微網(wǎng)運行優(yōu)化控制方法研究

銀川能源學院電力學院 喬文娟 李 莉

微網(wǎng)運行優(yōu)化控制方法研究

銀川能源學院電力學院 喬文娟 李 莉

【摘要】由于分布式發(fā)電存在間斷、復雜、變化多樣、穩(wěn)定性差等一系列的特點，為了保證微網(wǎng)的經(jīng)濟可靠運行，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，大量分布式發(fā)電并聯(lián)運行的時候，如何阻止環(huán)流、合理進行分配功率，并且怎樣實現(xiàn)分布式發(fā)電的并網(wǎng)運行，成為了現(xiàn)代電力領(lǐng)域最新關(guān)注的研究熱點。本文在研究微網(wǎng)多目標運行優(yōu)化控制研究的必要性的基礎(chǔ)上，重點研究了并網(wǎng)運行方式、孤島運行方式以及幾種多目標運行優(yōu)化算法。

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

引言

分布式發(fā)電系統(tǒng)指利用各種分散存在的能源進行發(fā)電的系統(tǒng)，直接布置在配電網(wǎng)或負荷附近，經(jīng)濟、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)濟運行［1］。分布式發(fā)電存在眾多優(yōu)點的同時，同樣也有缺點，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)以及用戶帶來的價值和效益，提出了微網(wǎng)（Microgrid ）的概念［2］。依靠電網(wǎng)的運行控制和能量管理這些關(guān)鍵技術(shù)，可以使得微網(wǎng)運行在并網(wǎng)或者是孤島運行。本文通過國內(nèi)外微電網(wǎng)技術(shù)的新方案和新進展，主要針對微電網(wǎng)的運行控制進行了研究。

1、微網(wǎng)多目標運行優(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)濟效益，微網(wǎng)概念應(yīng)運而生。為了提高微網(wǎng)運行的經(jīng)濟性、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)多目標運行優(yōu)化控制一直是微網(wǎng)領(lǐng)域研究的熱點。

2、并網(wǎng)運行方式

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

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，并且還有啟動快速、增減負荷快速一些優(yōu)點，所以優(yōu)先利用其機組出力，所包含冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)“以冷/熱定電”，由冷/熱負荷確定MT機組出力。

2.2 目標函數(shù)

當微網(wǎng)處于并網(wǎng)運行，目標函數(shù)為多目標優(yōu)化運行時，需要重點考慮分布式電源的技術(shù)性能、本地可以用到的能源資源、負荷需求量的多少、環(huán)境保護費用以及微電源的維護費用和運行費用等等。另一個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)的購電售電情況。依據(jù)此，建立的目標函數(shù)的形式為：

目標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)運行時的日電量成本包括三個部分即各微源的發(fā)電成本（計及燃料成本、運行維護成本）、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2：微電網(wǎng)運行產(chǎn)生的污染物對環(huán)境的影響成本F2最低。微電網(wǎng)并網(wǎng)運行時的環(huán)境成本包括各微源運行產(chǎn)生的環(huán)境成本和微網(wǎng)向外網(wǎng)購電的環(huán)境成本之和。因此，微網(wǎng)環(huán)境成本的函數(shù)為：

目標3：微電網(wǎng)各微源運行效率損失最低。運行效率的目標就是在滿足微網(wǎng)正常運行情況下，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償設(shè)備的投資，然后可以改變換流器自身控制參數(shù)獨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)達到最大值，取功率因數(shù)的倒數(shù)形式建立目標函數(shù)如下：

3、孤島運行方式

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

仍然優(yōu)先利用WT和PV的機組出力。聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)“以冷/熱定電”，由冷/熱負荷確定MT機組出力，根據(jù)建立的孤網(wǎng)運行方式下的優(yōu)化模型，優(yōu)化各各發(fā)電單元以及儲能單元的出力以此來滿足剩余負荷需要。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荷需要時，首先考慮切除不是關(guān)鍵的負荷，保證重要負荷能夠正常供電；當負荷需求仍然不能得到滿足時，可以根據(jù)關(guān)鍵負荷的重要程度，從低到高切除其中的一部分負荷。

3.2 目標函數(shù)

當微網(wǎng)系統(tǒng)運行在孤網(wǎng)方式下，此時不考慮與外部電網(wǎng)之間進行電能交易的問題，負荷需求完全應(yīng)該由系統(tǒng)內(nèi)部的微電源和儲能裝置來供應(yīng)。在滿足系統(tǒng)負荷需求和可靠性的前提下，使得系統(tǒng)的運行成本、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、負荷需求的大小、微電源的維護費用、運行費用和環(huán)保費用等等。

4、結(jié)論

微網(wǎng)的概念應(yīng)用而生以來，在國內(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、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，必定會在未來的電網(wǎng)中發(fā)揮一個重要的作用。

作者簡介：

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