考慮需求側管理的微網經濟優化運行探索

張松雪

摘 要：建立考慮需求側管理的微網經濟優化模型。微網的電力負荷由三個部分組成：固定負荷、隨機負荷、可轉移負荷。而需求側管理的主要內容和重要目標都是可轉移負荷管理。微網中需求側負荷的優化管理和分布式電源的協調運作模式都是在分時電價的情況下建立的。根據函數線性化把其優化問題轉變為一個混合整數規劃問題，運用專業混合整數規劃軟件得出結論。得出結果證明，在考慮側管理的微網經濟運作比在沒有考慮的情況下總費用降低了3.83%，得到了很好的經濟效益。

關鍵詞：需求側管理 微網經濟 負荷管理 優化

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）12（a）-0187-01

由于智能電網逐漸取代整個電力系統，目前人們更為關注的是新型的供電模式：微網。微網是由負荷和分布式電源兩部分組成，它在脫網或者并網中都可以運行，都可以達到本地用戶熱能和電能的使用要求。當前，分布式電源在控制技術方面和接入技術是全球對微網的主要研究，部分國家和地區為微網控制和分布式電源成立了實驗平臺，其以微網示范工程作為基礎。這也讓微網能量管理系統在微網實驗平臺的基礎上得出一定的研究作用。微網能量管理系統的主要功能是實現微網的經濟調度，使系統正常運行條件下優化調度各分布式電源的出力得到滿足，盡量降低運行的成本。經濟優化運行是實現微網能量管理其中重要的一步，它的研究意義非常重大。

時至今日電力市場化在不斷完善和發展，電力系統的利益主體逐漸多樣化，讓人們重新認識了需求側資源的管理。需求側管理運用對用戶推行多種經濟激勵、負荷管理等方法，把需求側的資源通過整合達到減少消耗、降低發電投資和提高電力的目的。文章根據負荷轉移的管理進行對需求側管理的模型建造，在符合不同時段負荷接納能力下，把負荷從電價高時段轉移到電價低時段，用來降低總體運行開支。

1 微網的基本構造和需求側管理

1.1 微網基本構造

微網分為三個部分：儲能單元、分布式發電機和微網負荷。分布式發電機包含有風力發電機、燃料電池、光伏和微型燃氣輪機。其中衛星燃氣輪機與燃料電池是燃氣機組，能夠控制機組的出力，屬于可控機組。風力發電機和光伏是綠色環保的發電機，氣候環境對其影響非常大，波動性和隨機性較大，為不可控機組。接入儲能設備是對接入可再生能源給微網的運行狀況帶來的影響起到緩沖作用。

1.2 需求側管理的內容

需求側管理（DSM）的理念是20世紀80年代美國的電力科學研究院提出的，讓電力需求不僅僅只由供應方來滿足，也從中讓需求方合理使用能源與節約能源成為供應側管理的新內容。需求側管理是對用電用戶實行的管理。這種管理是國家運用其職能通過政策來優化高峰用電與低谷用電的方法。做到在相同用電功能下，降低電量消耗與電力需求以減少缺電壓力，減少供電成本與用電成本。讓供電方和用電方實現雙贏，都能從中得到益處，也能節約能源和達到環保的效果。負荷管理是通過可控負荷使用的調整從而滿足需求側管理需求的一種有效措施。需求側負荷有3個類型：可轉移負荷、隨機負荷和固定負荷，這三者當中最小的負荷要求是固定負荷，可以按照以往數據來推算。可轉移負荷是指能夠在某個時段中轉移到另一個時段的負荷。隨機負荷沒辦法進行推算，因為其為用戶臨時使用的負荷。

2 考慮需求側管理的微網經濟優化運行

（1）在使分布式電源得到正常運行和負荷側的消納約束的情況下，降低微網的總運行費用。在可再生能源機組中，因為它是利用自然能源進行發電，其成本非常低，基本可以不計算成本費用。燃料電池和微型燃氣輪機的總成本可以用機組發電的非線性函數來計算，它們的成本由燃料成本、啟動成本以及維護成本組成。微網優化運行的目標函數為

①

②

（T：運行周期；?T：單位時間間隔；N：可控機組的數量；：可控機組i在t時段時的功率上標CG為可控機組；：可控機組i在t時段時的發電費用；：可控機組i在t時段的啟動費用；：可控機組在t時段的啟動狀態，數值為0時表示停機狀態，為1時表示開機狀態；：可控機組i每次啟動的費用；：微網在t時段的購電量；：t時段的購電價格；：從t時段轉向t時段的第i類可轉移負荷量；：第i類可轉移負荷的單位補貼費用；NTL：可轉移負荷的種類）公式①需要滿足負荷側約束、系統約束、儲能設備、分布式發電機組約束等約束條件。（2）系統約束是用來平衡系統能量的約束。（3）分布式發電機組約束。燃料電池與微型燃料氣輪有著相似的運行特征，它們的體積都比較小，操作比較靈活，啟動或者停止發電都很快速并且可以控制機組發電。最小技術輸出、最大輸出容量和爬坡速度是它們運行過程中的主要障礙。（4）儲能設備約束。鉛酸蓄電池是當前使用最頻繁的儲能設備。鉛酸蓄電池存儲容量限制非常大，而且為了延長蓄電池的使用壽命一般不能讓其過度放電，要控制放電時間，使蓄電池保留一定的能源。（5）負荷側約束。負荷側有三個特點：可轉移負荷、固定負荷和隨機負荷，其中具有可調控特點的是可轉移負荷。（6）微網對于廣大電網來說是其中一個可控單元，它能夠在短暫時間內滿足外部的電網需求，還能夠滿足用戶的特定需求，提高本地供電的穩定性和減少線路耗損，穩定本地電壓，提高能源利用率。微網經濟具有不確定性的特點，其不確定性不利于微網的發展。微網經濟優化的目的在于降低發電成本，平衡電負荷與微源發電，做到供電穩定與環保供電。要做到對每個微源實行科學管理就要對準確描述每個微源的經濟、出力和環境模型。此優化問題其實是分散、多變和存在許多約束條件的非線性組合優化問題，可以運用智能優化算法算出發電成本的最小值、用戶停電損失費用和環境成本。

3 結語

本篇文章概述了需求側管理的基本內容和微網的基本構造，分析了考慮需求側管理的微網經濟優化運行，在分時電價的狀態下，建立微網的運行模式，用來協調需求側負荷優化管理和分布式電源管理。考慮需求側管理的微網經濟優化運行可以降低能源的消耗、減少發電投資、保證電力的可持續發展，大大降低微網的總費用，有助于提高微網的經濟效益。

參考文獻

[1] 向月，劉俊勇，魏震波，等.可再生能源接入下新型可中斷負荷發展研究[J].電力系統保護與控制，2012，2（5）：23-24.

[2] 黃宇淇，方賓義，孫錦楓.飛輪儲能系統應用于微網的仿真研究[J].電力系統保護與控制，2011，6（9）：56-57.

[3] 牛銘，黃偉，郭佳歡，等.微網并網時的經濟運行研究[J].電網技術，2010，3（11）： 36-37.

[4] 董軍，張婧，陳小良，等.考慮需求側響應的短期阻塞管理模型與激勵機制研究[J].電力系統保護與控制，2010，8（3）：45-46.endprint

摘 要：建立考慮需求側管理的微網經濟優化模型。微網的電力負荷由三個部分組成：固定負荷、隨機負荷、可轉移負荷。而需求側管理的主要內容和重要目標都是可轉移負荷管理。微網中需求側負荷的優化管理和分布式電源的協調運作模式都是在分時電價的情況下建立的。根據函數線性化把其優化問題轉變為一個混合整數規劃問題，運用專業混合整數規劃軟件得出結論。得出結果證明，在考慮側管理的微網經濟運作比在沒有考慮的情況下總費用降低了3.83%，得到了很好的經濟效益。

關鍵詞：需求側管理 微網經濟 負荷管理 優化

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）12（a）-0187-01

由于智能電網逐漸取代整個電力系統，目前人們更為關注的是新型的供電模式：微網。微網是由負荷和分布式電源兩部分組成，它在脫網或者并網中都可以運行，都可以達到本地用戶熱能和電能的使用要求。當前，分布式電源在控制技術方面和接入技術是全球對微網的主要研究，部分國家和地區為微網控制和分布式電源成立了實驗平臺，其以微網示范工程作為基礎。這也讓微網能量管理系統在微網實驗平臺的基礎上得出一定的研究作用。微網能量管理系統的主要功能是實現微網的經濟調度，使系統正常運行條件下優化調度各分布式電源的出力得到滿足，盡量降低運行的成本。經濟優化運行是實現微網能量管理其中重要的一步，它的研究意義非常重大。

時至今日電力市場化在不斷完善和發展，電力系統的利益主體逐漸多樣化，讓人們重新認識了需求側資源的管理。需求側管理運用對用戶推行多種經濟激勵、負荷管理等方法，把需求側的資源通過整合達到減少消耗、降低發電投資和提高電力的目的。文章根據負荷轉移的管理進行對需求側管理的模型建造，在符合不同時段負荷接納能力下，把負荷從電價高時段轉移到電價低時段，用來降低總體運行開支。

1 微網的基本構造和需求側管理

1.1 微網基本構造

微網分為三個部分：儲能單元、分布式發電機和微網負荷。分布式發電機包含有風力發電機、燃料電池、光伏和微型燃氣輪機。其中衛星燃氣輪機與燃料電池是燃氣機組，能夠控制機組的出力，屬于可控機組。風力發電機和光伏是綠色環保的發電機，氣候環境對其影響非常大，波動性和隨機性較大，為不可控機組。接入儲能設備是對接入可再生能源給微網的運行狀況帶來的影響起到緩沖作用。

1.2 需求側管理的內容

需求側管理（DSM）的理念是20世紀80年代美國的電力科學研究院提出的，讓電力需求不僅僅只由供應方來滿足，也從中讓需求方合理使用能源與節約能源成為供應側管理的新內容。需求側管理是對用電用戶實行的管理。這種管理是國家運用其職能通過政策來優化高峰用電與低谷用電的方法。做到在相同用電功能下，降低電量消耗與電力需求以減少缺電壓力，減少供電成本與用電成本。讓供電方和用電方實現雙贏，都能從中得到益處，也能節約能源和達到環保的效果。負荷管理是通過可控負荷使用的調整從而滿足需求側管理需求的一種有效措施。需求側負荷有3個類型：可轉移負荷、隨機負荷和固定負荷，這三者當中最小的負荷要求是固定負荷，可以按照以往數據來推算。可轉移負荷是指能夠在某個時段中轉移到另一個時段的負荷。隨機負荷沒辦法進行推算，因為其為用戶臨時使用的負荷。

2 考慮需求側管理的微網經濟優化運行

（1）在使分布式電源得到正常運行和負荷側的消納約束的情況下，降低微網的總運行費用。在可再生能源機組中，因為它是利用自然能源進行發電，其成本非常低，基本可以不計算成本費用。燃料電池和微型燃氣輪機的總成本可以用機組發電的非線性函數來計算，它們的成本由燃料成本、啟動成本以及維護成本組成。微網優化運行的目標函數為

①

②

（T：運行周期；?T：單位時間間隔；N：可控機組的數量；：可控機組i在t時段時的功率上標CG為可控機組；：可控機組i在t時段時的發電費用；：可控機組i在t時段的啟動費用；：可控機組在t時段的啟動狀態，數值為0時表示停機狀態，為1時表示開機狀態；：可控機組i每次啟動的費用；：微網在t時段的購電量；：t時段的購電價格；：從t時段轉向t時段的第i類可轉移負荷量；：第i類可轉移負荷的單位補貼費用；NTL：可轉移負荷的種類）公式①需要滿足負荷側約束、系統約束、儲能設備、分布式發電機組約束等約束條件。（2）系統約束是用來平衡系統能量的約束。（3）分布式發電機組約束。燃料電池與微型燃料氣輪有著相似的運行特征，它們的體積都比較小，操作比較靈活，啟動或者停止發電都很快速并且可以控制機組發電。最小技術輸出、最大輸出容量和爬坡速度是它們運行過程中的主要障礙。（4）儲能設備約束。鉛酸蓄電池是當前使用最頻繁的儲能設備。鉛酸蓄電池存儲容量限制非常大，而且為了延長蓄電池的使用壽命一般不能讓其過度放電，要控制放電時間，使蓄電池保留一定的能源。（5）負荷側約束。負荷側有三個特點：可轉移負荷、固定負荷和隨機負荷，其中具有可調控特點的是可轉移負荷。（6）微網對于廣大電網來說是其中一個可控單元，它能夠在短暫時間內滿足外部的電網需求，還能夠滿足用戶的特定需求，提高本地供電的穩定性和減少線路耗損，穩定本地電壓，提高能源利用率。微網經濟具有不確定性的特點，其不確定性不利于微網的發展。微網經濟優化的目的在于降低發電成本，平衡電負荷與微源發電，做到供電穩定與環保供電。要做到對每個微源實行科學管理就要對準確描述每個微源的經濟、出力和環境模型。此優化問題其實是分散、多變和存在許多約束條件的非線性組合優化問題，可以運用智能優化算法算出發電成本的最小值、用戶停電損失費用和環境成本。

3 結語

本篇文章概述了需求側管理的基本內容和微網的基本構造，分析了考慮需求側管理的微網經濟優化運行，在分時電價的狀態下，建立微網的運行模式，用來協調需求側負荷優化管理和分布式電源管理。考慮需求側管理的微網經濟優化運行可以降低能源的消耗、減少發電投資、保證電力的可持續發展，大大降低微網的總費用，有助于提高微網的經濟效益。

參考文獻

[1] 向月，劉俊勇，魏震波，等.可再生能源接入下新型可中斷負荷發展研究[J].電力系統保護與控制，2012，2（5）：23-24.

[2] 黃宇淇，方賓義，孫錦楓.飛輪儲能系統應用于微網的仿真研究[J].電力系統保護與控制，2011，6（9）：56-57.

[3] 牛銘，黃偉，郭佳歡，等.微網并網時的經濟運行研究[J].電網技術，2010，3（11）： 36-37.

[4] 董軍，張婧，陳小良，等.考慮需求側響應的短期阻塞管理模型與激勵機制研究[J].電力系統保護與控制，2010，8（3）：45-46.endprint

摘 要：建立考慮需求側管理的微網經濟優化模型。微網的電力負荷由三個部分組成：固定負荷、隨機負荷、可轉移負荷。而需求側管理的主要內容和重要目標都是可轉移負荷管理。微網中需求側負荷的優化管理和分布式電源的協調運作模式都是在分時電價的情況下建立的。根據函數線性化把其優化問題轉變為一個混合整數規劃問題，運用專業混合整數規劃軟件得出結論。得出結果證明，在考慮側管理的微網經濟運作比在沒有考慮的情況下總費用降低了3.83%，得到了很好的經濟效益。

關鍵詞：需求側管理 微網經濟 負荷管理 優化

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）12（a）-0187-01

由于智能電網逐漸取代整個電力系統，目前人們更為關注的是新型的供電模式：微網。微網是由負荷和分布式電源兩部分組成，它在脫網或者并網中都可以運行，都可以達到本地用戶熱能和電能的使用要求。當前，分布式電源在控制技術方面和接入技術是全球對微網的主要研究，部分國家和地區為微網控制和分布式電源成立了實驗平臺，其以微網示范工程作為基礎。這也讓微網能量管理系統在微網實驗平臺的基礎上得出一定的研究作用。微網能量管理系統的主要功能是實現微網的經濟調度，使系統正常運行條件下優化調度各分布式電源的出力得到滿足，盡量降低運行的成本。經濟優化運行是實現微網能量管理其中重要的一步，它的研究意義非常重大。

時至今日電力市場化在不斷完善和發展，電力系統的利益主體逐漸多樣化，讓人們重新認識了需求側資源的管理。需求側管理運用對用戶推行多種經濟激勵、負荷管理等方法，把需求側的資源通過整合達到減少消耗、降低發電投資和提高電力的目的。文章根據負荷轉移的管理進行對需求側管理的模型建造，在符合不同時段負荷接納能力下，把負荷從電價高時段轉移到電價低時段，用來降低總體運行開支。

1 微網的基本構造和需求側管理

1.1 微網基本構造

微網分為三個部分：儲能單元、分布式發電機和微網負荷。分布式發電機包含有風力發電機、燃料電池、光伏和微型燃氣輪機。其中衛星燃氣輪機與燃料電池是燃氣機組，能夠控制機組的出力，屬于可控機組。風力發電機和光伏是綠色環保的發電機，氣候環境對其影響非常大，波動性和隨機性較大，為不可控機組。接入儲能設備是對接入可再生能源給微網的運行狀況帶來的影響起到緩沖作用。

1.2 需求側管理的內容

需求側管理（DSM）的理念是20世紀80年代美國的電力科學研究院提出的，讓電力需求不僅僅只由供應方來滿足，也從中讓需求方合理使用能源與節約能源成為供應側管理的新內容。需求側管理是對用電用戶實行的管理。這種管理是國家運用其職能通過政策來優化高峰用電與低谷用電的方法。做到在相同用電功能下，降低電量消耗與電力需求以減少缺電壓力，減少供電成本與用電成本。讓供電方和用電方實現雙贏，都能從中得到益處，也能節約能源和達到環保的效果。負荷管理是通過可控負荷使用的調整從而滿足需求側管理需求的一種有效措施。需求側負荷有3個類型：可轉移負荷、隨機負荷和固定負荷，這三者當中最小的負荷要求是固定負荷，可以按照以往數據來推算。可轉移負荷是指能夠在某個時段中轉移到另一個時段的負荷。隨機負荷沒辦法進行推算，因為其為用戶臨時使用的負荷。

2 考慮需求側管理的微網經濟優化運行

（1）在使分布式電源得到正常運行和負荷側的消納約束的情況下，降低微網的總運行費用。在可再生能源機組中，因為它是利用自然能源進行發電，其成本非常低，基本可以不計算成本費用。燃料電池和微型燃氣輪機的總成本可以用機組發電的非線性函數來計算，它們的成本由燃料成本、啟動成本以及維護成本組成。微網優化運行的目標函數為

①

②

（T：運行周期；?T：單位時間間隔；N：可控機組的數量；：可控機組i在t時段時的功率上標CG為可控機組；：可控機組i在t時段時的發電費用；：可控機組i在t時段的啟動費用；：可控機組在t時段的啟動狀態，數值為0時表示停機狀態，為1時表示開機狀態；：可控機組i每次啟動的費用；：微網在t時段的購電量；：t時段的購電價格；：從t時段轉向t時段的第i類可轉移負荷量；：第i類可轉移負荷的單位補貼費用；NTL：可轉移負荷的種類）公式①需要滿足負荷側約束、系統約束、儲能設備、分布式發電機組約束等約束條件。（2）系統約束是用來平衡系統能量的約束。（3）分布式發電機組約束。燃料電池與微型燃料氣輪有著相似的運行特征，它們的體積都比較小，操作比較靈活，啟動或者停止發電都很快速并且可以控制機組發電。最小技術輸出、最大輸出容量和爬坡速度是它們運行過程中的主要障礙。（4）儲能設備約束。鉛酸蓄電池是當前使用最頻繁的儲能設備。鉛酸蓄電池存儲容量限制非常大，而且為了延長蓄電池的使用壽命一般不能讓其過度放電，要控制放電時間，使蓄電池保留一定的能源。（5）負荷側約束。負荷側有三個特點：可轉移負荷、固定負荷和隨機負荷，其中具有可調控特點的是可轉移負荷。（6）微網對于廣大電網來說是其中一個可控單元，它能夠在短暫時間內滿足外部的電網需求，還能夠滿足用戶的特定需求，提高本地供電的穩定性和減少線路耗損，穩定本地電壓，提高能源利用率。微網經濟具有不確定性的特點，其不確定性不利于微網的發展。微網經濟優化的目的在于降低發電成本，平衡電負荷與微源發電，做到供電穩定與環保供電。要做到對每個微源實行科學管理就要對準確描述每個微源的經濟、出力和環境模型。此優化問題其實是分散、多變和存在許多約束條件的非線性組合優化問題，可以運用智能優化算法算出發電成本的最小值、用戶停電損失費用和環境成本。

3 結語

本篇文章概述了需求側管理的基本內容和微網的基本構造，分析了考慮需求側管理的微網經濟優化運行，在分時電價的狀態下，建立微網的運行模式，用來協調需求側負荷優化管理和分布式電源管理。考慮需求側管理的微網經濟優化運行可以降低能源的消耗、減少發電投資、保證電力的可持續發展，大大降低微網的總費用，有助于提高微網的經濟效益。

參考文獻

[1] 向月，劉俊勇，魏震波，等.可再生能源接入下新型可中斷負荷發展研究[J].電力系統保護與控制，2012，2（5）：23-24.

[2] 黃宇淇，方賓義，孫錦楓.飛輪儲能系統應用于微網的仿真研究[J].電力系統保護與控制，2011，6（9）：56-57.

[3] 牛銘，黃偉，郭佳歡，等.微網并網時的經濟運行研究[J].電網技術，2010，3（11）： 36-37.

[4] 董軍，張婧，陳小良，等.考慮需求側響應的短期阻塞管理模型與激勵機制研究[J].電力系統保護與控制，2010，8（3）：45-46.endprint