微電網孤島經濟運行優化策略

貴州大學電氣工程學院　徐小明國家電網衢州供電公司　吳振鵬

?

微電網孤島經濟運行優化策略

貴州大學電氣工程學院徐小明
國家電網衢州供電公司吳振鵬

在配售分離模式下，微電網孤島運行模式下運行優化策略是在安全運行的前提下微電網的綜合收益最優，即運行成本盡可能的小。本文提出了微電網孤島運行模式下的經濟運行優化模型。模型中考慮了微電網的運行成本、環境成本以及停電補償成本，考慮了微電源的上下限出力和功率平衡約束。最后在算例中運用了粒子群算法，以典型日負荷曲線為例，得到了微電網孤島運行時的各機組出力、微網的售電收益以及微網的運行成本和峰值時的停電補償費用。

微電網；孤島運行；優化策略

0　引言

孤島運行是將微電網與大電網之間的聯結母線切斷，微電網自成一體，孤立運行［1］。一般在微電網運行經濟優化策略時，又或是發生在由于因為檢測到了外部大電網的故障，出現了不小擾動的情況下影響了電能的質量。即使微電網與大電網斷開，微電網內部的分布式電源會給微網內部用戶的敏感性負荷供電，這樣一來，就對系統的可靠性、供電的不間斷性水平有了明顯提升。微網運行有很多特征，其中重要特征是孤島運行方式，微電網在這種極端情況下也可以安全穩定的運行。

1　孤島經濟運行策略

本文主要研究了微網孤島運行下，考慮了包含可變成本以及固定成本在內的微網運行的成本，還考慮了DG在燃料發電過程中產生的等氣體所產生的環境成本以及為了滿足微網安全經濟穩定運行需要的停電成本的分析。孤島運行方式下的微網經濟運行優化策略如下：

（1）在選擇向負荷供電的電源時，優先選用不可控型微電源。

（2）微網中的冷、熱負荷以“以熱定電”的方式確定微型燃氣輪機的出力。

（3）當上述兩種電源均無法滿足微網的電負荷需求時，應當優先使用儲能裝置來滿足微電網的負荷需求。

（4）用蓄電池放電時，即便是放電到了最小電荷狀態，仍然不能充分滿足網路中電負荷的需求，此時，為滿足微網負荷需求，需要綜合考慮微電源的發電成本，用經濟的角度調節每個微電源的出力。

（5）如果蓄電池已經放電到了最小電荷狀態，并且微網當中全部的不可控型微電源出力完全，也不能完全的達到微網當中負荷的需求，此時，可以將微網敏感性負荷進行權重，從低到高逐個切除。

（6）在自身負荷滿足的前提下，優化微電網內部電源以及與大電網之間的交互功率來及時向蓄電池充電。

2　孤島經濟運行模型

2.1目標函數

微電網孤島運行時，從外部看，微電網自身就是一個小的配電系統，微電網是首要目標就是滿足微網內部自身用戶的供電需求。微電網的主要收益來自于對微電網內部用戶的售電，本文建立了描述微電網代理商售電給微電網內部用戶的收入表達式為：

其中：T為時段數，L為微電網內的用戶數，C為微電網代理商給微網內用戶的統一售電價格，為微電網代理商在t時段給用戶l的電量。

在微電網孤島運行時的優化目標是使微電網代理商的利潤收入最大化。微電網代理商可以通過調節微電網內發電機組的出力，必要時還可以切除部分可中斷負荷來保證微電網的安全可靠運行，優化自身出力和用戶負荷來使微電網達到收益最大。

目標函數如下：

2.2約束條件

對微電網的約束條件大致可分為：

（1）電源出力約束

在微電網的運行中每個發電機組的功率輸出在任意時刻都有其嚴格的上下限約束，分別為發電元件的上下限出力。

（2）功率平衡約束

微電網中的發電機組距離負荷中心近，就近消耗電能，電能的傳輸距離較短，因此可以忽略微電網內的網損。上式中表示在任意時刻微電網中所有機組出力等于微網中瞬時負荷之和。

綜上所述，將微電網孤島運行優化問題轉換在（2.3）、（2.4）的約束條件下目標函數的最優質求解問題。通過該模型可以求得微電網在孤島運行時，在最優條件下，各機組的出力，售給用戶的電量以及中斷負荷量，從而求得微電網在孤島運行時的最優運行策略［2］。

3　算例分析

在微電網中，微網的典型日負荷曲線如下圖表所示（圖3-1）。參考文獻［3］中得到微網運行成本參數a，b，c如表3-1所示。微電網售給微網內用戶的價格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償費用如表3-2所示。

圖3-1　典型日負荷曲線

表3-1　微電網運行成本參數

表3-2　不同缺電率對應的補償費用參數

基于粒子群算法，設置種群大小為100，學習因子C1=C2=1.5，最大速度，最小速度，迭代次數為100代［4，5］。以典型日為例，針對該典型日的負荷特性對微網孤島運行的經濟運行進行優化計算，可得到各時段微電網中的風電、光伏、燃氣機組和燃料電池的出力（圖3-2）以及微電網的收益如表3-3所示。

圖3-2 微網中各機組的出力

表3-3　微電網的收益與成本

由以上數據可以得出：

（1）光伏發電和風力發電由于受氣候影響，光伏發電在陽光充足時能夠提供較好的輸出；風力機組受風力大小的影響，其出力不穩定且不可控。而微型燃氣機和燃料電池則對上述電源進行了互補：燃料電池運行質量高，負荷響應快，可以在數秒內由低負荷變換成額定負荷，起到了很好的調峰調頻的作用；微型燃氣機組可以多臺集成擴容，容量大，承擔起基荷和備用的作用。

（2）微電網在孤島運行時的總收益（利潤）大約占了總收入的38%左右，其中運行成本占比最大約為57%，優化微網運行可以降低運行成本提高微網的收益；環境成本也占到了4.7%，可見使用清潔能源能夠也能提高微網的部分收益；在微網容量足夠大的情況下，對高峰時可中斷負荷停電補償很少。

4　結語

在配售分離模式下［6］，微電網孤島運行模式下運行優化策略是在安全運行的前提下微電網的綜合收益最優。從仿真結果中可以看出微電網代理商優化微網經濟運行可以降低成本來提高收益，同時使用清潔能源可以降低環境成本。

［1］李承熹，楊強，顏文俊.含分布式光伏電源的微電網孤島動態運行策略［J］.電力系統保護與控制，2013，08:99-105.

［2］嚴文潔.考慮微電網的電力市場購售電優化策略［D］.西華大學，2013.

［3］陳鵬，周暉.微電網電力市場交易模型研究［J］.電力需求側管理，2011，04:23-29.

［4］梅真.基于改進粒子群算法的微電網優化運行策略研究［D］.湖北工業大學，2015.

［5］苗雨陽，盧錦玲，朱國棟.基于改進多目標粒子群算法的微電網并網優化調度［J］.電力科學與工程，2012，07:15-20.

［6］徐佳.基于配售分離的終端電力市場研究［D］.上海交通大學，2012.

徐小明（1991—），男，安徽安慶人，碩士研究生，研究方向為電力市場。

吳振鵬（1991—），男，浙江衢州人，碩士研究生，研究方向為電力市場。