貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院　徐小明國(guó)家電網(wǎng)衢州供電公司　吳振鵬

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微電網(wǎng)孤島經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化策略

貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院徐小明
國(guó)家電網(wǎng)衢州供電公司吳振鵬

在配售分離模式下，微電網(wǎng)孤島運(yùn)行模式下運(yùn)行優(yōu)化策略是在安全運(yùn)行的前提下微電網(wǎng)的綜合收益最優(yōu)，即運(yùn)行成本盡可能的小。本文提出了微電網(wǎng)孤島運(yùn)行模式下的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化模型。模型中考慮了微電網(wǎng)的運(yùn)行成本、環(huán)境成本以及停電補(bǔ)償成本，考慮了微電源的上下限出力和功率平衡約束。最后在算例中運(yùn)用了粒子群算法，以典型日負(fù)荷曲線為例，得到了微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)的各機(jī)組出力、微網(wǎng)的售電收益以及微網(wǎng)的運(yùn)行成本和峰值時(shí)的停電補(bǔ)償費(fèi)用。

微電網(wǎng)；孤島運(yùn)行；優(yōu)化策略

0　引言

孤島運(yùn)行是將微電網(wǎng)與大電網(wǎng)之間的聯(lián)結(jié)母線切斷，微電網(wǎng)自成一體，孤立運(yùn)行［1］。一般在微電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)優(yōu)化策略時(shí)，又或是發(fā)生在由于因?yàn)闄z測(cè)到了外部大電網(wǎng)的故障，出現(xiàn)了不小擾動(dòng)的情況下影響了電能的質(zhì)量。即使微電網(wǎng)與大電網(wǎng)斷開(kāi)，微電網(wǎng)內(nèi)部的分布式電源會(huì)給微網(wǎng)內(nèi)部用戶的敏感性負(fù)荷供電，這樣一來(lái)，就對(duì)系統(tǒng)的可靠性、供電的不間斷性水平有了明顯提升。微網(wǎng)運(yùn)行有很多特征，其中重要特征是孤島運(yùn)行方式，微電網(wǎng)在這種極端情況下也可以安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

1　孤島經(jīng)濟(jì)運(yùn)行策略

本文主要研究了微網(wǎng)孤島運(yùn)行下，考慮了包含可變成本以及固定成本在內(nèi)的微網(wǎng)運(yùn)行的成本，還考慮了DG在燃料發(fā)電過(guò)程中產(chǎn)生的等氣體所產(chǎn)生的環(huán)境成本以及為了滿足微網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行需要的停電成本的分析。孤島運(yùn)行方式下的微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化策略如下：

（1）在選擇向負(fù)荷供電的電源時(shí)，優(yōu)先選用不可控型微電源。

（2）微網(wǎng)中的冷、熱負(fù)荷以“以熱定電”的方式確定微型燃?xì)廨啓C(jī)的出力。

（3）當(dāng)上述兩種電源均無(wú)法滿足微網(wǎng)的電負(fù)荷需求時(shí)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先使用儲(chǔ)能裝置來(lái)滿足微電網(wǎng)的負(fù)荷需求。

（4）用蓄電池放電時(shí)，即便是放電到了最小電荷狀態(tài)，仍然不能充分滿足網(wǎng)路中電負(fù)荷的需求，此時(shí)，為滿足微網(wǎng)負(fù)荷需求，需要綜合考慮微電源的發(fā)電成本，用經(jīng)濟(jì)的角度調(diào)節(jié)每個(gè)微電源的出力。

（5）如果蓄電池已經(jīng)放電到了最小電荷狀態(tài)，并且微網(wǎng)當(dāng)中全部的不可控型微電源出力完全，也不能完全的達(dá)到微網(wǎng)當(dāng)中負(fù)荷的需求，此時(shí)，可以將微網(wǎng)敏感性負(fù)荷進(jìn)行權(quán)重，從低到高逐個(gè)切除。

（6）在自身負(fù)荷滿足的前提下，優(yōu)化微電網(wǎng)內(nèi)部電源以及與大電網(wǎng)之間的交互功率來(lái)及時(shí)向蓄電池充電。

2　孤島經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型

2.1目標(biāo)函數(shù)

微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)，從外部看，微電網(wǎng)自身就是一個(gè)小的配電系統(tǒng)，微電網(wǎng)是首要目標(biāo)就是滿足微網(wǎng)內(nèi)部自身用戶的供電需求。微電網(wǎng)的主要收益來(lái)自于對(duì)微電網(wǎng)內(nèi)部用戶的售電，本文建立了描述微電網(wǎng)代理商售電給微電網(wǎng)內(nèi)部用戶的收入表達(dá)式為：

其中：T為時(shí)段數(shù)，L為微電網(wǎng)內(nèi)的用戶數(shù)，C為微電網(wǎng)代理商給微網(wǎng)內(nèi)用戶的統(tǒng)一售電價(jià)格，為微電網(wǎng)代理商在t時(shí)段給用戶l的電量。

在微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)的優(yōu)化目標(biāo)是使微電網(wǎng)代理商的利潤(rùn)收入最大化。微電網(wǎng)代理商可以通過(guò)調(diào)節(jié)微電網(wǎng)內(nèi)發(fā)電機(jī)組的出力，必要時(shí)還可以切除部分可中斷負(fù)荷來(lái)保證微電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行，優(yōu)化自身出力和用戶負(fù)荷來(lái)使微電網(wǎng)達(dá)到收益最大。

目標(biāo)函數(shù)如下：

2.2約束條件

對(duì)微電網(wǎng)的約束條件大致可分為：

（1）電源出力約束

在微電網(wǎng)的運(yùn)行中每個(gè)發(fā)電機(jī)組的功率輸出在任意時(shí)刻都有其嚴(yán)格的上下限約束，分別為發(fā)電元件的上下限出力。

（2）功率平衡約束

微電網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)組距離負(fù)荷中心近，就近消耗電能，電能的傳輸距離較短，因此可以忽略微電網(wǎng)內(nèi)的網(wǎng)損。上式中表示在任意時(shí)刻微電網(wǎng)中所有機(jī)組出力等于微網(wǎng)中瞬時(shí)負(fù)荷之和。

綜上所述，將微電網(wǎng)孤島運(yùn)行優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)換在（2.3）、（2.4）的約束條件下目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)質(zhì)求解問(wèn)題。通過(guò)該模型可以求得微電網(wǎng)在孤島運(yùn)行時(shí)，在最優(yōu)條件下，各機(jī)組的出力，售給用戶的電量以及中斷負(fù)荷量，從而求得微電網(wǎng)在孤島運(yùn)行時(shí)的最優(yōu)運(yùn)行策略［2］。

3　算例分析

在微電網(wǎng)中，微網(wǎng)的典型日負(fù)荷曲線如下圖表所示（圖3-1）。參考文獻(xiàn)［3］中得到微網(wǎng)運(yùn)行成本參數(shù)a，b，c如表3-1所示。微電網(wǎng)售給微網(wǎng)內(nèi)用戶的價(jià)格C為0.55元/kWh，各種污染物的懲罰均取0.005元 /kWh，缺電率分別取0.1、0.25、0.4，不同的缺電率情況下的補(bǔ)償費(fèi)用如表3-2所示。

圖3-1　典型日負(fù)荷曲線

表3-1　微電網(wǎng)運(yùn)行成本參數(shù)

表3-2　不同缺電率對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償費(fèi)用參數(shù)

基于粒子群算法，設(shè)置種群大小為100，學(xué)習(xí)因子C1=C2=1.5，最大速度，最小速度，迭代次數(shù)為100代［4，5］。以典型日為例，針對(duì)該典型日的負(fù)荷特性對(duì)微網(wǎng)孤島運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，可得到各時(shí)段微電網(wǎng)中的風(fēng)電、光伏、燃?xì)鈾C(jī)組和燃料電池的出力（圖3-2）以及微電網(wǎng)的收益如表3-3所示。

圖3-2 微網(wǎng)中各機(jī)組的出力

表3-3　微電網(wǎng)的收益與成本

由以上數(shù)據(jù)可以得出：

（1）光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電由于受氣候影響，光伏發(fā)電在陽(yáng)光充足時(shí)能夠提供較好的輸出；風(fēng)力機(jī)組受風(fēng)力大小的影響，其出力不穩(wěn)定且不可控。而微型燃?xì)鈾C(jī)和燃料電池則對(duì)上述電源進(jìn)行了互補(bǔ)：燃料電池運(yùn)行質(zhì)量高，負(fù)荷響應(yīng)快，可以在數(shù)秒內(nèi)由低負(fù)荷變換成額定負(fù)荷，起到了很好的調(diào)峰調(diào)頻的作用；微型燃?xì)鈾C(jī)組可以多臺(tái)集成擴(kuò)容，容量大，承擔(dān)起基荷和備用的作用。

（2）微電網(wǎng)在孤島運(yùn)行時(shí)的總收益（利潤(rùn)）大約占了總收入的38%左右，其中運(yùn)行成本占比最大約為57%，優(yōu)化微網(wǎng)運(yùn)行可以降低運(yùn)行成本提高微網(wǎng)的收益；環(huán)境成本也占到了4.7%，可見(jiàn)使用清潔能源能夠也能提高微網(wǎng)的部分收益；在微網(wǎng)容量足夠大的情況下，對(duì)高峰時(shí)可中斷負(fù)荷停電補(bǔ)償很少。

4　結(jié)語(yǔ)

在配售分離模式下［6］，微電網(wǎng)孤島運(yùn)行模式下運(yùn)行優(yōu)化策略是在安全運(yùn)行的前提下微電網(wǎng)的綜合收益最優(yōu)。從仿真結(jié)果中可以看出微電網(wǎng)代理商優(yōu)化微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行可以降低成本來(lái)提高收益，同時(shí)使用清潔能源可以降低環(huán)境成本。

［1］李承熹，楊強(qiáng)，顏文俊.含分布式光伏電源的微電網(wǎng)孤島動(dòng)態(tài)運(yùn)行策略［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013，08:99-105.

［2］嚴(yán)文潔.考慮微電網(wǎng)的電力市場(chǎng)購(gòu)售電優(yōu)化策略［D］.西華大學(xué)，2013.

［3］陳鵬，周暉.微電網(wǎng)電力市場(chǎng)交易模型研究［J］.電力需求側(cè)管理，2011，04:23-29.

［4］梅真.基于改進(jìn)粒子群算法的微電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行策略研究［D］.湖北工業(yè)大學(xué)，2015.

［5］苗雨陽(yáng)，盧錦玲，朱國(guó)棟.基于改進(jìn)多目標(biāo)粒子群算法的微電網(wǎng)并網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度［J］.電力科學(xué)與工程，2012，07:15-20.

［6］徐佳.基于配售分離的終端電力市場(chǎng)研究［D］.上海交通大學(xué)，2012.

徐小明（1991—），男，安徽安慶人，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏κ袌?chǎng)。

吳振鵬（1991—），男，浙江衢州人，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏κ袌?chǎng)。