分布式發(fā)電與微網(wǎng)系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化與控制探討

蔡勇超

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局，佛山 528000）

1 分布式發(fā)電

1.1 分布式發(fā)電概念

分布式發(fā)電（distributed generation，簡(jiǎn)稱(chēng)DG）的概念可簡(jiǎn)單論述為：在配電系統(tǒng)中和發(fā)電設(shè)施周?chē)惭b某些設(shè)備，使其能夠穩(wěn)定、高效、安全、經(jīng)濟(jì)、清潔的發(fā)電。分布式電源是分布式發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電設(shè)施的簡(jiǎn)稱(chēng)，其主要分類(lèi)是光伏發(fā)電源、微型燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)力發(fā)電源、燃料電池、儲(chǔ)能裝置等。

1.2 分布式電源的數(shù)學(xué)模型

微網(wǎng)系統(tǒng)中每個(gè)設(shè)備和環(huán)節(jié)的變量因素對(duì)運(yùn)作時(shí)產(chǎn)生的電量都存在各種影響，換句話(huà)說(shuō)，這些變量因素直接影響微網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)作和有效控制。

1.2.1 風(fēng)力發(fā)電

在能量守恒定律以及空氣動(dòng)力原理的指導(dǎo)下，風(fēng)機(jī)葉片的機(jī)械能是由風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換而來(lái)的，其公式如下：

式中，A=πR2wt代表風(fēng)機(jī)葉片掃過(guò)的面積；Rwt代表風(fēng)輪機(jī)葉片的半徑；ρ為代表標(biāo)準(zhǔn)情況下空氣的密度；ν代表風(fēng)的速度；Cp代表風(fēng)能利用系數(shù)。

1.2.2 微型燃?xì)廨啓C(jī)

微型燃?xì)廨啓C(jī)是一種幾十到幾百千瓦發(fā)電容量的小功率發(fā)電裝置，它的發(fā)電原料一般采用天然氣，是當(dāng)今社會(huì)最具有商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、最為成熟的分布式發(fā)電技術(shù)之一。

微型燃?xì)廨啓C(jī)不管是在遠(yuǎn)距離郊區(qū)或是在城區(qū)都能安裝使用，且具有運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、造型輕便和環(huán)境污染小等特點(diǎn)。微型燃?xì)廨啓C(jī)不單單能夠制造電能，還能同時(shí)提供冷、熱負(fù)荷，冷、熱能供給，所以根據(jù)此種特性，目前研究出了“以電定熱”和“以熱定電”兩種運(yùn)行方式以針對(duì)微型燃?xì)廨啓C(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。其中“以熱定電”是指熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)熱能負(fù)荷的需求被優(yōu)先滿(mǎn)足，而作為其附屬品電能，當(dāng)電能負(fù)荷需求無(wú)法滿(mǎn)足時(shí)，就必須通過(guò)向大電網(wǎng)購(gòu)電的途徑來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題；“以電定熱”是指熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)用電負(fù)荷的需求被優(yōu)先滿(mǎn)足，而作為其附屬品熱能，當(dāng)熱能負(fù)荷需求無(wú)法滿(mǎn)足時(shí)，就必須通過(guò)補(bǔ)燃余熱鍋爐的方式來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

1.2.3 光伏發(fā)電

跟風(fēng)能一樣，太陽(yáng)能是永不枯竭的最為豐富的可利用能源。光伏發(fā)電是太陽(yáng)光直射太陽(yáng)電池的時(shí)候，光伏效應(yīng)從而產(chǎn)生，故將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為直流的電能。它主要有無(wú)污染、便于維護(hù)、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。光伏發(fā)電可以對(duì)太陽(yáng)能直接利用，在光伏發(fā)電機(jī)組中，最基本的太陽(yáng)能光伏發(fā)電元件就是太陽(yáng)能電池。

風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)的出力模型比較相似，環(huán)境因素（主要為溫度環(huán)境及太陽(yáng)輻射強(qiáng)度等因素）對(duì)其出力大小的影響也是很大的。用以描述光伏發(fā)電機(jī)組出力的典型模型目前有：光伏功率輸出TRW模型與最大功率跟蹤導(dǎo)納增量模型。

圖1 微型燃?xì)廨啓C(jī)的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)示意圖

2 微網(wǎng)多目標(biāo)優(yōu)化運(yùn)行建模指標(biāo)

微網(wǎng)系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化的概念是指既要滿(mǎn)足冷、熱電荷的需求量，又要及時(shí)調(diào)整微網(wǎng)系統(tǒng)中分布式電源的出力情況，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的高效利用、成本的降低、污染排放量的減小，是研究微網(wǎng)系統(tǒng)的主要問(wèn)題之一。在大力提倡環(huán)保的大背景下，我國(guó)已成為以“低碳調(diào)度”為主、“經(jīng)濟(jì)調(diào)度”、“市場(chǎng)調(diào)度”為輔的電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)。

2.1 環(huán)境指標(biāo)

近幾年，溫室效應(yīng)的增強(qiáng)，使其成為最主要的環(huán)境問(wèn)題之一，各國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的研究都著重于怎樣減少CO2等引起氣溫升高的氣體的排放量。所謂的“節(jié)能減排”中的“減排”不僅是指減少污染物的排放，也是指減少CO2等氣體的排放。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在全國(guó)總CO2排放量中，其中有39%左右是由發(fā)電排放而產(chǎn)生的。所以，微網(wǎng)系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化與控制中又包括CO2的排放量，“低碳調(diào)度”正是由此而來(lái)。

2.2 技術(shù)指標(biāo)

在微網(wǎng)系統(tǒng)中，DG的類(lèi)別多種多樣，各自具有獨(dú)特的運(yùn)行原理和能耗模式，所以在建立微網(wǎng)系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化與控制時(shí)，也要掌握DG的出力情況以及確定微網(wǎng)與各大電網(wǎng)之間的最優(yōu)交互功率。

2.3 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)可再生資源的有效利用，輸出“綠色電力”，響應(yīng)國(guó)家“節(jié)能減排”的號(hào)召，對(duì)發(fā)電成本以及排放成本的考慮是非常有必要的。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有利于電力市場(chǎng)正常有序、持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行。

綜上所述，本文建立的微網(wǎng)系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化與控制的指標(biāo)主要包括“低碳調(diào)度”、降低CO2的排放量、成本節(jié)約、最優(yōu)交互功率以及DG的出力情況等，以此進(jìn)行建模。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文主要介紹了分布式發(fā)電的概念以及分布式電源的種類(lèi)、微網(wǎng)多目標(biāo)優(yōu)化運(yùn)行建模過(guò)程中需要考慮的主要指標(biāo)。望讀者能夠得到啟發(fā)，為微網(wǎng)和分布式發(fā)電日后的研究發(fā)展起到一定的作用。