唐 虎，周 濤，謝婷婷，劉 碩，陸朝旭

(國(guó)網(wǎng)四川省電力公司德陽(yáng)供電公司，四川 德陽(yáng) 618000)

0 引言

新時(shí)代人們不斷面臨著來(lái)自氣候惡劣、能源危機(jī)、環(huán)境污染等多方面的挑戰(zhàn)，克服困難走出窘境是世界各國(guó)不得不面臨的重大難題，實(shí)現(xiàn)電能替代和清潔替代成為時(shí)代發(fā)展的主題[1]。作為回應(yīng)，以風(fēng)能和太陽(yáng)能為代表的分布式清潔能源逐步登上能源舞臺(tái)，在能源供應(yīng)和消費(fèi)中愈顯重要[2]；然而，以這些能源為代表的諸多分布式清潔能源因其產(chǎn)能波動(dòng)、隨機(jī)、不可控、產(chǎn)能不可見性，使其參與能量市場(chǎng)交易及優(yōu)化運(yùn)行出現(xiàn)諸多不利因素[3]。

微電網(wǎng)將形態(tài)各異的能源資源進(jìn)行有效的聚合，使其成為可控的有機(jī)整體。特別是在新電改環(huán)境下，微電網(wǎng)如何能夠在諸多的競(jìng)爭(zhēng)中贏得利潤(rùn)，對(duì)微電網(wǎng)的生存具有非常強(qiáng)烈的指導(dǎo)作用。文獻(xiàn)[4]從構(gòu)建微電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)成本、污染物排放成本和運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)3方面著手分析微電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)管理多目標(biāo)優(yōu)化，達(dá)到提升微電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理水平、確保供用電安全的目的；文獻(xiàn)[5]提出微電網(wǎng)/分布式發(fā)電的綜合效益分析流程，并模擬不同運(yùn)營(yíng)形式下的收益問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了投資運(yùn)營(yíng)最優(yōu)模式；文獻(xiàn)[6]設(shè)計(jì)樓宇和區(qū)域型分布式能源站發(fā)電模型，建立分布式能源能效分享及節(jié)能發(fā)展空間模型，實(shí)現(xiàn)了全生命周期內(nèi)的節(jié)能效益；文獻(xiàn)[7]以工業(yè)型用戶側(cè)微電網(wǎng)作為切入點(diǎn)，提出適合工業(yè)型用戶側(cè)微電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)模式；文獻(xiàn)[8]建立了賣方與買方的微電網(wǎng)類型，利用“虛擬單元”解決了供需不平衡時(shí)的電能交易問(wèn)題。

綜上所述，目前對(duì)微電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)方法的研究已有很多案例。本文在上述研究基礎(chǔ)上，以孤島微電網(wǎng)作為研究實(shí)體，以新電改作為環(huán)境背景，考慮由風(fēng)電機(jī)組、太陽(yáng)能機(jī)組、燃料電池和儲(chǔ)能裝置及電力負(fù)荷構(gòu)成的微電網(wǎng)模型，提出孤島微電網(wǎng)作為全新售電主體的內(nèi)部運(yùn)營(yíng)策略；為實(shí)現(xiàn)內(nèi)部運(yùn)營(yíng)策略最優(yōu)構(gòu)造最低邊際成本最優(yōu)模型，在確保內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)供需平衡的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)孤島微電網(wǎng)的最優(yōu)控制。

1 微電網(wǎng)組成元素簡(jiǎn)介

中發(fā)9號(hào)文的頒布為微電網(wǎng)發(fā)展開啟了新篇章，為分布式電源(distributed generation, DG)自由并網(wǎng)、參與電力市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了政策支撐，同時(shí)緩解了能源、環(huán)境、交通等社會(huì)面臨的重大矛盾。微電網(wǎng)打破了傳統(tǒng)電廠的諸多局限，為聚合不同類別分布式清潔能源、儲(chǔ)能裝置和負(fù)荷提供了有效途徑，孤島微電網(wǎng)的基本模型如圖1所示[9]。

圖1 孤島微電網(wǎng)基本模型Fig.1 Basic model of isolated island micro grid

微電網(wǎng)模型中各元素的特點(diǎn)主要有以下幾方面[10-12]：

1) 風(fēng)電機(jī)組和太陽(yáng)能機(jī)組。出力具有較大的隨機(jī)性和波動(dòng)性，最大出力同時(shí)受裝機(jī)容量及外界環(huán)境因素的限制。

2) 儲(chǔ)能裝置。不能大量存儲(chǔ)電能，并且在充放電過(guò)程中會(huì)有電能的損失；種類較多，不同儲(chǔ)能裝置在造價(jià)和性能上也有非常大的區(qū)別；以電動(dòng)汽車為代表的儲(chǔ)能裝置具有雙重屬性，在電網(wǎng)負(fù)荷較高時(shí)釋放電能可視為電源，在電網(wǎng)負(fù)荷較低時(shí)儲(chǔ)存電能可視為負(fù)荷。

3)負(fù)荷，可分為可控負(fù)荷和不可控負(fù)荷。隨著技術(shù)的進(jìn)步，每日的負(fù)荷曲線可通過(guò)科學(xué)的方法精確地預(yù)測(cè)出來(lái)。

4) 微電網(wǎng)控制運(yùn)營(yíng)中心。協(xié)調(diào)控制微電網(wǎng)內(nèi)部各元件的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部經(jīng)濟(jì)效益最大化目標(biāo)。

2 微電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)模式分析

微電網(wǎng)為贏得市場(chǎng)份額、在競(jìng)爭(zhēng)中獲得較為豐厚的利潤(rùn)，勢(shì)必需要對(duì)其經(jīng)營(yíng)模式進(jìn)行分析。微電網(wǎng)的建設(shè)需要進(jìn)行設(shè)備等方面的投資，又需對(duì)構(gòu)建后的電網(wǎng)進(jìn)行運(yùn)營(yíng)維護(hù)，因此其經(jīng)營(yíng)模式和歸屬權(quán)同經(jīng)營(yíng)主體有非常大的關(guān)系[13]。昂貴的DG設(shè)備投資成本、運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本、制定實(shí)施需求響應(yīng)(demand response, DR)的復(fù)雜程度及政府政策均影響著微電網(wǎng)的經(jīng)營(yíng)權(quán)和歸屬權(quán)，大體可將微電網(wǎng)的經(jīng)營(yíng)模式總結(jié)為國(guó)網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)模式、用戶自主經(jīng)營(yíng)模式及第三方經(jīng)營(yíng)模式這3種。

2.1 國(guó)網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)模式

國(guó)網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)模式主要是指對(duì)于微電網(wǎng)的建設(shè)和投資由國(guó)網(wǎng)公司承擔(dān)，因此國(guó)網(wǎng)公司擁有微電網(wǎng)的經(jīng)營(yíng)權(quán)和歸屬權(quán)，負(fù)責(zé)微電網(wǎng)的經(jīng)營(yíng)和維護(hù)。對(duì)于該類微電網(wǎng)，只需進(jìn)行遠(yuǎn)程控制管理，并綜合微電網(wǎng)和大電網(wǎng)的運(yùn)行情況來(lái)實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的孤島運(yùn)行或并網(wǎng)運(yùn)行：在大電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)段，使微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)向大電網(wǎng)傳輸功率；在大電網(wǎng)低谷時(shí)期，可控制微電網(wǎng)的儲(chǔ)能裝置進(jìn)行充電，實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)的削峰填谷；在大電網(wǎng)出現(xiàn)故障情況下，可控制微電網(wǎng)使其孤島運(yùn)行，確保微電網(wǎng)內(nèi)部負(fù)荷不受大電網(wǎng)故障的影響，增強(qiáng)微電網(wǎng)供電的安全可靠性，并為大電網(wǎng)故障恢復(fù)提供相應(yīng)的備用。該種經(jīng)營(yíng)模型下的經(jīng)營(yíng)情況如圖2所示。

國(guó)網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)模式下對(duì)微電網(wǎng)的控制主要是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)控制范圍內(nèi)的整體利益均衡:一方面通過(guò)控制微電網(wǎng)的出力和負(fù)荷特性實(shí)現(xiàn)對(duì)整體負(fù)荷的削峰填谷和提高負(fù)荷用電的可靠性；另一方面為用戶提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。微電網(wǎng)和大電網(wǎng)向用戶提供電能及相關(guān)服務(wù)對(duì)用戶來(lái)說(shuō)沒(méi)有明顯區(qū)別，因此微電網(wǎng)用戶完全感受不到微電網(wǎng)的存在，國(guó)網(wǎng)公司在向用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的同時(shí)，也需要對(duì)用戶進(jìn)行負(fù)荷的控制，即需要用戶積極參與到DR中，為此大電網(wǎng)需對(duì)用戶進(jìn)行用電價(jià)格或激勵(lì)方面的補(bǔ)償，以提高用戶的響應(yīng)度。對(duì)于大電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，因具備較為雄厚的資金基礎(chǔ)，可大規(guī)模地進(jìn)行微電網(wǎng)建設(shè)，對(duì)設(shè)備費(fèi)用的投資就有較大的議價(jià)權(quán)，并將經(jīng)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用到新建微電網(wǎng)，可為微電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)帶來(lái)較大的收益。因此，國(guó)網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)模式可為微電網(wǎng)和微電網(wǎng)用戶均帶來(lái)收益。

2.2 用戶自主經(jīng)營(yíng)模式

用戶自主經(jīng)營(yíng)模式主要包括：1)用戶自主投資建設(shè)微電網(wǎng)并進(jìn)行自身經(jīng)營(yíng)管理；2)政府投資建設(shè)試點(diǎn)項(xiàng)目交由用戶自主經(jīng)營(yíng)管理。不論哪種經(jīng)營(yíng)模式，在該經(jīng)營(yíng)體制下，微電網(wǎng)首先都是滿足自身的用電需求，缺額電量向電網(wǎng)公司購(gòu)買，多余電量出售給電網(wǎng)公司。這2種情況下微電網(wǎng)首先必須獲得并網(wǎng)的許可，若沒(méi)有得到相關(guān)許可只有進(jìn)行切負(fù)荷或減少內(nèi)部出力。用戶自主經(jīng)營(yíng)模式下的具體情況如圖3所示。

用戶自主經(jīng)營(yíng)模式微電網(wǎng)主要是為了實(shí)現(xiàn)用戶自己的經(jīng)濟(jì)利益，一方面可滿足自身的用電需求，另一方面以最優(yōu)化成本方式運(yùn)營(yíng)。微電網(wǎng)的這種經(jīng)營(yíng)模式勢(shì)必會(huì)影響到大電網(wǎng)的收益，因內(nèi)部用戶一般首先購(gòu)買微電網(wǎng)內(nèi)部電能，導(dǎo)致從大電網(wǎng)購(gòu)買的電能減少，因此大電網(wǎng)將無(wú)法從微電網(wǎng)的內(nèi)部交易中獲取利益。在這種情況下，微電網(wǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，大電網(wǎng)勢(shì)必就會(huì)收取一定并網(wǎng)費(fèi)用。而對(duì)于微電網(wǎng)，為謀求更多的經(jīng)濟(jì)效益，也會(huì)并網(wǎng)運(yùn)行來(lái)配合大電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)：在大電網(wǎng)的電價(jià)較高時(shí)，控制微電網(wǎng)的內(nèi)部DG盡可能多發(fā)電能、儲(chǔ)能裝置多放電；在大電網(wǎng)電價(jià)較低時(shí)，優(yōu)先選擇大電網(wǎng)供電，此時(shí)外部購(gòu)電的購(gòu)電成本因低于內(nèi)部發(fā)電的發(fā)電成本，微電網(wǎng)內(nèi)部DG就可少發(fā)電量，購(gòu)買電能滿足負(fù)荷需求和對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行充電。通過(guò)對(duì)大電網(wǎng)的峰谷電價(jià)進(jìn)行響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)輔助大電網(wǎng)平滑負(fù)荷曲線的目的，為電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)帶來(lái)一定的輔助效益。

圖2 國(guó)網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)模式Fig.2 Operation mode of state grid company

圖3 用戶自主經(jīng)營(yíng)模式Fig.3 User independent business model

圖4 第三方經(jīng)營(yíng)模式Fig.4 Third party business model

用戶自主經(jīng)營(yíng)模式并不是讓每個(gè)用戶都進(jìn)行微電網(wǎng)購(gòu)售電的經(jīng)營(yíng)管理，因各類成本的影響及對(duì)經(jīng)營(yíng)管理的要求，用戶自主經(jīng)營(yíng)模式主要集中在那些經(jīng)濟(jì)實(shí)力較強(qiáng)的用戶以及那些用電量較大的電力用戶上，并將多類型用戶進(jìn)行打捆經(jīng)營(yíng)，并由專業(yè)人員負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)微電網(wǎng)的經(jīng)營(yíng)管理。

2.3 第三方經(jīng)營(yíng)模式

第三方經(jīng)營(yíng)模式主要是第三方對(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行投資建設(shè)，因而對(duì)于第三方建設(shè)的微電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，他們擁有對(duì)微電網(wǎng)的控制權(quán)和經(jīng)營(yíng)權(quán)。因微電網(wǎng)的建設(shè)投資成本較大、經(jīng)營(yíng)難度較高，所以第三方需要有較為雄厚的資金基礎(chǔ)、專業(yè)的經(jīng)營(yíng)技術(shù)、良好的客戶信譽(yù)度以及政策的支撐，需要在各方面得到國(guó)家和用戶的雙重許可，并能夠簽訂雙邊供用電合同，以滿足微電網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求。第三方經(jīng)營(yíng)模式如圖4所示。

在第三方經(jīng)營(yíng)模式體系下，經(jīng)營(yíng)商為贏得利潤(rùn)，前提仍然是確保實(shí)現(xiàn)內(nèi)部供用電的均衡，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)公司、第三方和用戶間的3方共贏。從圖4中也可看出，第三方經(jīng)營(yíng)模式微電網(wǎng)的收益主要來(lái)源于售電帶來(lái)的收益，而盈利的大小主要由購(gòu)售電量的多少和售電電價(jià)有關(guān)，并與電網(wǎng)的售電電價(jià)也有直接關(guān)系。第三方經(jīng)營(yíng)微電網(wǎng)的售電電價(jià)因大于自身的購(gòu)電電價(jià)低于電網(wǎng)的售電電價(jià)，這樣用戶才會(huì)從用電電價(jià)中得到實(shí)惠，確保了用戶選擇微電網(wǎng)的可能性。

對(duì)于用電量較大、負(fù)荷彈性較高的商業(yè)用戶及大用戶來(lái)說(shuō)，微電網(wǎng)可與其簽訂DR合同，實(shí)現(xiàn)電能資源的綜合利用，實(shí)現(xiàn)雙方的互贏。因第三方經(jīng)營(yíng)的微電網(wǎng)歸屬權(quán)屬于第三方企業(yè)，對(duì)于電網(wǎng)公司來(lái)說(shuō)，其并網(wǎng)運(yùn)行將會(huì)收取相應(yīng)的并網(wǎng)費(fèi)用，但這部分的并網(wǎng)費(fèi)用將會(huì)低于電網(wǎng)公司向用戶售電所得到的收益。第三方經(jīng)營(yíng)的微電網(wǎng)和電網(wǎng)公司分屬不同主體，雙方之間存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，因我國(guó)特殊的市場(chǎng)環(huán)境，第三方經(jīng)營(yíng)的微電網(wǎng)需要得到國(guó)家政策及經(jīng)濟(jì)方面的大力支持。

3 孤島微電網(wǎng)內(nèi)部運(yùn)營(yíng)策略研究

3.1 模型描述

微電網(wǎng)內(nèi)部控制多類DG、儲(chǔ)能裝置及負(fù)荷，這里假設(shè)所有發(fā)電單元中所有光伏機(jī)組聚合成單一光伏機(jī)組群，所有風(fēng)電機(jī)組看成一個(gè)風(fēng)電機(jī)組群，儲(chǔ)能裝置和負(fù)荷也同樣看待。簡(jiǎn)化后的孤島微電網(wǎng)模型如圖5所示。

對(duì)于假設(shè)的孤島微電網(wǎng)系統(tǒng)，同時(shí)假設(shè)有：1)風(fēng)電機(jī)組和光伏機(jī)組的出力可精確預(yù)測(cè)，并且可無(wú)償獲得電能；2)燃料電池的產(chǎn)能和其供應(yīng)的燃料的含量有關(guān)，并且需要花費(fèi)較高的費(fèi)用；3)儲(chǔ)能裝置的充放電受到容量和剩余電能的限制；4)負(fù)荷與微電網(wǎng)簽訂DR合同，可將可控負(fù)荷交由微電網(wǎng)進(jìn)行控制和管理，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的供需平衡和內(nèi)部經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化。為此，該微電網(wǎng)系統(tǒng)的供電方式優(yōu)先選擇風(fēng)電和光伏，最后選擇燃料電池供電，多余的電能可儲(chǔ)存在儲(chǔ)能裝置中。

3.2 模型構(gòu)建

圖5 孤島微電網(wǎng)簡(jiǎn)化模型Fig.5 Simplified model of isolated island micro grid

為實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)在新電改下能最優(yōu)運(yùn)行，并能不斷贏得市場(chǎng)份額，本文簡(jiǎn)單考慮了微電網(wǎng)在單規(guī)劃周期內(nèi)尋求最優(yōu)邊際成本的目標(biāo)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)微電網(wǎng)的最優(yōu)控制。在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中花費(fèi)最低從而實(shí)習(xí)收益最大化目的，為此構(gòu)建的線性規(guī)劃模型為

(1)

式中:f為規(guī)劃周期內(nèi)運(yùn)營(yíng)花費(fèi)；T為規(guī)劃周期，一般設(shè)定為24 h；Ppvt、Cpvt分別為t時(shí)刻光伏機(jī)組群所產(chǎn)生的功率和及單位功率的成本；Pwt、Cwt分別為t時(shí)刻風(fēng)電機(jī)組群所產(chǎn)生的功率和及單位功率的成本；Pft、Cft分別為t時(shí)刻燃料電池群所產(chǎn)生的功率和及單位功率的成本；Pest為t時(shí)刻儲(chǔ)能系統(tǒng)群充/放電功率和，若Pest≥0表示儲(chǔ)能裝置處于放電狀態(tài)，Pest<0表示儲(chǔ)能裝置處于充電狀態(tài)；Cest為儲(chǔ)能裝置單位功率的成本；Put、Cut分別為t時(shí)刻孤島微電網(wǎng)未能滿足負(fù)荷需求功率和及單位成本；Pext、Cext分別為t時(shí)刻孤島微電網(wǎng)多余功率及其售電單價(jià)；Δt為時(shí)間間隔，一般取1 h。

3.3 約束條件

3.3.1 功率平衡約束

孤島微電網(wǎng)內(nèi)部供需功率的平衡是保障其正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，即有

Ppvt+Pwt+Pft+Pest+Put=PLt+Pext

(2)

式中PLt為t時(shí)刻負(fù)荷需求功率。

3.3.2 最大功率約束

光伏機(jī)組群、風(fēng)電機(jī)組群和燃料電池機(jī)組群的最大輸出功率受自身屬性的制約，其輸出功率不能超過(guò)機(jī)組的裝機(jī)容量，即有

3.3.3 儲(chǔ)能裝置約束

儲(chǔ)能裝置一方面受到其充/放電功率約束限制，同時(shí)也受到其容量限制，有

4 案例分析

4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

為進(jìn)一步研究新電改下孤島微電網(wǎng)如何適應(yīng)新的運(yùn)營(yíng)策略，本文選取了某示范園區(qū)微電網(wǎng)作為研究對(duì)象，該園區(qū)微電網(wǎng)的內(nèi)部組成元素主要有風(fēng)能機(jī)組、太陽(yáng)能機(jī)組、燃料電池機(jī)組和儲(chǔ)能裝置及負(fù)荷。同時(shí)選取某一典型日作為研究對(duì)象，并考慮了2種情景下孤島微電網(wǎng)的最優(yōu)運(yùn)營(yíng)狀況，如圖6所示。

圖6 不同運(yùn)營(yíng)狀態(tài)Fig.6 Different operating conditions

1) 情景1，風(fēng)電和光伏出力能夠滿足負(fù)荷的基本需求。該情況下可能涉及到2方面的內(nèi)容：

① 光伏和風(fēng)電機(jī)組的功率恰巧滿足用戶的基本需求。此時(shí)儲(chǔ)能裝置不用充放電，燃料電池不用工作，光伏和風(fēng)電機(jī)組不用棄風(fēng)或棄光。

② 光伏和風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的功率在滿足負(fù)荷需求的同時(shí)仍有剩余。這種情況下就需要考慮讓風(fēng)電機(jī)組或光伏機(jī)組減少出力，考慮到發(fā)電成本的影響，風(fēng)電機(jī)組和光伏機(jī)組在發(fā)電成本上的一致性，這里假設(shè)在出現(xiàn)功率過(guò)剩情況下，首先減少風(fēng)電機(jī)組的出力，然后再考慮減少光伏機(jī)組的出力。

2) 情景2，風(fēng)電和光伏出力不能滿足負(fù)荷的基本需求，需要燃料電池和儲(chǔ)能裝置作用出力。這種狀況下可能會(huì)出現(xiàn)孤島微電網(wǎng)內(nèi)部所有的供電單元都最大出力下仍不能滿足負(fù)荷的需求，這種情況下就需要對(duì)負(fù)荷中可以切除的負(fù)荷采取拉電限電措施。

對(duì)于本文所構(gòu)建的模型，風(fēng)電機(jī)組群的容量為200 MW，光伏機(jī)組群的容量為 160 MW，燃料電池機(jī)組群的容量為80 MW，儲(chǔ)能裝置群的最大充電深度為200 MW，并且儲(chǔ)能裝置的初始功率為100 MW，負(fù)荷最大功率不超過(guò)400 MW。構(gòu)建孤島微電網(wǎng)的各功率輸出情況如圖7—9所示。

圖7 孤島微電網(wǎng)光伏機(jī)組群功率預(yù)測(cè)輸出情況Fig.7 Forecasted power output of PV units in isolated island micro grid

圖8 孤島微電網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組群功率預(yù)測(cè)輸出情況Fig.8 Forecasted power output of wind power units in isolated island micro grid

圖9 孤島微電網(wǎng)負(fù)荷功率預(yù)測(cè)需求情況Fig.9 Forecasted power output of loads in isolated island micro grid

圖10 情景1負(fù)荷下優(yōu)化前后風(fēng)電機(jī)組出力情況Fig.10 Wind turbine output before and after optimization under scenario 1>

圖11 情景1負(fù)荷下儲(chǔ)能裝置充放電情況Fig.11 Charge and discharge of energy storage device under scenario 1

4.2 案例分析

為驗(yàn)證所提模型的實(shí)用性，即在新電改市場(chǎng)環(huán)境下能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)部經(jīng)營(yíng)方案的最優(yōu)化，本文的規(guī)劃時(shí)間選擇為1 d。本文選取2種典型的負(fù)荷情景進(jìn)行描述，目標(biāo)函數(shù)的意義在于：在這2種典型情景下能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)部成本的最低化目標(biāo)。

圖12 情景1負(fù)荷下燃料電池工作狀態(tài)情況Fig.12 Fuel cell working status under scenario 1

通過(guò)對(duì)情景1負(fù)荷的分析可得到圖10—12所示的結(jié)果。由圖10可看出：風(fēng)電功率在9：00、11：00、12：00、13：00、14：00、15：00出現(xiàn)功率過(guò)剩情況，有減少風(fēng)電功率輸出的現(xiàn)象。因前文假設(shè)在功率出現(xiàn)盈余時(shí)首先考慮減少風(fēng)電機(jī)組的出力，由此可看出，在負(fù)荷情景1下，由這些時(shí)間段的功率輸出情況基本可滿足負(fù)荷的基本需求。由圖11可看出：儲(chǔ)能裝置的動(dòng)作較為頻繁，需要頻繁地充放電來(lái)滿足負(fù)荷的基本需求；在17：00、18：00、20：00、22：00充放電功率達(dá)到功率的最大限度，在整個(gè)充放電過(guò)程中會(huì)實(shí)現(xiàn)充電功率=放電功率+初始儲(chǔ)能功率。由圖12可看出：在16：00、19：00、20：00、21：00、22：00、23：00這些時(shí)刻，僅由風(fēng)電功率、光伏功率、儲(chǔ)能出力仍無(wú)法滿足負(fù)荷的基本需要，需要燃料電池動(dòng)作。

通過(guò)優(yōu)化后得到負(fù)荷情景1下的最優(yōu)風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能和燃料電池的出力情況，并得到該情況下的最小支出成本為2 143.9萬(wàn)元。

圖13 情景2負(fù)荷下優(yōu)化前后風(fēng)電機(jī)組出力情況Fig.13 Wind turbine output before and after optimization under scenario 2

圖14 情景2負(fù)荷下儲(chǔ)能裝置充放電情況Fig.14 Charge and discharge of energy storage device under scenario 2

圖15 情景2負(fù)荷下燃料電池工作狀態(tài)情況Fig.15 Fuel cell working status under scenario 2

通過(guò)對(duì)負(fù)荷情景2進(jìn)行分析可得到圖13—15的優(yōu)化結(jié)果。從圖13中可看出；在時(shí)刻16：00、18：00、19：00、20：00、22：00、23：00下，由孤島微電網(wǎng)內(nèi)部的供能單元進(jìn)行負(fù)荷供電情況下不能滿足負(fù)荷的基本電能需求，需要有針對(duì)性地切除部分負(fù)荷，以實(shí)現(xiàn)孤島微電網(wǎng)的供需平衡，而不至于影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性。從圖14儲(chǔ)能裝置的充放電情況也可看出，在負(fù)荷需要切除的這段時(shí)間內(nèi)，儲(chǔ)能裝置基本工作在最大放電功率情況下。該情況下沒(méi)有負(fù)荷情景1下的動(dòng)作頻繁，主要是由于內(nèi)部充放電的諸多約束以及充放電成本的限制，使其只動(dòng)作在最優(yōu)的時(shí)間段。從圖15可看出，因負(fù)荷狀況的影響以及內(nèi)部供能單元的產(chǎn)能限制，孤島微電網(wǎng)絕大多數(shù)時(shí)間均不能滿足負(fù)荷的基本需求，僅僅在3：00、10：00、12：00、13：00這幾個(gè)時(shí)段不需要燃料電池工作，其他時(shí)刻均需要燃料電池工作，并且在0：00、16：00—23：00這些時(shí)間段，燃料電池處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)。

優(yōu)化后得到負(fù)荷情景2下的最優(yōu)風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能和燃料電池的出力情況，并得出該情況下的最小支出成本：為3 760.9萬(wàn)元。

5 結(jié)論

能源危機(jī)、環(huán)境污染等迫使世界各國(guó)不得不尋求新的能源以支撐未來(lái)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，由此分布式能源與清潔能源逐步走上能源供給的舞臺(tái)，被世人所熟知。隨著以風(fēng)電和光伏等為代表的清潔能源技術(shù)和電力市場(chǎng)化的不斷發(fā)展，微電網(wǎng)在未來(lái)新電改措施不斷完善下參與電力市場(chǎng)的模式以及電力市場(chǎng)分析方法的研究越來(lái)越受到關(guān)注。風(fēng)電和光伏具有隨機(jī)性和反調(diào)峰性等特性，需要采取合理的方法進(jìn)行處理或借助儲(chǔ)能等輔助措施對(duì)其進(jìn)行消納，以增強(qiáng)其在市場(chǎng)環(huán)境下的適應(yīng)性，促進(jìn)其發(fā)展。為此，本文在新電改環(huán)境背景下研究了孤島微電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)方法，為合理安排微電網(wǎng)內(nèi)部的能源資源出力提供了相關(guān)的參考價(jià)值，提升了微電網(wǎng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

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