微網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化控制方法研究

銀川能源學(xué)院電力學(xué)院 喬文娟 李 莉

微網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化控制方法研究

銀川能源學(xué)院電力學(xué)院 喬文娟 李 莉

【摘要】由于分布式發(fā)電存在間斷、復(fù)雜、變化多樣、穩(wěn)定性差等一系列的特點(diǎn)，為了保證微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行，如何優(yōu)化調(diào)度各種分布式發(fā)電成為了人們關(guān)注的重點(diǎn)，大量分布式發(fā)電并聯(lián)運(yùn)行的時(shí)候，如何阻止環(huán)流、合理進(jìn)行分配功率，并且怎樣實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電的并網(wǎng)運(yùn)行，成為了現(xiàn)代電力領(lǐng)域最新關(guān)注的研究熱點(diǎn)。本文在研究微網(wǎng)多目標(biāo)運(yùn)行優(yōu)化控制研究的必要性的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了并網(wǎng)運(yùn)行方式、孤島運(yùn)行方式以及幾種多目標(biāo)運(yùn)行優(yōu)化算法。

【關(guān)鍵詞】分布式發(fā)電；微網(wǎng)；多目標(biāo)；優(yōu)化運(yùn)行

引言

分布式發(fā)電系統(tǒng)指利用各種分散存在的能源進(jìn)行發(fā)電的系統(tǒng)，直接布置在配電網(wǎng)或負(fù)荷附近，經(jīng)濟(jì)、高效可靠發(fā)電，以滿足特定用戶需要和支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行［1］。分布式發(fā)電存在眾多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，同樣也有缺點(diǎn)，因此為了調(diào)節(jié)大電網(wǎng)與分布式電源間的矛盾，充分體現(xiàn)分布式電源為電網(wǎng)以及用戶帶來的價(jià)值和效益，提出了微網(wǎng)（Microgrid ）的概念［2］。依靠電網(wǎng)的運(yùn)行控制和能量管理這些關(guān)鍵技術(shù)，可以使得微網(wǎng)運(yùn)行在并網(wǎng)或者是孤島運(yùn)行。本文通過國(guó)內(nèi)外微電網(wǎng)技術(shù)的新方案和新進(jìn)展，主要針對(duì)微電網(wǎng)的運(yùn)行控制進(jìn)行了研究。

1、微網(wǎng)多目標(biāo)運(yùn)行優(yōu)化控制研究的必要性

為了解決電網(wǎng)與分布式發(fā)電間的矛盾，充分發(fā)揮分布式發(fā)電為電力系統(tǒng)以及用戶所帶來的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，微網(wǎng)概念應(yīng)運(yùn)而生。為了提高微網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性，最有效地發(fā)揮微網(wǎng)系統(tǒng)效能，基于智能優(yōu)化算法的微網(wǎng)多目標(biāo)運(yùn)行優(yōu)化控制一直是微網(wǎng)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

2、并網(wǎng)運(yùn)行方式

2.1 含小型冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的微網(wǎng)并網(wǎng)方式下的多目標(biāo)運(yùn)行策略

由于WT和PV兩者不存在不直接消耗燃料，并且環(huán)境污染小，并且還有啟動(dòng)快速、增減負(fù)荷快速一些優(yōu)點(diǎn)，所以優(yōu)先利用其機(jī)組出力，所包含冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)“以冷/熱定電”，由冷/熱負(fù)荷確定MT機(jī)組出力。

2.2 目標(biāo)函數(shù)

當(dāng)微網(wǎng)處于并網(wǎng)運(yùn)行，目標(biāo)函數(shù)為多目標(biāo)優(yōu)化運(yùn)行時(shí)，需要重點(diǎn)考慮分布式電源的技術(shù)性能、本地可以用到的能源資源、負(fù)荷需求量的多少、環(huán)境保護(hù)費(fèi)用以及微電源的維護(hù)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用等等。另一個(gè)需要考慮的因素是微網(wǎng)和外部電網(wǎng)之間有關(guān)于電能的交易，也就是系統(tǒng)的購(gòu)電售電情況。依據(jù)此，建立的目標(biāo)函數(shù)的形式為：

目標(biāo)1：微電網(wǎng)一天內(nèi)的電量成本F1（t）最小。微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的日電量成本包括三個(gè)部分即各微源的發(fā)電成本（計(jì)及燃料成本、運(yùn)行維護(hù)成本）、微網(wǎng)與外網(wǎng)的能量交換成本、冷熱電聯(lián)產(chǎn)的供熱及供冷收益。因此，微網(wǎng)一天內(nèi)的電量成本函數(shù)為可表示為：

目標(biāo)2：微電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生的污染物對(duì)環(huán)境的影響成本F2最低。微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的環(huán)境成本包括各微源運(yùn)行產(chǎn)生的環(huán)境成本和微網(wǎng)向外網(wǎng)購(gòu)電的環(huán)境成本之和。因此，微網(wǎng)環(huán)境成本的函數(shù)為：

目標(biāo)3：微電網(wǎng)各微源運(yùn)行效率損失最低。運(yùn)行效率的目標(biāo)就是在滿足微網(wǎng)正常運(yùn)行情況下，盡可能提高微電網(wǎng)中分布式電源的功率因數(shù)。不需要額外的增加無功補(bǔ)償設(shè)備的投資，然后可以改變換流器自身控制參數(shù)獨(dú)立的控制分布式電源的有功功率Pi和無功功率Qi。為了使分布式電源的功率因數(shù)達(dá)到最大值，取功率因數(shù)的倒數(shù)形式建立目標(biāo)函數(shù)如下：

3、孤島運(yùn)行方式

3.1 含小型冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的微網(wǎng)孤網(wǎng)方式下的多目標(biāo)運(yùn)行策略

仍然優(yōu)先利用WT和PV的機(jī)組出力。聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)“以冷/熱定電”，由冷/熱負(fù)荷確定MT機(jī)組出力，根據(jù)建立的孤網(wǎng)運(yùn)行方式下的優(yōu)化模型，優(yōu)化各各發(fā)電單元以及儲(chǔ)能單元的出力以此來滿足剩余負(fù)荷需要。如果各發(fā)電單元都滿發(fā)、蓄電池組完全放電不能無法滿足負(fù)荷需要時(shí)，首先考慮切除不是關(guān)鍵的負(fù)荷，保證重要負(fù)荷能夠正常供電；當(dāng)負(fù)荷需求仍然不能得到滿足時(shí)，可以根據(jù)關(guān)鍵負(fù)荷的重要程度，從低到高切除其中的一部分負(fù)荷。

3.2 目標(biāo)函數(shù)

當(dāng)微網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行在孤網(wǎng)方式下，此時(shí)不考慮與外部電網(wǎng)之間進(jìn)行電能交易的問題，負(fù)荷需求完全應(yīng)該由系統(tǒng)內(nèi)部的微電源和儲(chǔ)能裝置來供應(yīng)。在滿足系統(tǒng)負(fù)荷需求和可靠性的前提下，使得系統(tǒng)的運(yùn)行成本、系統(tǒng)的污染氣體排放量和分布式電源效率損失統(tǒng)統(tǒng)為最少。因此，優(yōu)化數(shù)學(xué)模型需要綜合考慮各種類型微電源的技術(shù)性能、本地可能用到的能源資源、負(fù)荷需求的大小、微電源的維護(hù)費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用和環(huán)保費(fèi)用等等。

4、結(jié)論

微網(wǎng)的概念應(yīng)用而生以來，在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)擁有比較多的技術(shù)支撐，智能電網(wǎng)的一個(gè)重要的分支就是微電網(wǎng)，微電網(wǎng)憑借著多樣化的能源形勢(shì)、柔性化的并網(wǎng)接口、定制化的電能質(zhì)量、雙重化的能量信息流這些特征，必定會(huì)在未來的電網(wǎng)中發(fā)揮一個(gè)重要的作用。

作者簡(jiǎn)介：

喬文娟（1990—），女，寧夏人，研究生，教師，助教，研究方向：智能電網(wǎng)。