多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)能量管理方法研究

宋峰

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國的電網(wǎng)建設(shè)越來越多，微電網(wǎng)技術(shù)得到了快速發(fā)展。一定區(qū)域范圍內(nèi)的多個微電網(wǎng)能夠互聯(lián)互供滿足區(qū)域供電需求，催生了多微電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展。多微電網(wǎng)系統(tǒng)是微電網(wǎng)的延伸和深化，對多微電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行合理有效的管理成為解決微電網(wǎng)規(guī)模化運(yùn)行的關(guān)鍵問題。多微電網(wǎng)存在著較多的分布式電源，風(fēng)、光出力的不確定性也將影響到多微電網(wǎng)的運(yùn)行。引入了考慮風(fēng)、光不確定性的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)魯棒優(yōu)化模型。通過列約束生成算法（C&CG）對雙層魯棒優(yōu)化問題進(jìn)行求解。通過算例仿真，驗證了所提微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)能量管理方法的有效性。

【關(guān)鍵詞】多微電網(wǎng)；能量管理；不確定性；雙層優(yōu)化；魯棒優(yōu)化

引言

網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)作為信息交換技術(shù)的重要基礎(chǔ)，已經(jīng)將人與人的通信發(fā)展到了人與物以及物與物之間的通信，并逐漸趨向于從縱向的局部物與物互聯(lián)轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^物聯(lián)網(wǎng)橫向的跨地區(qū)，跨應(yīng)用之間的聯(lián)接。而物聯(lián)網(wǎng)中的龐大的數(shù)據(jù)信息處理則就要依靠強(qiáng)大的云計算服務(wù)。云計算充分利用了互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)奶匦?，將原有個人計算機(jī)或服務(wù)器完成的數(shù)據(jù)處理過程轉(zhuǎn)移到與互聯(lián)網(wǎng)互相連接的網(wǎng)上計算機(jī)集群中，從而使得超級計算能力通過互聯(lián)網(wǎng)自由流通成為可能。

1多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

多微電網(wǎng)系統(tǒng)主要由以下各單元組成。1）分布式發(fā)電單元（DG）。多微電網(wǎng)系統(tǒng)中的分布式電源通常是可再生能源，如：風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電。在研究過程中需要考慮到其不確定性對系統(tǒng)運(yùn)行的影響。2）負(fù)荷。負(fù)荷在不同的場景中存在著波動變化。在考慮負(fù)荷模型時，需要在基于預(yù)測值的基礎(chǔ)上，考慮其隨機(jī)波動。3）儲能系統(tǒng)。在多微電網(wǎng)系統(tǒng)中，儲能系統(tǒng)承擔(dān)著削峰填谷，平抑波動的任務(wù)。為了提高儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，需要采用合理有效的能量管理方法，減少儲能的壽命損耗。同時，各個微電網(wǎng)間的儲能系統(tǒng)應(yīng)該協(xié)同運(yùn)行，以實現(xiàn)多微電網(wǎng)系統(tǒng)間穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。4）柴油發(fā)電機(jī)。多微電網(wǎng)系統(tǒng)處于并網(wǎng)運(yùn)行模式時，柴油發(fā)電機(jī)通常作為備用電源，用來提高系統(tǒng)供電可靠性；處于離網(wǎng)狀態(tài)時，柴油發(fā)電機(jī)能夠穩(wěn)定供電，以平抑風(fēng)、光發(fā)電不確定性帶來的影響。

2涉及到的關(guān)鍵技術(shù)

（1）Radio Frequency Identification

RFID具有高速移動讀寫、讀寫距離遠(yuǎn)、信息容量大、能全方位穿透性讀取、在惡劣環(huán)境下仍可讀取、可同時識別多個對象等特點(diǎn)，因此被認(rèn)為是當(dāng)前最有發(fā)展前途的信息技術(shù)。RFID良好的功能特性，滿足了當(dāng)今社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對商品的高效處理。作為快速、實時、準(zhǔn)確采集與處理信息的的高新技術(shù)，目前被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、零售、物流各個行業(yè)，并逐漸成為實現(xiàn)企業(yè)管理信息化、增強(qiáng)企業(yè)核心競爭力不可或缺的技術(shù)工具和手段。

（2）無線傳輸技術(shù)

短距離的無線通信就非常適合感知延伸組網(wǎng)和應(yīng)用這一特性。目前，主流的低功耗短距離的無線通信技術(shù)主要包括Zigbee，Wi-Fi等技術(shù)。Zigbee是一種新興的短距離無線通信技術(shù)，由于其通信速率較低，通信范圍小，因此適用于數(shù)據(jù)流量較小的業(yè)務(wù)，普遍應(yīng)用于自動控制、傳感、和遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域。Zigbee之所以能在這些領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，是因為其具備低功耗、低成本、近距離、延時短、高容量、安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。Wi-Fi是一種將個人電腦、手持終端設(shè)備以無線方式接入互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)。它為用戶提供了無線的寬帶互聯(lián)網(wǎng)訪問，能夠使用戶在家中、辦公室以及旅途中自由的訪問電子郵件、web以及流媒體。

（3）傳感網(wǎng)

傳感網(wǎng)由大量部署在作用區(qū)域內(nèi)具有無線通信與計算能力的微小傳感器節(jié)點(diǎn)，通過自組織方式構(gòu)成自主完成指定任務(wù)的分布式、智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。能夠?qū)崿F(xiàn)對任意地點(diǎn)信息在任意時間的采集，處理和分析。這其中包括了無線傳感器接入技術(shù)、無線傳感網(wǎng)路由技術(shù)、無線傳感網(wǎng)拓?fù)淇刂萍夹g(shù)等。

（4）云計算

1）分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)。分布式數(shù)據(jù)存儲技術(shù)是指在對云存儲中的不同存儲設(shè)備、應(yīng)用程序以及服務(wù)中運(yùn)用網(wǎng)格存儲技術(shù)、分布式文件系統(tǒng)等多種技術(shù)實現(xiàn)云存儲中的數(shù)據(jù)存儲。2）存儲加密技術(shù)。云存儲中的存儲加密技術(shù)主要包括以下四種：①全盤加密技術(shù)：對所有的實時傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密的技術(shù)；②虛擬磁盤加密技術(shù)：在存放數(shù)據(jù)前首先建立起一個加密的磁盤空間，通過這個加密的磁盤空間來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)加密；③卷加密技術(shù)：指對卷上所有數(shù)據(jù)進(jìn)行加密的技術(shù)；④文件與目錄加密技術(shù)：指對單個或者多個的文件以及目錄進(jìn)行加密的技術(shù)。通過以上數(shù)據(jù)加密技術(shù)，充分保護(hù)了企業(yè)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)安全。3）重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)。此技術(shù)是指通過刪除運(yùn)算，消除云存儲數(shù)據(jù)中的冗余文件、數(shù)據(jù)塊或字節(jié)信息，以保證這些數(shù)據(jù)在云存儲系統(tǒng)中是唯一的。4）虛擬化技術(shù)。虛擬化技術(shù)成功的將應(yīng)用軟件與底層硬件隔離開來，這種隔離包括兩種模式：一、將單獨(dú)的一個資源劃分為多個虛擬資源的分裂模式；二、將多個有效資源整合成一個虛擬資源的聚合模式。虛擬化技術(shù)根據(jù)應(yīng)用對象的不同又可劃分為多種不同的技術(shù)，包括虛擬化數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、虛擬化計算技術(shù)、虛擬化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等等。虛擬化計算技術(shù)根據(jù)應(yīng)用對象級的不同又可分為系統(tǒng)級虛擬化、應(yīng)用級虛擬化和桌面虛擬化。

3多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)能量管理分析

基于微電網(wǎng)能量管理模型，對微電網(wǎng)進(jìn)行仿真計算，首先分析各個微電網(wǎng)未組成互聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)行時的成本費(fèi)用。通過圖1可知：微電網(wǎng)M1配置的風(fēng)機(jī)、光伏容量較高，發(fā)電量最大，與此同時，M1微電網(wǎng)作為負(fù)荷中心網(wǎng)，也具有最大的負(fù)荷量。M1微電網(wǎng)在時段7到時段40，時段61到時段88內(nèi)可再生能源發(fā)電量小于負(fù)荷，總計56時段。根據(jù)其他發(fā)電單元的經(jīng)濟(jì)性，微電網(wǎng)將優(yōu)先開啟儲能以彌補(bǔ)發(fā)電不足，其次，微電網(wǎng)將通過電網(wǎng)購電來彌補(bǔ)功率缺額，但由于微電網(wǎng)需要具有一定的自治性，所以通過電網(wǎng)的購電量需要小于限制值。柴油發(fā)電機(jī)通常為備用電源，具有最差的經(jīng)濟(jì)性，因此最后開啟。M2微電網(wǎng)的具有較小的負(fù)荷容量，可再生能源將發(fā)電量也只在時段66到時段73，時段82到時段87小于負(fù)荷，發(fā)電量最小值為-11，通過開啟儲能和購電即能平抑。由于M2微電網(wǎng)凈發(fā)電量較大，因此能夠通過售電獲得收益，運(yùn)行費(fèi)用為負(fù)。根據(jù)表1的結(jié)果可知，微電網(wǎng)M1在一些時刻凈發(fā)電量為負(fù)，需要通過購電來彌補(bǔ)不足，而微電網(wǎng)M2的凈發(fā)電量則在大多數(shù)時刻為正，并能夠通過售電獲取收益。M1微電網(wǎng)在80個調(diào)度時間段內(nèi)，均需要通過電網(wǎng)購電來滿足微電網(wǎng)內(nèi)的可再生能源發(fā)電不足量。而M2微電網(wǎng)在78個調(diào)度時間段內(nèi)通過電網(wǎng)出售微電網(wǎng)可再生能源的過剩電量。根據(jù)微電網(wǎng)的凈發(fā)電量信息可以認(rèn)為上述兩個微電網(wǎng)具備有形成互聯(lián)系統(tǒng)，進(jìn)行互供互濟(jì)的條件。

結(jié)語

綜上所述，通過優(yōu)化微電網(wǎng)之間的能量交互，提高整個微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性，使得收益最大化。基于雙層能量管理優(yōu)化模型，通過列約束生成算法（C&CG）對微電網(wǎng)的雙層魯棒優(yōu)化進(jìn)行了求解，得到微電網(wǎng)間的功率最優(yōu)交互。通過仿真算例，驗證了多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)的可行性和有效性，并討論分析了微電網(wǎng)系統(tǒng)中可再生能源發(fā)電的不確定性情況。結(jié)果表明，可再生能源出力的不確定性會導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用增加，而通過多微電網(wǎng)互聯(lián)，能夠有效降低不確定性給系統(tǒng)帶來的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]白建華，辛頌旭，劉俊，等.中國實現(xiàn)高比例可再生能源發(fā)展路徑研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2015，35（14）：3699-3705.

[2]劉舒，李正力，王翼，等.含分布式發(fā)電的微電網(wǎng)中儲能裝置容量優(yōu)化配置[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2016，44（3）：78-84.

（作者單位：天津天大求實電力新技術(shù)股份有限公司）