建立修正调度的目标函数，使农业园区的综合成本最小，求解修正调度的目标函数得到农业园区源荷储协同调度在当前t时间段的修正调度计划。舍弃当前t时间段之后时间段内的计划，输出当前t时间段的修正调度计划，当t+1时间段到来时，重复操作，如此反复，直到调度周期结束，这样可以保证当前时刻实施的都是最新的修正调度计划，克服了农业园区在调度过程中因为预测信息不准确而导致负荷无法准确满足的缺陷。准确而导致负荷无法准确满足的缺陷。准确而导致负荷无法准确满足的缺陷。


技术研发人员：郭小璇 罗鸿轩 郭敏 潘廷哲 韩帅 周晓东 孙乐平 陈卫东 龚文兰 姚知洋 肖静 阮诗雅 张龙飞 吴晓锐
受保护的技术使用者：南方电网科学研究院有限责任公司
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/10/15