基于需求側(cè)響應(yīng)的微電網(wǎng)多時(shí)間尺度滾動(dòng)優(yōu)化能量管理研究

國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)中心 顧穎歆

1 微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)架構(gòu)

基于能量管理系統(tǒng)的管理對(duì)象和功能分析，從而構(gòu)建微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)示意圖，利用這樣的系統(tǒng)就可實(shí)現(xiàn)電價(jià)、負(fù)荷需求、可再生能源發(fā)電的有效整合，最終通過(guò)一系列的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的管理[1]。

2 基于需求側(cè)響應(yīng)的微電網(wǎng)多時(shí)間尺度滾動(dòng)優(yōu)化能量管理

2.1 基本架構(gòu)

在實(shí)踐中主要考慮對(duì)可再生能源的利用，降低對(duì)應(yīng)的微電網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)用，基于微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析提出對(duì)應(yīng)的管理方法。多時(shí)間尺度調(diào)度流程見(jiàn)圖1，針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間尺度優(yōu)化主要是考慮負(fù)荷日前預(yù)測(cè)和可再生能源預(yù)測(cè)，將間隔設(shè)定為1小時(shí)來(lái)提出分布優(yōu)化策略。短時(shí)間尺度優(yōu)化則需要每一次執(zhí)行第1個(gè)序列的控制指令，不斷滾動(dòng)優(yōu)化，修正可控分布式電源有功出力，做好與大電網(wǎng)的負(fù)荷調(diào)整以及電力流向調(diào)整，進(jìn)而對(duì)可再生能源實(shí)現(xiàn)最大化的消納。

2.2 算例仿真數(shù)據(jù)

基于微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真驗(yàn)證，其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1、表2。

表1 微電網(wǎng)分布式發(fā)電裝機(jī)源數(shù)據(jù)

表2 可調(diào)負(fù)荷相關(guān)參數(shù)

2.3 仿真過(guò)程與結(jié)果分析

在具體的算理分析中選擇某一天來(lái)加以驗(yàn)證，依靠風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電還無(wú)法滿足實(shí)際的負(fù)荷需求，這就需要進(jìn)行對(duì)應(yīng)的調(diào)整來(lái)滿足實(shí)際的要求。通過(guò)圖2b可看出針對(duì)可調(diào)負(fù)荷主要是在11:00～18:00。在這一階段可再生能源的實(shí)際發(fā)電達(dá)不到負(fù)荷提出的具體要求，為達(dá)到要求就需利用可控分布式電源。針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間尺度優(yōu)化，第一步就是需求側(cè)調(diào)度策略，當(dāng)存在較大供需差額時(shí)需對(duì)需求側(cè)進(jìn)行調(diào)度分析，這樣才能夠跟隨可再生能源發(fā)電盡量將符合用電的高峰期避開(kāi)[2]。針對(duì)可調(diào)負(fù)荷見(jiàn)圖3a，其直接將用電高峰轉(zhuǎn)移到平谷，這樣就夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)用電成本的控制并可滿足壓力的減輕。針對(duì)圖3b所示，主要是針對(duì)凈負(fù)荷峰值進(jìn)行適當(dāng)?shù)南鳒p，這樣就可將分布式電源調(diào)度壓力進(jìn)行一定的降低控制。通過(guò)圖3c可看出，在通過(guò)第一步的需求側(cè)調(diào)度后其凈負(fù)荷小于0，相對(duì)于調(diào)整前負(fù)荷曲線波動(dòng)偏小，并且其曲線也變得更加平滑。

與凈負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線相互結(jié)合來(lái)分析圖7，通過(guò)圖4a可看出，可控分布式電源的出力相對(duì)平穩(wěn)，波動(dòng)偏小。不過(guò)大電網(wǎng)波動(dòng)偏大，特別是處于負(fù)荷的高峰期就會(huì)有賣(mài)電情況出現(xiàn)，這就是負(fù)荷降低的結(jié)果，在峰底段賣(mài)電就可滿足微電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行的要求。通過(guò)圖4b顯示放電狀態(tài)在5:00～7:00、21:00時(shí)段，其余都屬于充電狀態(tài)，針對(duì)圖4c可看出其放電處于凈負(fù)荷高峰時(shí)段，在這一個(gè)時(shí)段其出力能夠滿足補(bǔ)償需求[3]。

通過(guò)圖5a可看出，基于需求側(cè)優(yōu)化分析，其分布式電源的出力曲線更加平滑且波動(dòng)偏小，說(shuō)明利用需求側(cè)的分布優(yōu)點(diǎn)可滿足降低分布式電源調(diào)度壓力的要求。通過(guò)圖5b可看出，對(duì)于為考慮需求側(cè)的目標(biāo)函數(shù)值大于零，也就表示在沒(méi)有考慮的時(shí)候微電網(wǎng)的優(yōu)化是不存在收益的，都屬于支出，并且也沒(méi)有考慮費(fèi)用支出總量超過(guò)了需求側(cè)的實(shí)際費(fèi)用，也就是考慮需求側(cè)與未考慮需求側(cè)進(jìn)行相互的比較，其需求側(cè)經(jīng)濟(jì)性明顯更強(qiáng)[4]。

對(duì)于短時(shí)間尺度優(yōu)化，其間隔為5分鐘，通過(guò)模型預(yù)測(cè)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)的優(yōu)化處理。針對(duì)短時(shí)間尺度優(yōu)化值，將可控分布式電源的出力、負(fù)荷調(diào)整量以及儲(chǔ)能出力作為其初始值，將時(shí)間尺度可再生能源預(yù)測(cè)作為輸入值，按照對(duì)應(yīng)的優(yōu)化模型將短時(shí)間尺度優(yōu)化的問(wèn)題解決，針對(duì)其短時(shí)間的尺度優(yōu)化要求每間隔5分鐘需進(jìn)行一次的滾動(dòng)，在達(dá)成288次后就可完成一天的優(yōu)化（圖6）[5]。為能夠?qū)ζ鋬?yōu)化結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，直接選擇17:00～18:00進(jìn)行優(yōu)化對(duì)比。

通過(guò)對(duì)圖7a與圖3a的分析，針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的尺度優(yōu)化，短時(shí)間尺度優(yōu)化進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，也解決了負(fù)荷運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)無(wú)法達(dá)到整小時(shí)的問(wèn)題，讓其優(yōu)化的結(jié)果變得更加的準(zhǔn)確。通過(guò)圖7b分析，其可切負(fù)荷的實(shí)際負(fù)荷幾乎為0，主要是因?yàn)閷?shí)際監(jiān)測(cè)的可切負(fù)荷并沒(méi)有任何動(dòng)作，在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行尺度滾動(dòng)優(yōu)化是和長(zhǎng)時(shí)間尺度優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了相互的結(jié)合。通過(guò)圖7c可看出其修正了儲(chǔ)能出力，在一定程度上變得更加平穩(wěn)。通過(guò)圖7d可看出在滾動(dòng)優(yōu)化下被動(dòng)調(diào)整變得更加平滑，這樣就可降低對(duì)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的損害，并且因?yàn)榍€的波動(dòng)偏小所以也可發(fā)揮修正的功效[6]。

總體來(lái)說(shuō)，通過(guò)對(duì)于算例的分析，就可證明實(shí)施基于需求測(cè)的微電網(wǎng)多時(shí)間尺度滾動(dòng)優(yōu)化能量管理是有效的。