考慮風光儲能的微電網日前經濟調度

楊秋爽，李厚蕾，王宇

（貴州大學電氣工程學院，貴州 貴陽 550025）

0 引言

微電網（Micro-Grid）日前經濟調度問題是指考慮電網的分時電價基礎上，對常規負荷、光伏出力、風機出力進行日前（未來24小時）預測，然后充分利用微網中的儲能等可調控手段，使微電網運行的經濟性最優[1-6]。

眾多學者對此做了大量研究，文獻［7］在考慮電價與負荷響應量相關性的基礎上,建立了以運行成本最低、可再生能源消納比例最高和用戶滿意度最好為目標的日前調度模型。文獻［8］針對微電網新能源出力不確定的問題,從并網型微電網運營商的角度提出一種供需協同兩階段日前優化調度框架來降低系統運營成本和風險。文獻［9］考慮風電功率以及可再生能源停運的不確定性，提出一種考慮風險的微電網日前隨機優化調度方法。文獻［10］以運行成本最小為優化目標、同時考慮儲能，提出了一種微電網日前調度調度模型。

本文在允許微電網與主網進行功率交互的前提下，研究了微電網在不同情況下的調度方法。最后，通過實際算例分析了各種情況下的微電網經濟優化運行方案。

1 微電網日前經濟調度模型

1.1 風光儲能不參與的模型

微網中儲能不作用，微電網與電網交換功率無約束，且無可再生能源，所以微電網中所需的電量只能從主網購買。這時候只需要滿足功率平衡約束即可。

目標函數見式子（1）

式中：W為全天總供電費用，為第i時段購電價格，為0.25小時，為第i時段與主網交換功率。96表示一天有96個時間刻。

約束見式子（2）：

式中：為第i時段與主網交換的功率，為第i時段的負荷功率，為第i時段風機功率，為第i時段光伏功率，為第i時段儲能（蓄電池）功率。

1.2 風光全額利用，儲能不參與的模型

微網中可再生能源全額利用，則若較負荷所需功率不足，不足部分向主網購買；若剩余，則剩余部分售賣給主網。則目標函數見式子（3）：

式中：風機購電成本，光伏購電價格，為狀態變量，當微電網向主網售電時為0，購電時為1。為微電網向主網購電價格，為微電網向主網售電價格。

功率平衡約束見式子（4）：

1.3 允許棄風、棄光，儲能不參與模型

即光伏和風機可以全部舍棄，舍棄部分。

光伏和風機可以全部舍棄或舍棄部分。同時微電網與主網交換功率有約束。

目標函數仍為式子（3）

約束見式子（5）：

1.4 允許棄風、棄光，儲能參與模型

蓄電池的荷電狀態應滿足上下限約束，同時蓄電池的單位時間蓄電池充放電功率也有上下限。微電網與主網功率交換有約束，風光可以舍棄。在此種情況下：目標函數見式子（6）。

約束見式子（7）：

2 算例

2.1 算例介紹

一個含有風機、光伏、蓄電池以及常規負荷的微電網系統見示意圖1。

圖1 微網系統結構

風機的裝機容量 250kW，發電成本 0.52 元/kWh。光伏的裝機容量 150kW，發電成本 0.75 元/kWh。蓄電池額定容量為 300 kWh，電池 SOC 運行范圍 為[0.3,0.95]，初始 SOC 值為 0.4，由充電至放電成本為 0.2 元/kWh。微網與電網允許交換功率不超過 150kW。一天的售電和購電價格見表1。

表1 售電和購電價格

風機出力、光伏出力、常規負荷日前（未來24小時）預測見圖2。

圖2 負荷、風機、光伏出力預測圖

2.2 無儲能參與模型求解

無儲能參與包括（無風光、風光全額利用、風光可棄）三種情況。

（1）在無風光情況下：微電網所需功率全部來自主網，功率等于負荷，在已知負荷和分時電價情況下，可以直接相乘求解。（2）在風光全額利用情況下：風機出力、光伏出力以及它們的發電成本已知，可以直接求得風機、光伏的購電成本。通過式子（4）可以直接求得,同時利用分時電價可以求得微電網與主網交換成本。最后可以求得總的供電費用=風機購電成本+光伏購電成本+微電網與主網購電成本。（3）風光可棄的情況下：由于風機功率、光伏功率、微電網與主網交換功率都是可變的，故直接相乘得不到結果，但可以通過線性規劃[15-16]來求解。

2.3 允許棄風、棄光，儲能參與模型求解

此問題是個全局最優問題，分析此問題，發現很難直接轉化到為求解每一步最優問題（要使每一步都最優，儲能得一直放電，顯然不可能）。

為使負荷供電成本最低，應令蓄電池帶來的放電收入與充電成本之差最大，在可再生能源供電充足時，蓄電池的放電收入等于售電價格，充電成本為可再生能源發電成本+0.2(因為無需從主網購電），在供電不充足時放電收入等于購電價格，充電成本為購電價格+0.2（這時需要從主網購電）。得到蓄電池各個時段購電售電價格見表2。從表2中可以知道盡量在充電成本為0.45元/kWh時充電，在售電收入為0.82元/kWh時放電。

表2 蓄電池售電和購電價格

分析實時價格，可以知道當可再生能源發電價格小于電網售價時，可再生能源全部不棄；當可再生能源發電價格大于電網購價時，可再生能源全部棄。當可再生能源發電價格大于電網電網售價小于電網購價時，全部自給（不能多發，全部用于負荷）。

綜上所述，可以知道蓄電池售電購電策略見表3：

表3 各時段風機光伏蓄電池狀態表

根據表3蓄電池狀態，同時結合功率平衡等約束條件，可以編寫大量的if else判斷語句確定蓄電池的實時功率。得到的蓄電池荷電soc圖見圖3。

圖3 蓄電池荷電soc圖

在確定好蓄電池的實時功率后，式子（6）中的蓄電池從充電到放電的成本 變為常數，式子（7）中的儲能約束消失不見。 問題求解變得和允許棄風、棄光，無儲能參與模型求解方法一樣（從全局最優問題變為求解每一步最優問題），這時可以用線性規劃求解。

2.4 結果分析對比

得到各個模型的供電構成見圖4，全天總供電成本對比見表4。

圖4 各個模型的供電構成圖

3 結語

從本文四個方案中可以看出，在允許棄風、棄光、儲能參與的情況下，經濟性最優。盲目加入可再生能源（風光全額利用）反而會使成本升高。科學合理的調度方案就是：在保證電能質量情況下，合理設置總供電成本和可再生能源充分利用的權重。使得綜合成本最低。