考慮風(fēng)光儲(chǔ)能的微電網(wǎng)日前經(jīng)濟(jì)調(diào)度

楊秋爽，李厚蕾，王宇

（貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025）

0 引言

微電網(wǎng)（Micro-Grid）日前經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題是指考慮電網(wǎng)的分時(shí)電價(jià)基礎(chǔ)上，對(duì)常規(guī)負(fù)荷、光伏出力、風(fēng)機(jī)出力進(jìn)行日前（未來24小時(shí)）預(yù)測(cè)，然后充分利用微網(wǎng)中的儲(chǔ)能等可調(diào)控手段，使微電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)[1-6]。

眾多學(xué)者對(duì)此做了大量研究，文獻(xiàn)［7］在考慮電價(jià)與負(fù)荷響應(yīng)量相關(guān)性的基礎(chǔ)上,建立了以運(yùn)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(biāo)的日前調(diào)度模型。文獻(xiàn)［8］針對(duì)微電網(wǎng)新能源出力不確定的問題,從并網(wǎng)型微電網(wǎng)運(yùn)營商的角度提出一種供需協(xié)同兩階段日前優(yōu)化調(diào)度框架來降低系統(tǒng)運(yùn)營成本和風(fēng)險(xiǎn)。文獻(xiàn)［9］考慮風(fēng)電功率以及可再生能源停運(yùn)的不確定性，提出一種考慮風(fēng)險(xiǎn)的微電網(wǎng)日前隨機(jī)優(yōu)化調(diào)度方法。文獻(xiàn)［10］以運(yùn)行成本最小為優(yōu)化目標(biāo)、同時(shí)考慮儲(chǔ)能，提出了一種微電網(wǎng)日前調(diào)度調(diào)度模型。

本文在允許微電網(wǎng)與主網(wǎng)進(jìn)行功率交互的前提下，研究了微電網(wǎng)在不同情況下的調(diào)度方法。最后，通過實(shí)際算例分析了各種情況下的微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行方案。

1 微電網(wǎng)日前經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型

1.1 風(fēng)光儲(chǔ)能不參與的模型

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

目標(biāo)函數(shù)見式子（1）

式中：W為全天總供電費(fèi)用，為第i時(shí)段購電價(jià)格，為0.25小時(shí)，為第i時(shí)段與主網(wǎng)交換功率。96表示一天有96個(gè)時(shí)間刻。

約束見式子（2）：

式中：為第i時(shí)段與主網(wǎng)交換的功率，為第i時(shí)段的負(fù)荷功率，為第i時(shí)段風(fēng)機(jī)功率，為第i時(shí)段光伏功率，為第i時(shí)段儲(chǔ)能（蓄電池）功率。

1.2 風(fēng)光全額利用，儲(chǔ)能不參與的模型

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

式中：風(fēng)機(jī)購電成本，光伏購電價(jià)格，為狀態(tài)變量，當(dāng)微電網(wǎng)向主網(wǎng)售電時(shí)為0，購電時(shí)為1。為微電網(wǎng)向主網(wǎng)購電價(jià)格，為微電網(wǎng)向主網(wǎng)售電價(jià)格。

功率平衡約束見式子（4）：

1.3 允許棄風(fēng)、棄光，儲(chǔ)能不參與模型

即光伏和風(fēng)機(jī)可以全部舍棄，舍棄部分。

光伏和風(fēng)機(jī)可以全部舍棄或舍棄部分。同時(shí)微電網(wǎng)與主網(wǎng)交換功率有約束。

目標(biāo)函數(shù)仍為式子（3）

約束見式子（5）：

1.4 允許棄風(fēng)、棄光，儲(chǔ)能參與模型

蓄電池的荷電狀態(tài)應(yīng)滿足上下限約束，同時(shí)蓄電池的單位時(shí)間蓄電池充放電功率也有上下限。微電網(wǎng)與主網(wǎng)功率交換有約束，風(fēng)光可以舍棄。在此種情況下：目標(biāo)函數(shù)見式子（6）。

約束見式子（7）：

2 算例

2.1 算例介紹

一個(gè)含有風(fēng)機(jī)、光伏、蓄電池以及常規(guī)負(fù)荷的微電網(wǎng)系統(tǒng)見示意圖1。

圖1 微網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

風(fēng)機(jī)的裝機(jī)容量 250kW，發(fā)電成本 0.52 元/kWh。光伏的裝機(jī)容量 150kW，發(fā)電成本 0.75 元/kWh。蓄電池額定容量為 300 kWh，電池 SOC 運(yùn)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(wǎng)與電網(wǎng)允許交換功率不超過 150kW。一天的售電和購電價(jià)格見表1。

表1 售電和購電價(jià)格

風(fēng)機(jī)出力、光伏出力、常規(guī)負(fù)荷日前（未來24小時(shí)）預(yù)測(cè)見圖2。

圖2 負(fù)荷、風(fēng)機(jī)、光伏出力預(yù)測(cè)圖

2.2 無儲(chǔ)能參與模型求解

無儲(chǔ)能參與包括（無風(fēng)光、風(fēng)光全額利用、風(fēng)光可棄）三種情況。

（1）在無風(fēng)光情況下：微電網(wǎng)所需功率全部來自主網(wǎng)，功率等于負(fù)荷，在已知負(fù)荷和分時(shí)電價(jià)情況下，可以直接相乘求解。（2）在風(fēng)光全額利用情況下：風(fēng)機(jī)出力、光伏出力以及它們的發(fā)電成本已知，可以直接求得風(fēng)機(jī)、光伏的購電成本。通過式子（4）可以直接求得,同時(shí)利用分時(shí)電價(jià)可以求得微電網(wǎng)與主網(wǎng)交換成本。最后可以求得總的供電費(fèi)用=風(fēng)機(jī)購電成本+光伏購電成本+微電網(wǎng)與主網(wǎng)購電成本。（3）風(fēng)光可棄的情況下：由于風(fēng)機(jī)功率、光伏功率、微電網(wǎng)與主網(wǎng)交換功率都是可變的，故直接相乘得不到結(jié)果，但可以通過線性規(guī)劃[15-16]來求解。

2.3 允許棄風(fēng)、棄光，儲(chǔ)能參與模型求解

此問題是個(gè)全局最優(yōu)問題，分析此問題，發(fā)現(xiàn)很難直接轉(zhuǎn)化到為求解每一步最優(yōu)問題（要使每一步都最優(yōu)，儲(chǔ)能得一直放電，顯然不可能）。

為使負(fù)荷供電成本最低，應(yīng)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(shí)，蓄電池的放電收入等于售電價(jià)格，充電成本為可再生能源發(fā)電成本+0.2(因?yàn)闊o需從主網(wǎng)購電），在供電不充足時(shí)放電收入等于購電價(jià)格，充電成本為購電價(jià)格+0.2（這時(shí)需要從主網(wǎng)購電）。得到蓄電池各個(gè)時(shí)段購電售電價(jià)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(shí)充電，在售電收入為0.82元/kWh時(shí)放電。

表2 蓄電池售電和購電價(jià)格

分析實(shí)時(shí)價(jià)格，可以知道當(dāng)可再生能源發(fā)電價(jià)格小于電網(wǎng)售價(jià)時(shí)，可再生能源全部不棄；當(dāng)可再生能源發(fā)電價(jià)格大于電網(wǎng)購價(jià)時(shí)，可再生能源全部棄。當(dāng)可再生能源發(fā)電價(jià)格大于電網(wǎng)電網(wǎng)售價(jià)小于電網(wǎng)購價(jià)時(shí)，全部自給（不能多發(fā)，全部用于負(fù)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(shí)段風(fēng)機(jī)光伏蓄電池狀態(tài)表

根據(jù)表3蓄電池狀態(tài)，同時(shí)結(jié)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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)功率后，式子（6）中的蓄電池從充電到放電的成本 變?yōu)槌?shù)，式子（7）中的儲(chǔ)能約束消失不見。 問題求解變得和允許棄風(fēng)、棄光，無儲(chǔ)能參與模型求解方法一樣（從全局最優(yōu)問題變?yōu)榍蠼饷恳徊阶顑?yōu)問題），這時(shí)可以用線性規(guī)劃求解。

2.4 結(jié)果分析對(duì)比

得到各個(gè)模型的供電構(gòu)成見圖4，全天總供電成本對(duì)比見表4。

圖4 各個(gè)模型的供電構(gòu)成圖

3 結(jié)語

從本文四個(gè)方案中可以看出，在允許棄風(fēng)、棄光、儲(chǔ)能參與的情況下，經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。盲目加入可再生能源（風(fēng)光全額利用）反而會(huì)使成本升高?？茖W(xué)合理的調(diào)度方案就是：在保證電能質(zhì)量情況下，合理設(shè)置總供電成本和可再生能源充分利用的權(quán)重。使得綜合成本最低。