市場環(huán)境下的微網(wǎng)控制研究

【摘 要】電力市場的結(jié)構(gòu)調(diào)整已對分布式電源在電網(wǎng)發(fā)展起到積極作用。微網(wǎng)包含各種分布式電源（DG），儲能設備及可控負荷的低壓配電網(wǎng)。作為一個可控的系統(tǒng)，微網(wǎng)既可以并網(wǎng)也可以孤網(wǎng)運行。本文描述了微網(wǎng)并網(wǎng)運行優(yōu)化所需的中央控制器的主要功能。優(yōu)化是通過將本地分布式電源的出力和與主配網(wǎng)的功率交換最大化實現(xiàn)的。

【關(guān)鍵詞】微網(wǎng);分布式發(fā)電;市場;需求側(cè)競價;安全

1、典型微網(wǎng)控制策略

為使微網(wǎng)以可調(diào)節(jié)方式運行，有必要進行分散控制以實現(xiàn)微源及中壓饋線的供需平衡。從完全分散控制到集中控制，分散控制可分為幾個不同的級別。

（1）完全分散控制

所謂完全分散控制，是指在考慮市場電價的基礎上，各微源控制器相互競爭以求向主網(wǎng)提供可能的最大出力從而滿足用戶需求。該方式基于配網(wǎng)多代理技術(shù)，后者解決了微網(wǎng)控制中許多具體的運行問題。首先，不同微源可能屬于不同的所有者，這樣許多控制就必須就地解決，給集中控制帶來困難。其次，微網(wǎng)要在市場中運行，這就要求參與市場的每個單元的控制器的動作具有一定的智能性。最后，除了向主網(wǎng)售電外，DG還有其他任務：給本地裝置供熱，維持本地電壓在一定水平或者在主網(wǎng)停電時為當?shù)刂匾摵晒╇姟＿@些任務都說明了分散控制及孤網(wǎng)運行能力的重要性。

完全分散控制需注意以下幾點：

1）沒有必要給配網(wǎng)操作員發(fā)送運行規(guī)劃，與主網(wǎng)交換的能量的限值只取決于裝置本身的技術(shù)約束。

2）微網(wǎng)多代理系統(tǒng)中只需要增加一個附加的監(jiān)控代理，這個監(jiān)控代理的主要工作是記錄下微電源的競價和能量的流動。只有當處理在監(jiān)控代理中被記錄并且這對避免雙重隔離復合是非常重要的時候，一個處理才有效。在市場運作中，它的主要工作是為每個負荷和單元建立最終的清單。

（2）分層控制

為了從微網(wǎng)獲得最大的利潤，把微電源整合進大電網(wǎng)是非常重要的，并且它們與大電網(wǎng)網(wǎng)絡的關(guān)系將會有助于系統(tǒng)整體最優(yōu)運行。為了達到這個目的，本文采用了一個由3個主要的控制層組成的分層的控制結(jié)構(gòu)，該控制結(jié)構(gòu)包括一下幾個部分：

現(xiàn)場微電源控制器（MC）和負荷控制器（LC）

微網(wǎng)系統(tǒng)中央控制器

配網(wǎng)管理系統(tǒng)

微電源控制器（MC）采用現(xiàn)場信息去控制電壓和瞬態(tài)下的微網(wǎng)頻率。當連接到電網(wǎng)時，微電源控制器會遵循微網(wǎng)系統(tǒng)中央控制器的要求，并且擁有自主權(quán)去完成微電源有功和無功生產(chǎn)的最優(yōu)化，和實現(xiàn)在孤島情況下快速的負荷跟蹤功能。現(xiàn)場微負荷控制器（LC）安裝在可控負荷上，基于需求側(cè)管理策略或者甩負荷指令，根據(jù)微網(wǎng)系統(tǒng)中央控制器的指令提供負荷控制。

微網(wǎng)系統(tǒng)中央控制器負責微電網(wǎng)值的最大化和微電網(wǎng)的最優(yōu)化運行。它利用了市場電價和需求側(cè)管理需求來決定微電網(wǎng)應該從分散系統(tǒng)中接受電能的量，實現(xiàn)現(xiàn)場生產(chǎn)力最優(yōu)化。它可能采用簡單的負荷預測（電能和可能的熱能）和電量生產(chǎn)力的預測手段。通過發(fā)送控制信號到現(xiàn)場，定義的最優(yōu)生產(chǎn)狀態(tài)可以通過控制微電源和在微電網(wǎng)中可控負荷而達到。在這個框架下，非臨界，可控的負荷可以在需要的時候被甩負荷。這些技術(shù)可以等同于互聯(lián)電網(wǎng)的二次控制。

(3)配網(wǎng)操作員

配電網(wǎng)絡操控器（DNO）負責那些存在多于一個微電網(wǎng)的中低電壓的運行。此外，一個或多個市場控制器（MO）負責特定區(qū)域的市場功能。

2、微網(wǎng)系統(tǒng)中央控制器的總體結(jié)構(gòu)

描述微網(wǎng)系統(tǒng)中央控制器的一個可能的操作。假設微網(wǎng)系統(tǒng)中央控制器如市場控制器一樣工作。現(xiàn)場控制器(MC)會考慮微電源的運行成本和由微網(wǎng)系統(tǒng)中央控制器提供的市場價格，從而給微網(wǎng)系統(tǒng)中央控制器發(fā)送要求并且進行生產(chǎn)限制。這些要求在接下來的幾小時中每15分鐘產(chǎn)生一次，所謂的有界優(yōu)化問題。微網(wǎng)系統(tǒng)中央控制器考慮了一下幾個方面：

市場價格

微電源的競價

生產(chǎn)限制

需求側(cè)競價對“低”和“高”優(yōu)先級負荷的需求

同時微網(wǎng)系統(tǒng)中央控制器解決了最優(yōu)化問題。

在最優(yōu)化過程完成以后，微網(wǎng)系統(tǒng)中央控制器向現(xiàn)場控制器發(fā)送：

市場價格

對有功和無功功率的設定值

根據(jù)遵循的需求側(cè)競價選擇，負荷會被甩掉或者送達。

3、市場方面

假定2個市場策略：在第一個策略中，當經(jīng)濟有利，并且不向分散電網(wǎng)輸送能量時，微網(wǎng)系統(tǒng)中央控制器旨在通過利用它的現(xiàn)場生產(chǎn)能力來滿足現(xiàn)場能量需求。對于整理的分散系統(tǒng)運行，這樣的行為是有利的，因為高電價出現(xiàn)在需求高峰期，微電網(wǎng)通過部分或者全部供應它的能源緩解可能的網(wǎng)絡阻塞。從最終用戶觀點，微網(wǎng)系統(tǒng)中央控制器微電網(wǎng)的操作成本，考慮了市場價格，需求和分布式發(fā)電的競價。微電網(wǎng)的最終用戶享受了低廉的運行費用的優(yōu)惠。

在這個情況下，給微網(wǎng)系統(tǒng)中央控制器提供了：

電價市場價格

電量的需求，很可能是一個短期負荷預測工具的結(jié)果。

微型發(fā)電機的競價

微網(wǎng)系統(tǒng)中央控制器使整個微電網(wǎng)在每一個15分鐘間隔之內(nèi)的能量損耗最小，它受到了有功無功平衡，每個發(fā)電機單元和電網(wǎng)的P-Q曲線，每個單元的技術(shù)限制等等一些限制。

在第二個策略中，微電網(wǎng)加入分散區(qū)域的能量市場，買賣電網(wǎng)的有功和無功功率，這個過程很可能是通過聚合器或者類似的能源提供商。根據(jù)這個策略，微網(wǎng)系統(tǒng)中央控制器試著讓微電網(wǎng)的價值最大化，比如通過和電網(wǎng)交換能量，最大化相應聚合器的收入。最終用戶以市場價格支付他們消耗的有功和無功電量。微電網(wǎng)就像一個可以緩解可能網(wǎng)絡阻塞的發(fā)電機，不僅在微電網(wǎng)自身，并且也通過輸送能量到分散網(wǎng)絡中臨近的反饋者。為微網(wǎng)系統(tǒng)中央控制器提供了：

買賣給電網(wǎng)的市場價格。施加給微電網(wǎng)中消費的統(tǒng)一價格。

能量的供應，很可能是一個短期負荷預測工具的結(jié)果。

每個相應的微電源的競價。

允許與電網(wǎng)交換能量的最大值。這可以是，比如與一些聚合器的契約許可或者與電網(wǎng)互聯(lián)線的物理限制。

在這個情況下，顯示微電網(wǎng)最大價值的目標函數(shù)（這個目標函數(shù)表達為收入和支出的差值）受到前面那個策略相似的約束并且加上和互聯(lián)能力有關(guān)的約束和可能與聚合器有功功率的約束。在2個策略中，需求側(cè)競價或者電能質(zhì)量問題可以被包含在優(yōu)化步驟中。

4、結(jié)語

本文對可以有效參與未來實時市場的微網(wǎng)系統(tǒng)中央控制器進行了描述?？紤]了來自于分散生產(chǎn)源和負荷的開放市場價格和競價。這使得我們可以對微網(wǎng)中微電源實現(xiàn)協(xié)調(diào)管理，從而實現(xiàn)降低它們的運行成本并且讓我們可預見微網(wǎng)在未來電力系統(tǒng)中的前景。

參考文獻

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