多微電網互聯系統能量管理方法研究

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 多微電網互聯系統的結構

不同于單個微電網的運行控制，多微電網系統中的各微電網既需要考慮自身的功率平衡，也要考慮微電網間的相互聯系。因此，多微電網常采用多層級的系統協調控制結構[20]，多微電網系統的運行控制可以分為兩個層面：單微電網內部控制層，多微電網間協調控制層。多微電網系統主要由以下各單元組成，系統結構圖如圖1所示。

1.1 分布式發電單元(DG)

多微電網系統中的分布式電源通常是可再生能源，如：風力發電、光伏發電。在研究過程中需要考慮到其不確定性對系統運行的影響。

1.2 負荷在不同的場景中存在著波動變化。在考慮負荷模型時，需要在基于預測值的基礎上，考慮其隨機波動。

1.3 儲能系統

在多微電網系統中，儲能系統承擔著削峰填谷，平抑波動的任務。為了提高儲能系統的經濟性，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，各個微電網間的儲能系統應該協同運行，以實現多微電網系統間穩定及經濟運行。

1.4 柴油發電機

柴油發電機能夠穩定供電，以平抑風、光發電不確定性帶來的影響。

1.5 聯絡線路

多微電網系統中各微電網通過互聯線路與大電網相連，各微電網之間以及微電網與大電網間通過聯絡線路進行功率交互，實現互供互濟。

2 多微電網能量管理優化模型

2.1 柴油發電機模型

柴油發電機模型如式(1)所示：

式中：Pi?max和Pi?min各自代表第i個微電網中柴油發電機開啟時所提供的出力上限、下限;二元變量Ii,t為第i個微電網中柴油發電機在t時刻的運行狀態變量，當Ii,t取值為0時，表示第i個微電網中柴油發電機在t時刻處于關停狀態，當Ii,t取值為1時，表示第i個微電網中柴油發電機在t時刻處于開啟狀態。除此以外，需要考慮柴油發電機的功率爬坡限制，柴油發電機啟停時的功率不得超過最大運行功率，運行過程中，功率變化不得超過爬坡限制，即柴油發電機運行時的約束還包括最小啟停時間限制，設Ton表示最小運行時間，最小關停時間為Toff，柴油發電機最小啟停時間表達式如式(3)所示。

2.2 儲能模型

在微電網系統中，儲能主要起著平抑波動、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度周期始末時刻儲能容量約束。

2.3 可再生能源發電不確定性模型

在微電網中，可再生能源電源大多為風力發電與光伏發電，而風速和光照強度具有間歇性和隨機性的特點。在分布式電源建模過程中需要考慮風機、光伏功率輸出的波動性，對模型進行魯棒優化，采用不確定集來表征可再生能源發電的不確定性，可得其考慮不確定性的出力模型。

2.4 系統功率平衡模型

多微電網系統不僅能夠通過微電網內的發電單元滿足負荷需求，還能夠通過微電網間的功率交互達到微電網間的功率互濟，從而降低整個多微電網系統的購電成本，提高多微電網的可靠性和經濟性。

3 優化目的

多微電網系統具有單微電網控制層和多微電網間交互層兩個層面。第一層為單微電網層能量管理優化：單微電網層的優化目標是使得自身微電網能夠滿足最惡劣運行場景的前提下，降低經濟成本。第二層則為多微電網間的協同優化：微電網控制中心根據各個微電網反饋的信息以整個多微電網系統收益最大為目標，優化各個微電網系統間的功率交互以及各微電網與配電網的功率交互，得到整個多微電網系統最優的能量管理方案。多微電網間的系統優化目標是通過各個微電網的協調運行，降低多微電網系統的購電費用，提高用電可靠性。優化問題為考慮風、光資源不確定性的雙層魯棒優化。第一層優化為日前調度問題，第二層優化問題中考慮風、光資源不確定性，進行魯棒優化得到微電網內柴發、儲能出力，微電網間交互功率以及通過電網的購售電功率，從而得到使多微電網系統收益最優的運行功率交互方案。

4 結論

本文提出了基于多微電網互聯系統的雙層能量管理優化模型，同時考慮微電網能量管理的日前規劃層與實時能量管理調度層的雙層魯棒優化，兼顧微電網的經濟性與魯棒性。結果表明，可再生能源出力的不確定性會導致系統的運行費用增加，而通過多微電網互聯，能夠有效降低不確定性給系統帶來的影響。