劉星月，程 皓，喻 娜

(成都大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都 610106)

計(jì)及不確定性因素的微電網(wǎng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度

劉星月，程 皓，喻 娜

(成都大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都 610106)

針對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)中可再生能源和負(fù)荷的隨機(jī)性，提出一種考慮微電網(wǎng)不確定性因素的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。利用改進(jìn)的粒子群算法對(duì)模型進(jìn)行求解，得到微電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度相比于靜態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度更符合系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行要求，微電網(wǎng)可靠性水平的提高是以經(jīng)濟(jì)成本的增加為代價(jià)等結(jié)論。

微電網(wǎng)；可再生能源；不確定性；動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度；粒子群算法

區(qū)別于靜態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度，微電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度[1]不僅要考慮調(diào)度周期內(nèi)最低的運(yùn)行成本，還要考慮多時(shí)段設(shè)備運(yùn)行之間的協(xié)調(diào)配合，其更加符合系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行要求。因此，微電網(wǎng)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的研究一直是國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)[2-3]。

本文在VC++6.0平臺(tái)上建立含有風(fēng)光機(jī)組、柴油機(jī)、燃料電池、蓄電池的微電網(wǎng)系統(tǒng)。計(jì)及不確定性因素的約束條件，并以微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境成本為綜合目標(biāo)函數(shù)，結(jié)合蒙特卡洛模擬的粒子群算法對(duì)算例進(jìn)行求解。最后根據(jù)仿真結(jié)果討論靜態(tài)和動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的區(qū)別，以及不確定性因素指標(biāo)對(duì)動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的影響。

1 微電網(wǎng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度的數(shù)學(xué)模型

1.1 目標(biāo)函數(shù)

本文以同時(shí)計(jì)及微電網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)用Y1和污染物處理費(fèi)用Y2的綜合效益Y為目標(biāo)進(jìn)行調(diào)度，即：

minY=Y1+Y2

(1)

Y1=YFuel+YOM+YGRID+YDC

(2)

(3)

式中：YFuel，YOM，YGRID，YDC分別為發(fā)電單元的燃料消耗成本、運(yùn)行管理成本、備用成本、折舊成本；Ck為處理每千克污染物的費(fèi)用；γik為發(fā)電單元輸出每度電污染物的排放系數(shù)；γgrid,k為大電網(wǎng)輸出每度電污染物的排放系數(shù)；Pi，Pgrid分別為發(fā)電單元和大電網(wǎng)每時(shí)段出力。

1.2 系統(tǒng)約束條件

1)系統(tǒng)內(nèi)各發(fā)電單元的出力

Pi，min≤Pi≤Pi，max

(4)

式中：Pi，Pi，min，Pi，max分別為發(fā)電單元的出力、出力下限、出力上限。

2)柴油機(jī)組的爬坡速率

rdown，i≤PDE，i(t)-PDE，i(t-1)≤rup，i

(5)

式中：PDE，i，rdown，i，rup，i分別為柴油機(jī)組出力、出力上升和下降速率。

3)蓄電池的運(yùn)行約束

SOCmin≤SOC(t)≤SOCmax

(6)

-PBmax≤PBt≤PBmax

(7)

(8)

式中：SOCmin，SOCmax分別為荷電狀態(tài)下上限；-PBmax，PBmax為充放電最大功率。

式(8)表示在動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度中，蓄電池在周期始末的能量相等。

4)聯(lián)絡(luò)線傳輸容量約束

(9)

5)考慮風(fēng)/光/負(fù)荷不確定性的旋轉(zhuǎn)備用

本文基于風(fēng)光出力波動(dòng)和負(fù)荷波動(dòng)等不確定因素，采用旋轉(zhuǎn)備用概率約束。

(10)

式中：σwit，σsit，σLt分別為風(fēng)機(jī)、光伏、負(fù)荷在每個(gè)時(shí)段的功率波動(dòng)，采用正態(tài)分布描述；Pwit，Psit，PFC，PLoadt分別為風(fēng)機(jī)、光伏、燃料電池出力和系統(tǒng)的負(fù)荷值；rit為柴油機(jī)組所能提供的旋轉(zhuǎn)備用量。本式認(rèn)為，在考慮了系統(tǒng)中不確定性因素的情況下，當(dāng)各發(fā)電機(jī)組出力負(fù)荷值的概率大于或等于α?xí)r，就認(rèn)為旋轉(zhuǎn)備用概率約束得到了滿足。

2 算例分析

本文基于VC++6.0建模計(jì)算，算例參見(jiàn)文獻(xiàn)[4]，并采用蒙特卡洛模擬的粒子群算法[4]計(jì)算模型。

2.1 動(dòng)態(tài)和靜態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的對(duì)比分析

以式(1)為目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)相關(guān)約束條件對(duì)算例進(jìn)行計(jì)算得到的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度結(jié)果如圖1所示。同時(shí)，以式(1)為目標(biāo)函數(shù)，而不考慮約束式(5)、(8)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的結(jié)果見(jiàn)圖2。圖中所示的DE1、DE2、FC、GRID、BS分別表示柴油機(jī)1#機(jī)組、柴油機(jī)2#機(jī)組、燃料電池、大電網(wǎng)、蓄電池。

圖1 動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度結(jié)果

圖2 靜態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度結(jié)果

從圖1和圖2可以看出，在動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度結(jié)果中，柴油機(jī)組的出力變化較平緩，同時(shí)在一個(gè)調(diào)度周期始末，蓄電池的SOC相等；而在靜態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度結(jié)果中，柴油機(jī)組在負(fù)荷高峰時(shí)刻出力突增，調(diào)度周期始末，蓄電池的SOC不相等。結(jié)果表明，相比于靜態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度，動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的機(jī)組出力更加平滑，其更利于系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行和維護(hù)。同時(shí)，在動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度情況下，蓄電池的充放電過(guò)程是根據(jù)一個(gè)周期內(nèi)全局需要進(jìn)行的，而靜態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度蓄電池的充放電過(guò)程不具有全局性，對(duì)調(diào)度的最優(yōu)化存在阻礙作用。

2.2 微網(wǎng)系統(tǒng)中不確定性因素的影響

1)負(fù)荷波動(dòng)特性對(duì)微電網(wǎng)運(yùn)行的影響

假設(shè)風(fēng)機(jī)、光伏波動(dòng)特性值δW=0，δS=0，研究負(fù)荷波動(dòng)特性δL對(duì)優(yōu)化結(jié)果的影響如圖3所示。

圖3 負(fù)荷被動(dòng)特性δL對(duì)應(yīng)于不同的優(yōu)化結(jié)果

由圖3所示可知，隨著δL的增大，微電網(wǎng)的發(fā)電總成本增加，其增加的幅度是隨著δL的增大而加劇。因?yàn)?，隨著負(fù)荷波動(dòng)的加劇，系統(tǒng)需要柴油機(jī)組和大電網(wǎng)發(fā)出更多的旋轉(zhuǎn)備用量來(lái)保證供電的可靠性，因此發(fā)電總成本增加。

2)可再生能源出力波動(dòng)對(duì)微電網(wǎng)運(yùn)行的影響

同理，假設(shè)δL為0，則風(fēng)光機(jī)組出力波動(dòng)特性δW，δS變化對(duì)微電網(wǎng)發(fā)電總成本的影響如表1所示。

表1 δW，δS對(duì)微電網(wǎng)發(fā)電總成本的影響 元

由表1所示數(shù)據(jù)可知，發(fā)電總成本隨著δW，δS的增大而增加，同時(shí)隨著增加的程度加劇，發(fā)電總成本增加的幅度也隨之增大。這是因?yàn)殡S著風(fēng)光機(jī)組的波動(dòng)加劇，柴油機(jī)組和大電網(wǎng)需要發(fā)出更多的旋轉(zhuǎn)備用電量用以平滑風(fēng)光機(jī)組的出力和保證供電可靠性，因此提高了發(fā)電成本。

3 結(jié)論

本文建立了含有多種分布式電源的微電網(wǎng)系統(tǒng)，以環(huán)境和經(jīng)濟(jì)綜合效益最大為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度。采用結(jié)合蒙特卡洛模擬的粒子群算法對(duì)算例進(jìn)行計(jì)算，最后根據(jù)仿真結(jié)果，得出了微電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度相比于靜態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度更加符合系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行要求、微電網(wǎng)可靠性水平的提高是以經(jīng)濟(jì)成本的增加為代價(jià)等結(jié)論。

[1] SOSHINSKAYA M，CRIJNS-GRAUS W H J，GUERRERO J M，et al. Microgrids: Experiences, barriers and success factors[J]. Renewable & Sustainable Energy Reviews，2014，40：659-672.

[2] 楊毅，雷霞，葉濤，等.考慮安全性與可靠性的微電網(wǎng)電能優(yōu)化調(diào)度[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014(19)：3 080-3 088.

[3] 符楊，蔣一鎏，李振坤，等.計(jì)及可平移負(fù)荷的微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014，34(16)：2 612-2 620.

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A Study on the Dynamic Economic Dispatch of the Micro-Grid Considering Uncertain Factors

LIU Xingyue，CHENG Hao，YU Na

(Faculty of Information Science and Engineering of Chengdu University，Chengdu Sichuan 610106，P.R.China)

Due to the randomness of the renewable energy sources and load of the micro-grid system，this paper introduces a dynamic economic dispatch model considering its uncertain factors．The model can be solved by means of the improved PSO to come to conclusions such as the dynamic economic dispatch of the micro-grid more fits the demands of the operation of the system compared to the static one and the improvement of the reliability level of the micro-grid can only be achieved at the cost of an increased economic cost．

micro-grid；renewable energy sources；uncertainty；dynamic economic dispatch；PSO

2016-07-05

2016年四川省教育廳自然科學(xué)類重點(diǎn)項(xiàng)目(15ZA0357)；2016年四川省科技廳應(yīng)用基礎(chǔ)計(jì)劃項(xiàng)目(2016JY0252)。

劉星月(1989-)，助教，研究方向?yàn)榉植际桨l(fā)電技術(shù)及通信技術(shù)。

TM734

A

1008- 8032(2017)01- 0025- 02