王磊 張倫 林永君

摘 要：本文首先確立了住宅型微電網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)，建立住宅建筑中地板輻射參數(shù)模型和電轉(zhuǎn)氣（P2G）模型。其次建立住宅型微電網(wǎng)雙層模型并利用NSGA-II算法進(jìn)行優(yōu)化，上層優(yōu)化目標(biāo)為微電網(wǎng)運(yùn)行成本最小，下層優(yōu)化目標(biāo)為用戶舒適度最好。最后以一棟住宅的冬季供暖場(chǎng)景為例，分析不同天然氣價(jià)格對(duì)微電網(wǎng)調(diào)度結(jié)果的影響。

關(guān)鍵詞：住宅型微電網(wǎng);P2G;雙層優(yōu)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.142

1 概述

近年來，我國(guó)光伏、風(fēng)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，但清潔能源消納問題突出。如何促進(jìn)多種能源優(yōu)化互補(bǔ)已經(jīng)成為能源高效利用的重要研究方向。電轉(zhuǎn)氣技術(shù)（power to gas，P2G）是電力轉(zhuǎn)換成氣體燃料的技術(shù)，包括兩個(gè)過程，即電解水反應(yīng)和甲烷化反應(yīng)。關(guān)于含P2G的問題研究大多集中在大型綜合能源系統(tǒng)，文獻(xiàn)[1-3]提出了基于P2G裝置和燃?xì)鈾C(jī)組的能量流模型，分析P2G技術(shù)對(duì)電-氣綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行的各種影響。以上研究大多未涉及考慮天然氣價(jià)的等市場(chǎng)環(huán)境因素，本文主要分析不同天然氣價(jià)格對(duì)微電網(wǎng)調(diào)度結(jié)果的影響。

2 住宅型微電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)及P2G建模

本文研究的住宅微電網(wǎng)系統(tǒng)包括以下單元：可分布式發(fā)電單元：風(fēng)電機(jī)組（WT）、光伏（PV）發(fā)電設(shè)備;能量?jī)?chǔ)存單元：儲(chǔ)能系統(tǒng)（ESS）、儲(chǔ)氣系統(tǒng)（GSS）;能量轉(zhuǎn)換單元：燃?xì)廨啓C(jī)（GB）、電轉(zhuǎn)氣（P2G）設(shè)備;能量消耗單元：電負(fù)荷消耗、熱負(fù)荷消耗用電;能量管理中心。

本文建立非固定轉(zhuǎn)換效率的質(zhì)子交換膜電解槽模型和甲烷反應(yīng)器模型：

式中：為時(shí)段電解槽產(chǎn)生氫量，為時(shí)段電解槽輸入電功率，為轉(zhuǎn)換效率系數(shù)，為電解槽額定容量，為時(shí)段甲烷反應(yīng)器生成天然氣的功率;為甲烷化反應(yīng)器的運(yùn)行效率;為時(shí)段輸入甲烷反應(yīng)器的氫量;為天然氣低熱值;為天然氣管道每立方米對(duì)應(yīng)的氣體質(zhì)量。

3 雙層優(yōu)化模型

3.1 上層目標(biāo)函數(shù)及約束條件

3.2 下層目標(biāo)函數(shù)及約束條件

4 算例分析

本文的住宅型微電網(wǎng)日前調(diào)度模型，設(shè)置調(diào)度時(shí)段為1小時(shí)。本算例驗(yàn)證了不同天然氣價(jià)格對(duì)微電網(wǎng)調(diào)度的影響。

由圖1和圖2可知，天然氣價(jià)格變化影響了燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行成本，以及電轉(zhuǎn)氣的獲利。當(dāng)天然氣價(jià)格低時(shí)，采用天然氣作為燃料的燃?xì)廨啓C(jī)供熱則更加有優(yōu)勢(shì)。反之，當(dāng)天然氣價(jià)格高時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)的出力隨之下降，燃?xì)廨啓C(jī)的電功率也隨熱功率之下降，從而出售給電網(wǎng)的電量下降。

5 總結(jié)

本文對(duì)含P2G設(shè)備的住宅型微電網(wǎng)進(jìn)行了研究，P2G技術(shù)將多余的發(fā)電量轉(zhuǎn)化為天然氣，具有一定環(huán)境效益。在考慮天然氣價(jià)格的前提下，微電網(wǎng)系統(tǒng)可以利用不同天然氣價(jià)格和電價(jià)的波動(dòng)來提高自身收益。

參考文獻(xiàn)：

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