關于微電網日前優化調度的認識

田冉

摘 要 微電網的應用日益廣泛，本文通過介紹微電網日前優化調度的模型，發現由于微電網特點不同，所建立的模型不同，最終所提出的微電網最佳決策的策略也不同。微電網涉及多個利益主體，彼此之間的利益訴求有一定的沖突，本文引入博弈理論，協調平衡微電網中利益主體的利益關系，并對微電網優化調度模型與微電網保護技術進行了介紹。

關鍵詞 合作博弈理論；微電網保護技術

中圖分類號 TM7 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）16-0192-02

1 背景

為用戶實現個性化、差異化的電力服務是家用微電網優化調度與家庭負荷控制和智能電網技術發展的重要手段。首先，考慮到家用微電網不同負載的特點，需要建立固定負載、可移動負載和可調負載的模型。然后，在不同的使用時間（time-of-use，TOU）對應不同價格的條件下，考慮到居民的舒適度和經濟狀況，文獻[1]提出了日能量最優調度模型，以達到最大用戶滿意度為家庭微電網的目標，其中包括光伏陣列，能源存儲設備和負載設備。文獻[2]提出了一種配合微電網經濟發展和環保的最優調度模型。鑒于最優的問題包括光伏電池組成的微電網系統、風力發電機、微型渦輪機、柴油發電機和電池，該論文建立了一個包含運營成本的多目標優化調度模型，系統負荷中斷和污染處置成本的補償費用作為約束條件。

微電網是一種新型的能源網絡供應管理結構，為分布式提供渠道訪問低壓配電網絡。它可以減少能源消耗減少環境污染，同時也可以提高系統的可靠性和靈活性。在微電網的時代，為了突出特色需要對電量分配調度進行優化。首先，微電網中的分布式有不同的經營特點，也可能容易受客觀天氣條件和負載需求的影響；其次，在考慮經濟的同時需要關注所支付的環境利益，應當越來越多的關注微電網的大量可再生能源；最后，能源市場計劃的種類也影響微電網運行效率。所有的這些都增加了微電網優化調度問題建模的復雜性。

由于微電網的特點，微電網調度與控制的操作與傳統電網顯著不同。為了平衡和優化關聯方的利益，確定微電網調度的最佳策略是一個具有挑戰性的課題，一個復雜的多目標優化方法，預計將成為解決微電網關鍵問題的有力工具。

2 微電網合作博弈模型

微電網中涉及多個利益主體，如用戶、電網、可再生能源和蓄電池，利益訴求具有一定的沖突，在此基礎上提出的合作博弈是與非合作博弈對稱的一種博弈類型，指參與者能夠聯合達成一個具有約束力且可強制執行的協議的博弈類型。合作博弈中最重要的兩個概念是聯盟和分配，對于整個聯盟來講，整體收益大于其每個主體單獨經營時的收益之和。對于分配來講，每個參與者從聯盟中分配到的收益不小于單獨經營所得收益。合作之所以能夠增進雙方的利益，就是因為合作博弈能夠產生一種合作剩余。至于合作剩余在博弈各方之間如何分配，取決于博弈各方的力量對比和制度設計。

3 微電網調度優化的模型擴展

微電網的優化調度還考慮負載的空間分布和聚合成本，用于計算各個地區的戰略位置和總需求。將具有成千上萬個節點的大型網絡分布，減少到具有少量聚合負載的等效網絡，從而顯著減少計算負擔。此外，它不僅有助于無論任何領域、任何數量的分布式系統運營商在一天中可以靈活地掌控時間，更快地做出運營決策，而且還能夠將小型分布式資源靈活性地在各種電力/能源市場上進行交易。中心聚合器使市場參與到中央和地方的組合中，而本地聚合器通過實現被接受的投標來落實這一概念。通過比較具有和不具有聚合性能的網絡來評估所提出的方法的有效性。對于給定的網絡配置，與具有高錯誤率的消費者需求預測相比，聚合網絡的穩態性能顯著準確（約為±1.5%誤差）。

微電網還被描述為小型模塊化分布式發電，儲能裝置和可控負載的電網。為了最大化太陽能陣列的輸出，有文獻提出使用人工神經網絡（ANN）最大功率點跟蹤（MPPT）技術，并且通過模糊邏輯提出使用俯仰角控制技術來控制高風速下的渦輪輸出功率。為了跟蹤光伏（PV）中的最大功率點（MPP），提出的ANN由遺傳算法（GA）訓練。

而微電網中的蓄電池常常使用燃料電池，燃料電池（FC）正成為一種清潔和無污染的能源，并被廣泛應用于大多數運輸和微電網應用。然而，某些要求快速動態響應的應用程序正在限制FC的使用壽命問題。FC的慢動態響應不適合提供瞬時負載要求，通常在加速和制動期間在電動車輛中產生。有文獻提出了一種新穎的控制策略和相關的電力電子學應用。即一種以級聯模式執行的基于Lure-Lyapunov的控制器，用于控制FC和超級電容器（UC）混合能量的管理系統。在提出的方案中，UC響應負載需求的瞬變，而FC則負責標稱負載總線要求。這種組合有助于提高FC的壽命，因為諸如UC之類的輔助存儲設備為突發瞬變提供緩沖。提出的控制策略還有助于維持UC的充電狀態以獲得更好的性能。并且還提出了數學模型和證明了系統的絕對穩定性。由于基于被動的控制方法，所提出的控制策略是強大有效的。

4 微電網的保護技術

保護措施仍然是微電網發展的重要因素。文獻[5]提出了一種評估策略來量化不良保護方案對微電網可靠性指標的影響。特別是評估策略考慮到在異常運行條件下的保護措施的觸發概率，例如保證行程，拒絕和故障。每單位時間的這種觸發概率被定義為動態中斷率，以區分靜態中斷率（即隨機中斷率）。通過模擬系統運行條件來確定觸發概率構建概率模型。該模型可以通過先前提出的虛擬設定值來表征，其可以通過預測分析來確定，以最小化在不同操作條件下不正確的保護動作的概率。根據擬議的評估策略，400V微電網系統證明了保護系統對動態停電率和靜態停電率的影響對運行可靠性的重要意義。

Microgrid被認為是將廣泛分布式系統中分布式發電機組（DG）日益普及的新形式。過流繼電器的保護協調被視為不同運行狀態的線性規劃問題。在控制中心，通過實時測量來對人造神經網絡（ANN）模型進行訓練，以識別線段上是否存在故障。在另一個神經網絡模型中，通過相同的測量進一步估計故障位置。可以執行重新配置以修改現場繼電器的設置，以增強不同情況下操作的可靠性。測試結果表明，在估計模型的幫助下，自適應過電流保護方案可以準確、智能地修改新操作狀態的保護設置。endprint

5 結論

本世紀可再生能源技術的部署是可持續發展的關鍵手段。可再生能源可以從源頭產生，背景是根據時間尺度重新自建。可再生能源最重要的來源包括太陽能光伏轉換技術，生物質能和生物燃料能源系統，風力發電機，地熱能技術和水力發電系統。一個國家對可再生能源的大量投資可以降低國家對進口燃料的依賴和從國外市場購買能源。推動技術創新，創造就業機制，同時加強清潔發展機制。因此，本文介紹了關于微電網現狀認識，并提出了一些建議，以進一步推動基于自主能源系統和微電網（電網）技術的可再生能源和可持續能源系統的開發。這些建議是基于太陽能發電、生物質能和生物能源、風能、水力發電等能源技術和使用混合能源機制的各種聯合發電系統。

混合型微電網預計在擴大發展中國家電力方面將發揮重要作用。雖然這些系統中的大多數都采用調度策略來運行，這些調度策略并沒有基于關于負載或可再生能源資源可用性相關的預測，所以基于預測的策略引起了關注，作為降低運營成本的替代方案。

在現實條件中，微電網通常由多方經濟主體構成，包括光伏運營商、儲能運商和普通用戶等。通過對個經濟主體資源的調度優化，可以看出，合作模式下光伏運營、儲能運營商和用戶均提高了經濟效益，且各方的效益相互間達到平衡，有利于促進光伏微電網規模化發展。

參考文獻

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[2]王金全，黃麗，楊毅.基于多目標粒子群算法的微電網優化調度[J].電網與清潔能源，2014，30（1）：49-54.

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[5]Bhattarai B P，Myers K S，Bak-Jensen B，et al.Optimum aggregation of geographically distributed flexible resources in strategic smart-grid/microgrid locations[J].International Journal of Electrical Power &Energy Systems，2017（92）：193-201.endprint