基于靈敏度分析的微電網(wǎng)互動(dòng)運(yùn)行成本計(jì)算方法

趙金利 ，宿洪智 ，李 鵬 ，于 浩 ，焦冰琦

（1.天津大學(xué) 智能電網(wǎng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072；2.國網(wǎng)天津市電力公司檢修公司，天津 300230）

0 引言

資源和環(huán)境的雙重壓力下，微電網(wǎng)技術(shù)和需求側(cè)響應(yīng)成為當(dāng)今行業(yè)研究的熱點(diǎn)和智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)［1］。目前需求響應(yīng)所基于的資源主要是負(fù)荷，尚未考慮分布式電源和儲(chǔ)能等未來智能電網(wǎng)中新型的用戶側(cè)設(shè)備［2］。同時(shí)微電網(wǎng)作為一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的小型發(fā)配電系統(tǒng)［3］，消除了分布式電源出力的隨機(jī)性和不可調(diào)度性，充分發(fā)揮了儲(chǔ)能等可調(diào)設(shè)備的優(yōu)勢(shì)［4］。因此微電網(wǎng)作為一個(gè)整體，也被認(rèn)為是一種非常重要的需求側(cè)資源，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)與微電網(wǎng)之間能量與信息雙向互動(dòng)，讓微電網(wǎng)參與配電網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)，作為解決電力供應(yīng)矛盾的重要手段，是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)高效、節(jié)能環(huán)保的重要途徑［5］。

在互動(dòng)運(yùn)行中，微電網(wǎng)作為獨(dú)立的個(gè)體，首先關(guān)注的是其自身運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。文獻(xiàn)［6］建立了不同場(chǎng)景下含有光伏、儲(chǔ)能的微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型；文獻(xiàn)［7］建立了微電網(wǎng)日前優(yōu)化調(diào)度模型，通過儲(chǔ)能的優(yōu)化管理實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。此外，需求側(cè)資源在參與配電網(wǎng)運(yùn)行管理方面，尤其是微電網(wǎng)的靈活可控特性在電網(wǎng)調(diào)峰、提高電能利用率、提高電力系統(tǒng)供電可靠性等方面將發(fā)揮重要作用［8］。文獻(xiàn)［9］通過微電網(wǎng)技術(shù)提高了建筑物的能源利用效率，節(jié)約了社會(huì)資源；文獻(xiàn)［10］分析了微電網(wǎng)對(duì)市場(chǎng)價(jià)格、配電網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)用的影響，通過微電網(wǎng)參與配電網(wǎng)的運(yùn)行管理，降低了用戶的用電費(fèi)用和配電網(wǎng)的運(yùn)行成本；文獻(xiàn)［11］利用儲(chǔ)能參與配電網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)，降低了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)損耗，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性；文獻(xiàn)［12］分析了需求側(cè)資源向電網(wǎng)提供輔助服務(wù)的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)效益?？梢灶A(yù)見，未來的配電網(wǎng)運(yùn)行管理，將會(huì)以配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)為主導(dǎo)，微電網(wǎng)等各種需求側(cè)資源積極參與，充分考慮不同用戶的行為特性，多種需求響應(yīng)機(jī)制協(xié)調(diào)作用，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)與各個(gè)子環(huán)節(jié)在安全性、經(jīng)濟(jì)性等各個(gè)方面的全面互動(dòng)［13］。然而，由于缺乏有效數(shù)據(jù)且用戶彈性難以預(yù)測(cè)，需求響應(yīng)難以達(dá)到預(yù)期效果［14］，如何挖掘用戶響應(yīng)潛力、準(zhǔn)確分析用戶參與互動(dòng)的互動(dòng)成本，是實(shí)現(xiàn)全面互動(dòng)需要解決的重要問題。

以實(shí)現(xiàn)需求響應(yīng)背景下微電網(wǎng)與配電網(wǎng)互動(dòng)運(yùn)行為目標(biāo)，首先提出了微電網(wǎng)與配電網(wǎng)互動(dòng)運(yùn)行的架構(gòu)，配電網(wǎng)通過價(jià)格信號(hào)和激勵(lì)政策引導(dǎo)微電網(wǎng)合理用電，微電網(wǎng)則通過經(jīng)濟(jì)調(diào)度和互動(dòng)響應(yīng)參與配電網(wǎng)運(yùn)行管理。本文主要從微電網(wǎng)的角度出發(fā)，考慮其與配電網(wǎng)的能量交互成本建立了優(yōu)化調(diào)度模型；在微電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度模型中考慮配電網(wǎng)的互動(dòng)容量需求，分析了微電網(wǎng)的互動(dòng)能力，并通過靈敏度分析得出了微電網(wǎng)互動(dòng)容量與互動(dòng)成本之間的關(guān)系。該方法能夠真實(shí)地反映微電網(wǎng)通過調(diào)整用電計(jì)劃參與配電網(wǎng)互動(dòng)的成本，為實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)互動(dòng)運(yùn)行提供了有力的技術(shù)支持。最后通過典型的微電網(wǎng)算例分析了影響微電網(wǎng)互動(dòng)能力和互動(dòng)成本的主要因素。

1 微電網(wǎng)與配電網(wǎng)互動(dòng)運(yùn)行架構(gòu)

價(jià)格信號(hào)和激勵(lì)機(jī)制是需求響應(yīng)的2種主要手段，基于價(jià)格的需求響應(yīng)是指用戶響應(yīng)電價(jià)的變化，調(diào)整用電計(jì)劃，從而削減尖峰負(fù)荷和緩解系統(tǒng)備用不足；基于激勵(lì)的需求響應(yīng)是指通過制定激勵(lì)政策，激勵(lì)用戶在系統(tǒng)可靠性受到影響或者用電成本較高時(shí)及時(shí)響應(yīng)并削減負(fù)荷［15］。配電網(wǎng)需求響應(yīng)的基本架構(gòu)如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)需求響應(yīng)架構(gòu)Fig.1 Demand response framework of distribution network

互動(dòng)運(yùn)行中，配電網(wǎng)不考慮微電網(wǎng)的內(nèi)部運(yùn)行情況，只是對(duì)微電網(wǎng)售電進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)微電網(wǎng)購買的電量收取費(fèi)用。配電網(wǎng)通過電價(jià)引導(dǎo)微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度，微電網(wǎng)通過申報(bào)互動(dòng)成本參與配電網(wǎng)的激勵(lì)機(jī)制［16］，互動(dòng)流程如圖2所示，分為電價(jià)響應(yīng)、互動(dòng)申報(bào)、激勵(lì)響應(yīng)和互動(dòng)結(jié)算4個(gè)部分。

圖2 微電網(wǎng)與配電網(wǎng)互動(dòng)運(yùn)行流程Fig.2 Flowchart of interactive operation of microgrid with distribution network

a.電價(jià)響應(yīng)。配電網(wǎng)根據(jù)外部市場(chǎng)情況，向微電網(wǎng)下發(fā)電價(jià)信號(hào)，同時(shí)微電網(wǎng)獲取其內(nèi)部設(shè)備參數(shù)和新能源發(fā)電的預(yù)測(cè)信息，根據(jù)上述信息微電網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，并將調(diào)度結(jié)果的聯(lián)絡(luò)線功率作為基準(zhǔn)運(yùn)行曲線上報(bào)給配電網(wǎng)。

b.互動(dòng)申報(bào)。根據(jù)微電網(wǎng)的基準(zhǔn)運(yùn)行曲線和對(duì)其他用戶電價(jià)響應(yīng)結(jié)果的預(yù)測(cè)，配電網(wǎng)評(píng)估在調(diào)度周期內(nèi)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，將負(fù)荷尖峰或者低谷、系統(tǒng)運(yùn)行成本較高或者電網(wǎng)運(yùn)行安全受到威脅的時(shí)段設(shè)為互動(dòng)時(shí)間段，下發(fā)至微電網(wǎng)。微電網(wǎng)根據(jù)互動(dòng)時(shí)間段和基準(zhǔn)運(yùn)行情況分析其互動(dòng)能力，得到互動(dòng)容量與互動(dòng)成本之間的關(guān)系，上報(bào)給配電網(wǎng)。

c.激勵(lì)響應(yīng)。配電網(wǎng)根據(jù)申報(bào)結(jié)果，考量經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)和安全性要求，向微電網(wǎng)下發(fā)其參與互動(dòng)的互動(dòng)容量，作為調(diào)度指令。微電網(wǎng)根據(jù)調(diào)度指令作出響應(yīng)，制定最終的調(diào)度計(jì)劃。

d.互動(dòng)結(jié)算。配電網(wǎng)對(duì)微電網(wǎng)的響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)微電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況和基準(zhǔn)運(yùn)行曲線的對(duì)比，計(jì)算微電網(wǎng)實(shí)際參與互動(dòng)的互動(dòng)容量，并據(jù)此給予互動(dòng)激勵(lì)補(bǔ)貼。

在互動(dòng)中配電網(wǎng)可以根據(jù)需要設(shè)定調(diào)度周期的長(zhǎng)度，調(diào)度周期較短則可以提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，但如果調(diào)度周期過短則會(huì)增加計(jì)算負(fù)擔(dān)，同時(shí)調(diào)度周期的長(zhǎng)度還受到計(jì)算速度和通信傳輸速度的約束，這里不對(duì)調(diào)度周期長(zhǎng)度與預(yù)測(cè)精度、計(jì)算和通信傳輸速度的關(guān)系做詳細(xì)分析，下面以日前調(diào)度為例進(jìn)行介紹。

2 微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模型

2.1 目標(biāo)函數(shù)

本文選取微電網(wǎng)運(yùn)行成本最小為目標(biāo)，考慮整個(gè)調(diào)度周期內(nèi)微電網(wǎng)的購電成本Cb、售電收益Cs、分布式電源的發(fā)電成本Cf，建立微電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度模型，其目標(biāo)函數(shù)可以表示為：

其中，C為微電網(wǎng)運(yùn)行成本；H為調(diào)度周期內(nèi)總的時(shí)段數(shù)；i為時(shí)段，i?｛1，2，3，…，H｝；Cf，i為時(shí)段 i內(nèi)分布式電源的發(fā)電成本；Cb，i為時(shí)段i內(nèi)微電網(wǎng)的購電成本；Cs，i為時(shí)段i內(nèi)微電網(wǎng)的售電收益。

其中，分布式電源的發(fā)電成本可表示為：

其中，L 為微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源的總數(shù)；PDG，l，i為微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源l在時(shí)段i內(nèi)的發(fā)電功率；Δti為時(shí)段 i的時(shí)間長(zhǎng)度；l?｛1，2，3，…，L｝；αl為分布式電源 l發(fā)電的單位成本。

微電網(wǎng)的購電成本可表示為：

其中，βb，i為時(shí)段 i內(nèi)微電網(wǎng)的購電電價(jià)；Pb，i為購電功率。

微電網(wǎng)的售電收益可表示為：

其中，βs，i為時(shí)段 i內(nèi)微電網(wǎng)的售電電價(jià)；Ps，i為售電功率。

2.2 約束條件

根據(jù)微電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際情況，在對(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度時(shí)主要將功率平衡約束、微電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率傳輸約束、分布式電源出力約束、儲(chǔ)能容量與功率約束作為約束條件，具體表達(dá)式如下。

a.功率平衡約束：

其中，PL，m為微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷m消耗的有功功率；m?｛1，2，3，…，M｝，M 為微電網(wǎng)內(nèi)的負(fù)荷總數(shù)；PCH，n為儲(chǔ)能裝置n的充電功率；PDIS，n為儲(chǔ)能裝置n的放電功率；n?｛1，2，3，…，N｝，N 為微電網(wǎng)內(nèi)儲(chǔ)能裝置的總數(shù)；PDG，l為微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源l的出力。式（6）表示微電網(wǎng)不能在任何一個(gè)時(shí)段既售電又購電，式（7）表示同一儲(chǔ)能裝置不能在任何一個(gè)時(shí)段既充電又放電。

b.聯(lián)絡(luò)線功率傳輸約束：

其中，Pg，max為微電網(wǎng)與配電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線最大傳輸功率。

c.分布式電源出力約束：

其中，PDG，l，max為分布式電源出力上限；PDG，l，min為分布式電源的啟動(dòng)功率；uDG，l為二進(jìn)制變量，當(dāng)分布式電源運(yùn)行時(shí)為1，不運(yùn)行時(shí)為0。

d.儲(chǔ)能容量與功率約束：

其中，PCH，n，max、PDIS，n，max分別為儲(chǔ)能裝置 n 的最大充、放電功率；SOCES，n為儲(chǔ)能裝置 n 的荷電狀態(tài)；SOCES，n，0為儲(chǔ)能裝置 n 的初始荷電狀態(tài)；SOCES，n，max、SOCES，n，min分別為儲(chǔ)能裝置n的荷電狀態(tài)上、下限；ηn為儲(chǔ)能裝置n的充放電效率；EES，n為儲(chǔ)能裝置n的額定存儲(chǔ)容量。

2.3 問題求解

式（1）—（15）構(gòu)成了微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，是含有互補(bǔ)約束的非線性規(guī)劃問題，為了簡(jiǎn)化計(jì)算、提高求解速度，引入二進(jìn)制變量 λ 和 ρ，將式（6）、（8）、（9）化簡(jiǎn)為式（16）、（17），將式（7）、（11）、（12）化簡(jiǎn)為式（18）、（19），將原非線性規(guī)劃問題化簡(jiǎn)為混合整數(shù)線性規(guī)劃問題。

根據(jù)配電網(wǎng)的電價(jià)信息、微電網(wǎng)內(nèi)設(shè)備參數(shù)和對(duì)新能源發(fā)電出力和負(fù)荷功率的預(yù)測(cè)結(jié)果，求解上述所建立的優(yōu)化調(diào)度模型，可以得到微電網(wǎng)中儲(chǔ)能在調(diào)度周期內(nèi)的充、放電功率和分布式電源的出力，構(gòu)成最優(yōu)的運(yùn)行調(diào)度計(jì)劃S1，得到相應(yīng)的聯(lián)絡(luò)線功率曲線和運(yùn)行成本C1。

3 微電網(wǎng)互動(dòng)成本計(jì)算

當(dāng)微電網(wǎng)與配電網(wǎng)互動(dòng)運(yùn)行時(shí)，配電網(wǎng)將互動(dòng)時(shí)間段下發(fā)至微電網(wǎng)，并將需要微電網(wǎng)減少用電量或增加售電量（互動(dòng)容量）的時(shí)段設(shè)為正互動(dòng)時(shí)段，將需要微電網(wǎng)增加用電量或減少售電量的時(shí)段設(shè)為負(fù)互動(dòng)時(shí)段。微電網(wǎng)在互動(dòng)時(shí)段首先分析其互動(dòng)能力，然后計(jì)算互動(dòng)容量與互動(dòng)成本之間的關(guān)系。

3.1 微電網(wǎng)的互動(dòng)能力分析

微電網(wǎng)的互動(dòng)能力是其在互動(dòng)時(shí)間段內(nèi)能夠調(diào)整的最大用電（發(fā)電）電量，取決于在互動(dòng)時(shí)間段內(nèi)在調(diào)度計(jì)劃S1的基礎(chǔ)上微電網(wǎng)中儲(chǔ)能、出力可調(diào)節(jié)的分布式電源等可調(diào)控設(shè)備的進(jìn)一步調(diào)整能力。因此，微電網(wǎng)的最大互動(dòng)容量可表示為微電網(wǎng)內(nèi)各個(gè)可調(diào)設(shè)備的最大互動(dòng)容量之和，其中最大正向互動(dòng)容量指的是互動(dòng)時(shí)間段內(nèi)微電網(wǎng)最大可削減用電電量（可增加發(fā)電電量），最大負(fù)向互動(dòng)容量指的是互動(dòng)時(shí)間段內(nèi)微電網(wǎng)最大可增加用電電量（可削減發(fā)電電量），計(jì)算方法分別如式（20）、（21）所示。

其中，為微電網(wǎng)的最大正向互動(dòng)容量；為微電網(wǎng)內(nèi)儲(chǔ)能的最大正向互動(dòng)容量；為微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源的最大正向互動(dòng)容量；為微電網(wǎng)的最大負(fù)向互動(dòng)容量；為微電網(wǎng)內(nèi)儲(chǔ)能的最大負(fù)向互動(dòng)容量；為微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源的最大負(fù)向互動(dòng)容量。 設(shè) PES，n=PDIS，n-PCH，n，表示儲(chǔ)能設(shè)備 n的輸出功率，各個(gè)設(shè)備的互動(dòng)能力計(jì)算方法如式（22）—（27）所示。

其中，b為互動(dòng)開始時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)段；e為互動(dòng)結(jié)束時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)段；為儲(chǔ)能裝置 n 的最大正向互動(dòng)容量；為儲(chǔ)能裝置 n的最大負(fù)向互動(dòng)容量。

3.2 考慮配電網(wǎng)互動(dòng)需求的微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度

微電網(wǎng)通過改變?cè)诨?dòng)時(shí)間段的用電電量響應(yīng)配電網(wǎng)的互動(dòng)需求，因此在制定新的調(diào)度計(jì)劃S2時(shí)，將配電網(wǎng)的互動(dòng)需求作為約束條件，如式（28）所示，將式（28）與式（1）—（15）構(gòu)成新的微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模型。

其中，EI為配電網(wǎng)的互動(dòng)需求容量；E2為調(diào)度計(jì)劃S2下微電網(wǎng)在互動(dòng)時(shí)間段的用電電量；E1為調(diào)度計(jì)劃S1下微電網(wǎng)在互動(dòng)時(shí)間段的用電電量。

3.3 微電網(wǎng)互動(dòng)容量與互動(dòng)成本關(guān)系分析

分別計(jì)算微電網(wǎng)在互動(dòng)容量EI為和時(shí)微電網(wǎng)的正向互動(dòng)成本和負(fù)向互動(dòng)成本，SP、SN為靈敏度分析時(shí)所設(shè)定的參數(shù)，參數(shù)越大，得到的互動(dòng)容量與互動(dòng)成本之間的關(guān)系與真實(shí)結(jié)果的擬合度越高，但是需要的計(jì)算時(shí)間也越長(zhǎng)，根據(jù)不同實(shí)例對(duì)于計(jì)算精度的需求和計(jì)算速度的要求，可以選取不同的靈敏度分析參數(shù)。k?｛1，2，3，…，SP｝，j?｛1，2，3，…，SN｝，通過分段線性化求得微電網(wǎng)正向互動(dòng)時(shí)互動(dòng)容量與互動(dòng)成本之間的關(guān)系，如式（29）所示。

其中，λk為不同互動(dòng)容量區(qū)間微電網(wǎng)的邊際互動(dòng)成本；。

同理可以得到微電網(wǎng)負(fù)向互動(dòng)時(shí)互動(dòng)容量與互動(dòng)成本之間的關(guān)系。

4 算例分析

如圖3所示的微電網(wǎng)中包括光伏、風(fēng)機(jī)、儲(chǔ)能裝置、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)和負(fù)荷，其具體參數(shù)如表1所示。設(shè)定調(diào)度周期的長(zhǎng)度為1 d，將日前調(diào)度平均分成24個(gè)調(diào)度時(shí)段，各時(shí)刻的負(fù)荷情況如圖4所示，風(fēng)力發(fā)電出力、光伏發(fā)電出力如圖5所示。分時(shí)電價(jià)如表2所示，設(shè)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)的發(fā)電成本為0.9元／（kW·h），光伏、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電成本為0元／（kW·h），微電網(wǎng)向配電網(wǎng)售電的價(jià)格為0.44元／（kW·h）。

圖3 微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Topology of microgrid

表1 微電網(wǎng)內(nèi)設(shè)備參數(shù)Table1 Equipment parameters of microgrid

圖4 負(fù)荷功率曲線Fig.4 Load power curves

圖5 新能源發(fā)電出力曲線Fig.5 Renewable energy generation output curves

表2 分時(shí)電價(jià)信息Table 2 Time-of-use electricity prices

根據(jù)微電網(wǎng)的設(shè)備參數(shù)、負(fù)荷功率情況、新能源出力和分時(shí)電價(jià)信息，對(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。通過Lingo軟件采用分支定界算法求解前文所述的混合整數(shù)線性規(guī)劃問題，得到微電網(wǎng)的運(yùn)行成本為538.17元，微電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線功率如圖6所示，作為微電網(wǎng)的基準(zhǔn)運(yùn)行曲線，儲(chǔ)能的輸出功率和荷電狀態(tài)如圖7所示，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)的出力如圖8所示。

圖6 微電網(wǎng)基準(zhǔn)運(yùn)行曲線Fig.6 Base operating curve of microgrid

圖7 儲(chǔ)能功率與荷電狀態(tài)Fig.7 Power and SOC of energy storage

圖8 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)出力Fig.8 Output of gas turbine generator

從圖6—8中可以看出，微電網(wǎng)通過在低電價(jià)時(shí)段控制儲(chǔ)能充電，并在高電價(jià)時(shí)段控制儲(chǔ)能放電，同時(shí)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)發(fā)電，為負(fù)荷供電，實(shí)現(xiàn)自身的優(yōu)化運(yùn)行。受到分時(shí)電價(jià)的影響，在高電價(jià)時(shí)段到來之前儲(chǔ)能會(huì)以較高功率充電，造成了在06∶00和17∶00出現(xiàn)了2個(gè)明顯的負(fù)荷尖峰。

根據(jù)微電網(wǎng)的基準(zhǔn)調(diào)度計(jì)劃中儲(chǔ)能和燃?xì)獍l(fā)電機(jī)的運(yùn)行情況，分析微電網(wǎng)的互動(dòng)能力，微電網(wǎng)每小時(shí)和每4個(gè)小時(shí)的互動(dòng)能力分別如圖9、10所示。從式（26）、（27）中可以看出，儲(chǔ)能的互動(dòng)能力取決于其最大的充、放電功率或額定存儲(chǔ)容量，當(dāng)互動(dòng)時(shí)間較短時(shí)功率約束起作用，當(dāng)互動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)額定存儲(chǔ)容量約束起作用。由圖9、10可以看出，對(duì)于一定的互動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)度，微電網(wǎng)的可調(diào)整用電量一定，當(dāng)互動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)度為1 h時(shí)，微電網(wǎng)的可調(diào)整電量為200 kW·h，當(dāng)互動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)度為4 h時(shí)，微電網(wǎng)的可調(diào)整電量為640.3 kW·h，同時(shí)正向互動(dòng)能力提高且負(fù)向互動(dòng)能力降低。隨著互動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)度的增加，由于儲(chǔ)能額定存儲(chǔ)容量的約束，單位時(shí)間微電網(wǎng)的可調(diào)整電量下降，互動(dòng)能力降低。

圖9 每小時(shí)微電網(wǎng)的互動(dòng)能力Fig.9 Interactive capacity per hour of microgrid

圖10 每4個(gè)小時(shí)微電網(wǎng)的互動(dòng)能力Fig.10 Interactive capacity per 4-hour of microgrid

微電網(wǎng)將基準(zhǔn)運(yùn)行曲線上報(bào)給配電網(wǎng)，配電網(wǎng)結(jié)合其對(duì)其他負(fù)荷的預(yù)測(cè)情況或者申報(bào)結(jié)果，設(shè)定在17∶00時(shí)進(jìn)行正向互動(dòng)。微電網(wǎng)在17∶00時(shí)的正向互動(dòng)能力為200 kW·h。這里選取SP=4，分析得到互動(dòng)容量與互動(dòng)成本之間的關(guān)系如表3、圖11所示。

表3 微電網(wǎng)互動(dòng)容量與互動(dòng)成本之間的關(guān)系Table 3 Relationship between interactive capacity and cost of microgrid

從圖11中可以看出，隨著互動(dòng)容量的增加，微電網(wǎng)總的互動(dòng)成本增加，微電網(wǎng)參與互動(dòng)的邊際成本增加，也就意味著微電網(wǎng)參與互動(dòng)的容量越大，每增加1 kW·h互動(dòng)容量的互動(dòng)成本越高。圖12給出了隨著微電網(wǎng)互動(dòng)容量的增加，微電網(wǎng)17∶00時(shí)聯(lián)絡(luò)線功率、儲(chǔ)能功率和燃?xì)獍l(fā)電機(jī)出力的變化情況。當(dāng)互動(dòng)容量比較小時(shí)，微電網(wǎng)首先通過儲(chǔ)能響應(yīng)互動(dòng)容量需求，儲(chǔ)能先將充電時(shí)刻轉(zhuǎn)移到其他時(shí)間段獲得互動(dòng)容量，如圖13所示，因?yàn)樵谙嗤妰r(jià)時(shí)段下儲(chǔ)能的充電成本幾乎沒有變化，只是將充電時(shí)間提前，這會(huì)增加自損耗；當(dāng)互動(dòng)容量超過50 kW·h時(shí)，儲(chǔ)能開始放電為配電網(wǎng)提供互動(dòng)容量，由于儲(chǔ)能放電，減少了之后幾個(gè)電價(jià)較高時(shí)段的電能存儲(chǔ)，所以微電網(wǎng)不得不在高電價(jià)時(shí)段通過燃?xì)獍l(fā)電機(jī)提供更多的電能，如圖14所示，微電網(wǎng)互動(dòng)成本增加；互動(dòng)容量繼續(xù)增加到超過100 kW·h，超過了儲(chǔ)能的互動(dòng)能力，微電網(wǎng)調(diào)用燃?xì)獍l(fā)電機(jī)參與互動(dòng)，如圖15所示，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)的發(fā)電成本比較高，而且當(dāng)互動(dòng)容量超過137.05 kW·h時(shí)，微電網(wǎng)開始向配電網(wǎng)售電，由于售電價(jià)格遠(yuǎn)低于燃?xì)獍l(fā)電機(jī)的發(fā)電成本，所以微電網(wǎng)的互動(dòng)成本進(jìn)一步提高；互動(dòng)容量繼續(xù)增加時(shí)微電網(wǎng)互動(dòng)的邊際成本將等于燃?xì)獍l(fā)電機(jī)的發(fā)電成本與售電價(jià)格之差。

圖11 微電網(wǎng)互動(dòng)容量與互動(dòng)成本之間的關(guān)系Fig.11 Relationship between interactive capacity and cost of microgrid

圖12 不同互動(dòng)容量下微電網(wǎng)的響應(yīng)情況Fig.12 Microgrid response for different interactive capacities

圖13 互動(dòng)容量50 kW·h，互動(dòng)前后儲(chǔ)能功率對(duì)比Fig.13 Comparison of energy storage power between before and after interaction with interactive capacity of 50 kW·h

圖14 互動(dòng)容量100 kW·h，互動(dòng)前后燃?xì)獍l(fā)電機(jī)功率對(duì)比Fig.14 Comparison of gas turbine generator power between before and after interaction with interactive capacity of 100 kW·h

圖15 互動(dòng)容量150 kW·h，互動(dòng)前后燃?xì)獍l(fā)電機(jī)功率對(duì)比Fig.15 Comparison of gas turbine generator power between before and after interaction with interactive capacity of 150 kW·h

5 結(jié)論

微電網(wǎng)是有效的利用新能源的形式，同時(shí)靈活可控的特性也使其成為了良好的需求側(cè)資源，因此微電網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)度在注重自身經(jīng)濟(jì)利益的同時(shí)，也應(yīng)該服務(wù)于配電網(wǎng)的運(yùn)行管理。本文針對(duì)微電網(wǎng)與配電網(wǎng)的互動(dòng)運(yùn)行提出了一種基于靈敏度分析的微電網(wǎng)與配電網(wǎng)互動(dòng)成本計(jì)算方法。該方法在微電網(wǎng)與配電網(wǎng)的互動(dòng)中既考慮了微電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，也考慮了配電網(wǎng)的互動(dòng)需求。在制定微電網(wǎng)的調(diào)度計(jì)劃時(shí)，始終以微電網(wǎng)運(yùn)行成本最小為目標(biāo)，保證了微電網(wǎng)自身的經(jīng)濟(jì)利益。同時(shí)在優(yōu)化目標(biāo)中考慮購電成本和售電收益，使得微電網(wǎng)制定的調(diào)度計(jì)劃能夠響應(yīng)電價(jià)機(jī)制。當(dāng)配電網(wǎng)在某些特殊時(shí)段需要微電網(wǎng)削減負(fù)荷時(shí)，微電網(wǎng)通過調(diào)整用電計(jì)劃響應(yīng)配電網(wǎng)的互動(dòng)需求，并通過靈敏度分析得到了微電網(wǎng)的互動(dòng)成本，為實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)互動(dòng)運(yùn)行提供技術(shù)支持。

［1］余貽鑫，欒文鵬．智能電網(wǎng)述評(píng)［J］．中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2009，29（34）：1-8.YU Yixin，LUAN Wenpeng.Smart grid and its implementations［J］.Proceedings of the CSEE，2009，29（34）：1-8.

［2］邢龍，張沛超，方陳，等.基于廣義需求側(cè)資源的微網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化［J］. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013，37（12）：7-13.XING Long，ZHANG Peichao，F(xiàn)ANG Chen，et al.Optimal operation for microgrid using generalized demand side resources［J］.Automation of Electric Power Systems，2013，37（12）：7-13.

［3］王成山，李鵬.分布式發(fā)電、微網(wǎng)與智能配電網(wǎng)的發(fā)展與挑戰(zhàn)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34（2）：10-14.WANG Chengshan，LI Peng.Development and challenges of distributed generation，the micro-grid and smart distribution system［J］.Automation of Electric Power Systems，2010，34（2）：10-14.

［4］艾欣，許佳佳.基于互動(dòng)調(diào)度的微網(wǎng)與配電網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行模式研究［J］. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013，41（1）：144-150.AI Xin，XU Jiajia.Study on the microgrid and distribution network co-operation model based on interactive scheduling［J］.Power System Protection and Control，2013，41（1）：144-150.

［5］李鵬，竇鵬沖，李雨薇，等.微電網(wǎng)技術(shù)在主動(dòng)配電網(wǎng)中的應(yīng)用［J］. 電力自動(dòng)化設(shè)備，2015，35（4）：8-16.LI Peng，DOU Pengchong，LI Yuwei，et al. Application of microgrid technology in active distribution network ［J］.Electric Power Automation Equipment，2015，35（4）：8-16.

［6］王成山，洪博文，郭力.不同場(chǎng)景下的光蓄微電網(wǎng)調(diào)度策略［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2013，37（7）：1775-1782.WANG Chengshan，HONG Bowen，GUO Li.Dispatch strategies of PV-battery microgrid in different scenarios［J］.Power System Technology，2013，37（7）：1775-1782.

［7］CHEN C，DUAN S，CAI T，et al.Smart energy management system for optimal microgrid economic operation［J］.IET Renewable Power Generation，2011，5（3）：258-267.

［8］COSTA P M，MATOS M A.Assessing the contribution of microgrids to the reliability of distribution networks［J］.Electric Power Systems Research，2009，79（2）：382-389.

［9］GUAN X，XU Z，JIA Q S.Energy-efficient buildings facilitated by microgrid［J］.IEEE Transactions on Smart Grid，2010，1（3）：243-252.

［10］LO PRETE C，HOBBS B F.Modeling economic interactions between microgrids and electric utilities：a regulator’s perspective［C］∥IEEE International Conference on Smart Grid Communications.Gaithersburg，Maryland，USA：IEEE，2013：522-527.

［11］MA O，ALKADI N，CAPPERS P，et al.Demand response for ancillary services［J］.IEEE Transactions on Smart Grid，2013，4（4）：1988-1995.

［12］張欽，王錫凡，付敏，等.需求響應(yīng)視角下的智能電網(wǎng)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（17）：49-55.ZHANG Qin，WANG Xifan，F(xiàn)U Min，et al.Smart grid from the perspective of demand response［J］.Automation of Electric Power Systems，2009，33（17）：49-55.

［13］王蓓蓓.面向智能電網(wǎng)的用戶需求響應(yīng)特性和能力研究綜述［J］. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014，34（22）：3654-3663.WANG Beibei.Research on consumers’response characterics and ability under smart grid：a literatures survey［J］.Proceedings of the CSEE，2014，34（22）：3654-3663.

［14］張欽，王錫凡，王建學(xué)，等.電力市場(chǎng)下需求響應(yīng)研究綜述［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32（2）：96-105.ZHANG Qin，WANG Xifan，WANG Jianxue，et al.Survey of demand response research in deregulated electricity markets［J］.Automation of Electric Power Systems，2008，32（2）：96-105.

［15］WANG Y，AI X，TAN Z，et al.Interactive dispatch modes and bidding strategy of multiple virtual power plants based on demand response and game theory［J］.IEEE Transactions on Smart Grid，2016，7（1）：510-519.