文/周倩 李曉生 邢紅偉，大盛微電科技股份有限公司；許繼電源有限公司；大盛微電科技股份有限公司

1 多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

不同于單個(gè)微電網(wǎng)的運(yùn)行控制，多微電網(wǎng)系統(tǒng)中的各微電網(wǎng)既需要考慮自身的功率平衡，也要考慮微電網(wǎng)間的相互聯(lián)系。因此，多微電網(wǎng)常采用多層級的系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制結(jié)構(gòu)[20]，多微電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行控制可以分為兩個(gè)層面：單微電網(wǎng)內(nèi)部控制層，多微電網(wǎng)間協(xié)調(diào)控制層。多微電網(wǎng)系統(tǒng)主要由以下各單元組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.1 分布式發(fā)電單元(DG)

多微電網(wǎng)系統(tǒng)中的分布式電源通常是可再生能源，如：風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電。在研究過程中需要考慮到其不確定性對系統(tǒng)運(yùn)行的影響。

1.2 負(fù)荷在不同的場景中存在著波動(dòng)變化。在考慮負(fù)荷模型時(shí)，需要在基于預(yù)測值的基礎(chǔ)上，考慮其隨機(jī)波動(dòng)。

1.3 儲能系統(tǒng)

在多微電網(wǎng)系統(tǒng)中，儲能系統(tǒng)承擔(dān)著削峰填谷，平抑波動(dòng)的任務(wù)。為了提高儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，需要采用合理有效的能量管理方法，減少儲能的壽命損耗。同時(shí)，各個(gè)微電網(wǎng)間的儲能系統(tǒng)應(yīng)該協(xié)同運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)多微電網(wǎng)系統(tǒng)間穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1.4 柴油發(fā)電機(jī)

柴油發(fā)電機(jī)能夠穩(wěn)定供電，以平抑風(fēng)、光發(fā)電不確定性帶來的影響。

1.5 聯(lián)絡(luò)線路

多微電網(wǎng)系統(tǒng)中各微電網(wǎng)通過互聯(lián)線路與大電網(wǎng)相連，各微電網(wǎng)之間以及微電網(wǎng)與大電網(wǎng)間通過聯(lián)絡(luò)線路進(jìn)行功率交互，實(shí)現(xiàn)互供互濟(jì)。

2 多微電網(wǎng)能量管理優(yōu)化模型

2.1 柴油發(fā)電機(jī)模型

柴油發(fā)電機(jī)模型如式(1)所示：

式中：Pi?max和Pi?min各自代表第i個(gè)微電網(wǎng)中柴油發(fā)電機(jī)開啟時(shí)所提供的出力上限、下限;二元變量Ii,t為第i個(gè)微電網(wǎng)中柴油發(fā)電機(jī)在t時(shí)刻的運(yùn)行狀態(tài)變量，當(dāng)Ii,t取值為0時(shí)，表示第i個(gè)微電網(wǎng)中柴油發(fā)電機(jī)在t時(shí)刻處于關(guān)停狀態(tài)，當(dāng)Ii,t取值為1時(shí)，表示第i個(gè)微電網(wǎng)中柴油發(fā)電機(jī)在t時(shí)刻處于開啟狀態(tài)。除此以外，需要考慮柴油發(fā)電機(jī)的功率爬坡限制，柴油發(fā)電機(jī)啟停時(shí)的功率不得超過最大運(yùn)行功率，運(yùn)行過程中，功率變化不得超過爬坡限制，即柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的約束還包括最小啟停時(shí)間限制，設(shè)Ton表示最小運(yùn)行時(shí)間，最小關(guān)停時(shí)間為Toff，柴油發(fā)電機(jī)最小啟停時(shí)間表達(dá)式如式(3)所示。

2.2 儲能模型

在微電網(wǎng)系統(tǒng)中，儲能主要起著平抑波動(dòng)、削峰填谷的作用，對于儲能的模型主要考慮其SOC變化，充放電功率約束。儲能的容量約束包括儲能容量變化、儲能容量上下限約束以及調(diào)度周期始末時(shí)刻儲能容量約束。

2.3 可再生能源發(fā)電不確定性模型

在微電網(wǎng)中，可再生能源電源大多為風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電，而風(fēng)速和光照強(qiáng)度具有間歇性和隨機(jī)性的特點(diǎn)。在分布式電源建模過程中需要考慮風(fēng)機(jī)、光伏功率輸出的波動(dòng)性，對模型進(jìn)行魯棒優(yōu)化，采用不確定集來表征可再生能源發(fā)電的不確定性，可得其考慮不確定性的出力模型。

2.4 系統(tǒng)功率平衡模型

多微電網(wǎng)系統(tǒng)不僅能夠通過微電網(wǎng)內(nèi)的發(fā)電單元滿足負(fù)荷需求，還能夠通過微電網(wǎng)間的功率交互達(dá)到微電網(wǎng)間的功率互濟(jì)，從而降低整個(gè)多微電網(wǎng)系統(tǒng)的購電成本，提高多微電網(wǎng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

3 優(yōu)化目的

多微電網(wǎng)系統(tǒng)具有單微電網(wǎng)控制層和多微電網(wǎng)間交互層兩個(gè)層面。第一層為單微電網(wǎng)層能量管理優(yōu)化：單微電網(wǎng)層的優(yōu)化目標(biāo)是使得自身微電網(wǎng)能夠滿足最惡劣運(yùn)行場景的前提下，降低經(jīng)濟(jì)成本。第二層則為多微電網(wǎng)間的協(xié)同優(yōu)化：微電網(wǎng)控制中心根據(jù)各個(gè)微電網(wǎng)反饋的信息以整個(gè)多微電網(wǎng)系統(tǒng)收益最大為目標(biāo)，優(yōu)化各個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)間的功率交互以及各微電網(wǎng)與配電網(wǎng)的功率交互，得到整個(gè)多微電網(wǎng)系統(tǒng)最優(yōu)的能量管理方案。多微電網(wǎng)間的系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)是通過各個(gè)微電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行，降低多微電網(wǎng)系統(tǒng)的購電費(fèi)用，提高用電可靠性。優(yōu)化問題為考慮風(fēng)、光資源不確定性的雙層魯棒優(yōu)化。第一層優(yōu)化為日前調(diào)度問題，第二層優(yōu)化問題中考慮風(fēng)、光資源不確定性，進(jìn)行魯棒優(yōu)化得到微電網(wǎng)內(nèi)柴發(fā)、儲能出力，微電網(wǎng)間交互功率以及通過電網(wǎng)的購售電功率，從而得到使多微電網(wǎng)系統(tǒng)收益最優(yōu)的運(yùn)行功率交互方案。

4 結(jié)論

本文提出了基于多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)的雙層能量管理優(yōu)化模型，同時(shí)考慮微電網(wǎng)能量管理的日前規(guī)劃層與實(shí)時(shí)能量管理調(diào)度層的雙層魯棒優(yōu)化，兼顧微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性與魯棒性。結(jié)果表明，可再生能源出力的不確定性會導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用增加，而通過多微電網(wǎng)互聯(lián)，能夠有效降低不確定性給系統(tǒng)帶來的影響。