基于多時間尺度的微電網(wǎng)群階梯控制方法研究

顏寧 潘霄 張明理 馬少華 張博 劉穎明

摘要：針對含高比例可再生能源的微電網(wǎng)存在功率波動較大的問題，提出一種適用于多微電網(wǎng)互聯(lián)的不同時間尺度階梯控制方法，綜合考慮系統(tǒng)中負(fù)荷需求、儲能容量、微電網(wǎng)運(yùn)行三者之間關(guān)系，基于不同時間等級進(jìn)行了三層調(diào)控，本地控制層按分布式電源位置進(jìn)行區(qū)域劃分，以線路損耗最小為目標(biāo)進(jìn)行秒級調(diào)控;微電網(wǎng)自治控制層采用調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)的功率輸出，以儲能系統(tǒng)的利用率及分布式電源運(yùn)行成本最小為目標(biāo)進(jìn)行分鐘級調(diào)控;微電網(wǎng)群中央控制層在滿足各個子微電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行，以并網(wǎng)點(diǎn)功率偏差最小為目標(biāo)進(jìn)行小時級調(diào)控。選取不同的權(quán)重系數(shù)對微電網(wǎng)群多目標(biāo)優(yōu)化問題進(jìn)行求解，結(jié)果表明基于不同時間等級的分層調(diào)控方法，有效地提高了微電網(wǎng)群運(yùn)行的自治性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，提高了并網(wǎng)的可靠性、安全性。

關(guān)鍵詞：儲能;多時間尺度;階梯控制;多微電網(wǎng)互聯(lián);協(xié)調(diào)調(diào)度

DOI：10.15938/j.emc.2019.09.004

Step control method of multi?microgrids based ?on different time levels

YAN Ning1，PAN Xiao2，ZHANG Ming?li2，MA Shao?hua1，ZHANG Bo1，LIU Ying?ming1

（1.School of Electrical Engineering， Shenyang University of Technology， Shenyang 110870， China

2.State Grid Liaoning Electric Power Company Limited Economic Research Institute， Shenyang 110015， China）

Abstract：

For microgrids with high proportion of renewable energy， there is a problem of large power fluctuations.A step control method of multi?microgrids based on different time levels was proposed.The relationship between load demand， energy storage capacity and microgrid operation in the system were considered comprehensively， the three?layer control was adopted based on different time levels， the local control layer was divided into regions according to the distributed power source position， and was controlled in seconds by the minimum line loss;The micro?network autonomous control layer was used to adjust the power output in the system， and was subject to minute?level regulation with the goal of utilization of the energy storage system and the minimum operating cost of the distributed power supply;The central control layer of the micro?network group was used to satisfy the optimization operation of each sub?microgrid， and the hour?level regulation was carried out with the goal of minimizing the power deviation of the grid?connected points.The multi?objective optimization problem of micro?network group was solved by selecting different weight coefficients， the results show that by hierarchical control method based on different time levels， the autonomy， stability and economy of multi?microgridsoperation are effectively improved， and the reliability and security of the grid connection are improved.

Keywords：energy storage; multi?time scale; ladder control; multi?microgrids interconnection; coordinate scheduling

0引言

在化石能源漸乏和碳排放超標(biāo)的雙重壓力之下，以發(fā)展多種能源、解決環(huán)境污染，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行為前提的各類可再生能源供電形式得到廣泛應(yīng)用。這些可再生能源供電多以微電網(wǎng)的形式接入電網(wǎng)，與儲能系統(tǒng)、負(fù)荷等共同構(gòu)成一個可控的整體，在保證可再生能源充分利用的同時有效地提高整個微電網(wǎng)的發(fā)電效益。

微電網(wǎng)架構(gòu)中的電力系統(tǒng)具有靈活性和自主性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但同時存在著抗干擾性弱、容量有限、不能快速響應(yīng)大容量分布式電源輸出功率、負(fù)荷跌落等瞬態(tài)問題，制約了可再生能源的消納。微電網(wǎng)群在此背景下應(yīng)運(yùn)而生，微電網(wǎng)群概念的提出實(shí)現(xiàn)了毗鄰位置微電網(wǎng)、分布式電源、儲能、負(fù)荷的互聯(lián)，通過協(xié)調(diào)控制各個微電網(wǎng)系統(tǒng)，在保證分布式能源利用率的同時通過各個微電網(wǎng)之間的能量調(diào)度有效地提高了供電的安全性和穩(wěn)定性。

目前，微電網(wǎng)群的相關(guān)研究在國內(nèi)外尚處于起步階段，研究的重點(diǎn)主要集中在微電網(wǎng)群的規(guī)劃、可靠性評估、及微電網(wǎng)群接入對配電網(wǎng)影響研究，鮮有文獻(xiàn)對微電網(wǎng)群并網(wǎng)情況下協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度進(jìn)行系統(tǒng)的研究?，F(xiàn)有研究成果大部分集中在微電網(wǎng)群系統(tǒng)內(nèi)的協(xié)調(diào)控制，文獻(xiàn)提出了孤島運(yùn)行模式下，微電網(wǎng)群根據(jù)不同的運(yùn)行工況采取主從控制方法;文獻(xiàn)提出了基于一種特定的微電網(wǎng)群架構(gòu)形式的自主控制方法研究，在交直流組成的混合微電網(wǎng)系統(tǒng)中采用分層控制方式實(shí)現(xiàn)了各個子交換單元功率的合理分配。另有文獻(xiàn)主要采用目標(biāo)優(yōu)化方式研究微電網(wǎng)群協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，如文獻(xiàn)權(quán)衡微電網(wǎng)和電網(wǎng)之間功率分時交換帶來經(jīng)濟(jì)差異，以微電網(wǎng)群各個子系統(tǒng)的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為目標(biāo)，使得配電網(wǎng)運(yùn)行成本最低;文獻(xiàn)分散控制微電網(wǎng)群中各個分布式電源的出力，通過多級代理的方式將微電網(wǎng)系統(tǒng)控制目標(biāo)分散發(fā)送到各個單元，但增加了系統(tǒng)的通訊成本。綜上，現(xiàn)有的研究尚未涉及多個子系統(tǒng)的微電網(wǎng)群并網(wǎng)運(yùn)行模式下，根據(jù)不同的運(yùn)行工況采用合理分時的調(diào)控方法，保證實(shí)時響應(yīng)配電網(wǎng)調(diào)度需求、微電網(wǎng)群的穩(wěn)定運(yùn)行及狀態(tài)的平滑切換。

本文提出一種不同時間尺度的微電網(wǎng)群三層階梯控制策略，分別包括：本地控制單元、微電網(wǎng)自治控制中心和微電網(wǎng)集群中央控制系統(tǒng)。調(diào)控有效地結(jié)合了自主控制與集中控制原則，本地控制單元以即插即拔特性的分布式發(fā)電裝置自主控制，控制分布式電源的實(shí)時調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)能量的存儲和加載，以線損最小進(jìn)行區(qū)域劃分，有效地降低控制的復(fù)雜度，提高系統(tǒng)的可靠性，調(diào)控時間間隔短;微電網(wǎng)自治控制中心以區(qū)域內(nèi)分布式電源成本最小及儲能合理利用進(jìn)行調(diào)控，調(diào)控時間間隔略長于本地控制;微電網(wǎng)集群中央控制系統(tǒng)在滿足各個子微電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)多微電網(wǎng)互聯(lián)，在微電網(wǎng)群層面解決單個微電網(wǎng)功率輸出不足，不能及時響應(yīng)負(fù)荷需求等問題，以能量交互成本最小為優(yōu)化目標(biāo)，同時，保證與電網(wǎng)間的信息交互，以并網(wǎng)點(diǎn)功率偏差最小為目標(biāo)實(shí)現(xiàn)小時級調(diào)控，采用此控制方法協(xié)調(diào)了各個微電網(wǎng)的功率平衡，在微電網(wǎng)群層面降低了微電網(wǎng)內(nèi)容量不足影響供電可靠性等問題，有效地提高分布式能源并網(wǎng)的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。

1微電網(wǎng)群各級階梯控制

1.1微電網(wǎng)群架構(gòu)形式

微電網(wǎng)集群是微電網(wǎng)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，不僅可以并網(wǎng)運(yùn)行，而且可以脫離配電網(wǎng)的獨(dú)立運(yùn)行。微電網(wǎng)集群可以充分利用自身的特點(diǎn)、優(yōu)勢互補(bǔ)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。微電網(wǎng)集群的主要結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

微電網(wǎng)群中各個微電網(wǎng)可以根據(jù)不同的運(yùn)行目標(biāo)進(jìn)行調(diào)控，如經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本最小，環(huán)境收益最大，微電網(wǎng)內(nèi)線路損耗最小等，采用分時分區(qū)域的調(diào)控比單一調(diào)控策略靈活，更容易實(shí)現(xiàn)供電可靠性。

1.2微電網(wǎng)系統(tǒng)中本地控制策略

不同時間尺度下微電網(wǎng)群可采用分區(qū)域階梯控制方式，根據(jù)控制對象不同，分為本地控制單元、微電網(wǎng)自治控制中心和微電網(wǎng)集群中央控制系統(tǒng)。具體的控制如圖2所示。

對微電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行本地控制時采用解耦控制方法，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)分布式電源、儲能系統(tǒng)、負(fù)荷排布位置進(jìn)行區(qū)域劃分，為了解決不同負(fù)荷類型的需求變化導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)功率不平衡問題，在區(qū)域劃分時選取帶儲能系統(tǒng)并且反應(yīng)電壓平穩(wěn)水平節(jié)點(diǎn)作為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)根據(jù)上級的微電網(wǎng)自治控制中心下發(fā)指令，實(shí)現(xiàn)多區(qū)域解耦控制。

1.2.1儲能控制

在本地控制層中，為了滿足分布式儲能裝置響應(yīng)功率調(diào)度需求，采用等同于電流源的變流器對儲能系統(tǒng)進(jìn)行投切，有效地減少設(shè)備的頻繁動作，延長儲能電池的使用壽命，具體控制方式如圖3所示。

本地控制層的分布式儲能系統(tǒng)采用PQ控制方式，PI控制的方式具體如公式（1）～式（3）所示。

儲能系統(tǒng)實(shí)時功率輸出為

Pbj=ugdjigdj+ugqjigqj，

Qbj=ugdjigdj-ugqjigqj。（1）

式中：Pbj為第j個儲能系統(tǒng)實(shí)際輸出的有功功率;Qbj為第j個儲能系統(tǒng)實(shí)際輸出的無功功率;igdj為d軸電流輸出實(shí)際值;igqj為q軸電流輸出實(shí)際值;ugdj為d軸電壓輸出實(shí)際值;ugqj為q軸電壓輸出實(shí)際值。

上級發(fā)送給變流器的電壓指令為

u*gdj=kijvs+kibj（i*gdj-igdj）=

kijvs+kibjkijs+kpij（P*bj-Pbj）-igdj。（2）

式中：u*gbj為發(fā)送給變流器的電壓指令;P*bj為微電網(wǎng)下達(dá)到本地控制層第j個儲能系統(tǒng)有功功率指令;i*gdj為d軸電流輸出標(biāo)準(zhǔn)值;i*gqj為q軸電流輸出標(biāo)準(zhǔn)值;kijv，kibj，kij，kpij為不同比例系數(shù)。

u*gqj=kijvs+kiDGk（i*gqj-igqj）=

kijvs+kiDGkkijs+kpij（Q*bj-Qbj）-igqj。（3）

式中：u*gqj為發(fā)送給變流器的電壓指令;Q*bj為微電網(wǎng)下達(dá)到本地控制層第j個儲能系統(tǒng)無功功率指令，kiDGk為比例系數(shù)。

1.2.2分布式電源的解耦控制

當(dāng)本地控制系統(tǒng)中各個子區(qū)域依托于整個微電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行時，各個分布式電源按最大功率特性輸出電能保證負(fù)荷需求，在控制過程中用兩相dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流分量代替原有的abc三相坐標(biāo)系下的直流分量，實(shí)現(xiàn)完全的解耦控制。

1.2.3本地控制

在本地控制中，各個子區(qū)域需要滿足本地負(fù)荷需求的同時響應(yīng)微電網(wǎng)層調(diào)度，區(qū)域劃分過程中考慮子區(qū)域內(nèi)線路損耗最小，優(yōu)化目標(biāo)為

flossl=min∑T1t1=0∑lx=1[P2x（t1）+Q2x（t1）]?L2∑oyRdyU2x（t1）t1×10-3。（4）

式中：l為區(qū)域的個數(shù);o為區(qū)域內(nèi)線路個數(shù);Px為線路有功功率;Qx為線路無功功率;L為負(fù)荷特征系數(shù);Rdy為線路等效電阻;Ux為線路運(yùn)行電壓的平均值，t1為運(yùn)行時間;T1為子區(qū)域調(diào)度周期。

本地控制中可再生能源源和儲能系統(tǒng)采用分區(qū)域的解耦控制方式，以線路損耗最下為優(yōu)化目標(biāo)，有效地提高微電網(wǎng)中子區(qū)域中分布式能源的利用率。與此同時，實(shí)時響應(yīng)微電網(wǎng)自治控制中心的指令。

1.3微電網(wǎng)系統(tǒng)自治控制策略

1.3.1微電網(wǎng)自治控制——分布式儲能控制

微電網(wǎng)自治控制中心在固定周期內(nèi)為儲能系統(tǒng)提供最優(yōu)功率輸出指令∑mj=1P*bj，∑mj=1Q*bj，微電網(wǎng)中各個子區(qū)域內(nèi)的儲能根據(jù)節(jié)點(diǎn)容量、電壓、頻率等參數(shù)來調(diào)節(jié)儲能系統(tǒng)輸出。儲能系統(tǒng)工作狀態(tài)劃分如圖4所示。

在考慮微電網(wǎng)自治調(diào)控中，以儲能不滿足分布式能源存儲要求折算成本最小為優(yōu)化目標(biāo)。

1）當(dāng)儲能系統(tǒng)容量達(dá)到上限，可再生能源損失折算成本為

flcc_1=minEl1（t2）=?∑T2t2=1∑ki=1[PMGi（t2）-Ploadi（t2）]×?t2-[Emax-E（t2-1）]。（5）

式中：PMGi（t2）為t2時刻微電網(wǎng)輸出功率;Pload（t2）為t2時刻負(fù)荷輸出;Emax為儲能系統(tǒng)最大的容量;T2為微電網(wǎng)調(diào)度周期;E（t2-1）為儲能系統(tǒng)t2-1時刻的容量。

2）當(dāng)儲能系統(tǒng)電量達(dá)到下限，不能滿足負(fù)荷需求折算成本為

flcc_2=minEl2（t2）=

∑T2t2=1∑ki=1[Ploadi（t2）-PMGi（t2）]·

t2-[E（t2-1）-Emin]。（6）

式中：Emin為儲能系統(tǒng)最小的容量。

1.3.2微電網(wǎng)自治控制—子區(qū)域運(yùn)行成本最小

在考慮微電網(wǎng)自治控制時以子區(qū)域中分布式電源周期內(nèi)運(yùn)行費(fèi)用最小為優(yōu)化目標(biāo)。表達(dá)式為

flcc_3=min∑T2t2=1∑ki=1Li（t2）PMG（t2）t2。（7）

式中：t2為運(yùn)行時間;Lx（t）為成本函數(shù)。

1.4微電網(wǎng)群系統(tǒng)中央控制策略

微電網(wǎng)群中央控制主要是監(jiān)控每個微電網(wǎng)系統(tǒng)自治控制及并網(wǎng)運(yùn)行特性，與此同時，監(jiān)控集中式儲能系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，對儲能和各個微電網(wǎng)按調(diào)控周期發(fā)送控制指令，具體如圖5所示。

微電網(wǎng)群基本組成形式為微電網(wǎng)，微電網(wǎng)群的產(chǎn)生是由于接入配電網(wǎng)的微電網(wǎng)數(shù)目不斷增多，各個微電網(wǎng)的管理者考慮自身利益最大化為前提，與其他微電網(wǎng)形成合作運(yùn)行關(guān)系，考慮不同的權(quán)益產(chǎn)生微電網(wǎng)之間的能量交互。

1.4.1集中式儲能控制

集中式儲能并聯(lián)與各個微電網(wǎng)一同并聯(lián)在母線上，其主要作用是瞬時響應(yīng)電網(wǎng)的調(diào)度需求，另根據(jù)分時電價政策起到到削峰填谷、平抑波動的作用，維持聯(lián)絡(luò)線功率傳輸動態(tài)平衡。

在對集中式儲能進(jìn)行控制時，將其看成第k+1個微電網(wǎng)，具體控制如下所示。

1.4.2微電網(wǎng)交互成本及功率偏差最小

微電網(wǎng)群能量交互實(shí)現(xiàn)了能源的空間轉(zhuǎn)移，各個微電網(wǎng)單元存在能量流實(shí)現(xiàn)調(diào)度支撐，某個微電網(wǎng)根據(jù)功率需求向微電網(wǎng)群中央控制中心發(fā)送請求，控制中心根據(jù)交互成本最小進(jìn)行調(diào)度，考慮分時電價對成本的影響，具體的目標(biāo)函數(shù)為

fn_1=min∑Tt=1[∑3z=1∑k+1i=1CMGziPMGi（t）]。（8）

式中：CMGzi為第i個微電網(wǎng)進(jìn)行能量交互過程中的電價，為z為谷時、峰時、平時三種狀態(tài);k+1為微電網(wǎng)個數(shù)與集中儲能系統(tǒng)總和;PMGi（t）為第i個微電網(wǎng)吸收或輸出的能量狀態(tài);t為運(yùn)行時間;T為微電網(wǎng)群調(diào)度周期。

分布式電源以微電網(wǎng)群的形式并網(wǎng)，在滿足自身本地負(fù)荷需求的同時需要考慮最小功率偏差，最快最準(zhǔn)確的響應(yīng)電網(wǎng)功率需求。優(yōu)化目標(biāo)為

fn_2=min∑Tt=1Pline（t）PM（t）×100%=

∑Tt=1PM（t）-（∑k+1i=1PMGi（t））PM（t）×100%。（9）

式中：Pline（t）為并網(wǎng)點(diǎn)功率偏差值;PM（t）為并網(wǎng)點(diǎn)功率需求。

2不同時間尺度階梯調(diào)控方式

三級階梯調(diào)控方式與微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)分區(qū)域解耦控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)結(jié)合，將單個微電網(wǎng)劃分為獨(dú)立、結(jié)構(gòu)簡單的子區(qū)域進(jìn)行調(diào)控，有效地減輕了底層通訊的復(fù)雜度，抑制了負(fù)荷變化導(dǎo)致的的子網(wǎng)內(nèi)功率不平衡的問題。微電網(wǎng)系統(tǒng)也采用相對獨(dú)立的解耦控制方式，實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)的“即插即拔”的并網(wǎng)/孤島運(yùn)行模型，微電網(wǎng)群采用集中控制策略，考慮整體經(jīng)濟(jì)收益，減少設(shè)備投切的成本。各個單元根據(jù)調(diào)控目標(biāo)及負(fù)荷響應(yīng)的不同采用分時調(diào)節(jié)策略，減少設(shè)備的頻繁動作，延長各個分布式能源的使用壽命，具體如圖6所示。

在對微電網(wǎng)群進(jìn)行分時調(diào)控時，采用多目標(biāo)優(yōu)化的方式，具體優(yōu)化目標(biāo)為

fall=α1flossl，

α2（β1flcc_1+β2flcc_2+β3flcc_3），

α3（1fn_1+2fn_2）。（10）

式中：α，β，為權(quán)重系數(shù)，α1+α2+α3=1，β1+β2+β3=1，1+2=1。

為了保證電網(wǎng)功率平衡，等式約束條件為

PM（t）=∑Tt=1[∑ki=1PMGi（t）+Pb_all（t）]=

Pb_all（t）+∑T2t2∑ki=1[∑lx=1Pxi（t2）+

∑mj=1Pbij（t2）-Ploadi]TT2。（11）

式中：m為區(qū)域內(nèi)儲能個數(shù)。

儲能及分布式電源極值約束為

0≤PM（t）≤a。

0≤∑mj=1Pbj（t1）t1≤b，

-0.9Ebj≤∑T1t1=0∑mj=1Pbj（t1）t1≤0.9Ebj，

Ebj≥0。（12）

式中：Ebj為儲能系統(tǒng)容量;a為電網(wǎng)與微電網(wǎng)群功率交換上限;b為儲能系統(tǒng)的容量限制，由微電網(wǎng)規(guī)模決定。

不同時間尺度階梯調(diào)控步驟如下：

1）初始化分布式電源出力、負(fù)荷需求、各個微電網(wǎng)出力預(yù)測值，微電網(wǎng)群控制系統(tǒng)根據(jù)上級調(diào)度中心指令，以能量交互成本最小和并網(wǎng)點(diǎn)功率偏差最小為目標(biāo)實(shí)現(xiàn)小時級調(diào)控，控制過程中設(shè)置權(quán)重系數(shù)α3和，滿足α1+α2+α3=1，1+2=1，此時輸出對應(yīng)微電網(wǎng)及集中式儲能最優(yōu)功率值。

2）判斷運(yùn)行周期T是否大于1 h，若T≥1 h，更新參數(shù)進(jìn)行下一周期的運(yùn)行調(diào)控;若T<1 h，則同時進(jìn)行分鐘級的調(diào)控;微電網(wǎng)自治控制中心以區(qū)域內(nèi)分布式電源成本最小及儲能合理利用進(jìn)行分鐘級調(diào)控，控制過程中設(shè)置權(quán)重系數(shù)α2和β，滿足α1+α2+α3=1，β1+β2+β3=1，修正上級滿足優(yōu)化目標(biāo)的各個微電網(wǎng)功率輸出。

3）判斷運(yùn)行周期t2是否大于1 min，若t2≥1 min，判斷t是否等于60t2，若t=60t2，則返回步驟1），若t≠60t2，繼續(xù)進(jìn)行分鐘級調(diào)控。若t2<1 min，則同時進(jìn)行秒級的調(diào)控;本地控制中心以線損最小進(jìn)行秒級調(diào)控，控制過程中設(shè)置權(quán)重系數(shù)α1和β，滿足α1+α2+α3=1，輸出對應(yīng)分布式電源及分布式儲能最優(yōu)功率值。

4）判斷運(yùn)行周期t1是否大于1 s，若t1≥1 s，判斷t2是否等于60t1，若t2=60t1，則返回步驟3），若t2≠60t1，繼續(xù)進(jìn)行秒級調(diào)控。若t1<1 s，此時輸出各個分布式電源和儲能系統(tǒng)的功率，實(shí)現(xiàn)1個調(diào)度周期內(nèi)的分層控制。

3實(shí)例分析

本文以IEEE RTS 24節(jié)點(diǎn)作為圖1所示的微電網(wǎng)群連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)中共計24個節(jié)點(diǎn)、在節(jié)點(diǎn)1、8、15節(jié)點(diǎn)可接入微電網(wǎng)、設(shè)置節(jié)點(diǎn)8為并網(wǎng)點(diǎn)，并預(yù)設(shè)在2、9、17、20處擬安裝儲能系統(tǒng)，微電網(wǎng)群包含了3個微電網(wǎng)系統(tǒng)和1個集中式儲能系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)不同分布式電源參數(shù)如表1所示。

某地區(qū)的分時電價政策為例，谷時的電價為0.365 8元/kWh，平時的電價為0.859 5元/kWh，峰時電價為1.378 2元/kWh，尖峰時段的價格為1.506 5元/kWh，24 h全天的電價曲線如圖7所示。

以微電網(wǎng)1為研究對象，對比其直接并網(wǎng)和以微電網(wǎng)群形式并網(wǎng)兩者之間的投資成本、停機(jī)損失及儲能利用率對比。具體計算結(jié)果如表2所示。

根據(jù)表2可以看出微電網(wǎng)1以微電網(wǎng)群的形式接入電網(wǎng)，初始投資成本折算到每天增加了10.9%，停機(jī)損失折算到每天減少了20.7%，儲能系統(tǒng)的輸出功率也明顯減少。因此可以看出以微電網(wǎng)群的形式并網(wǎng)有效地增加了分布式能源發(fā)電的利用率，減少了儲能設(shè)備的頻繁動作，延長了儲能設(shè)備的使用壽命，有效的保證了微電網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

對比24 h內(nèi)多個微電網(wǎng)單獨(dú)接入電網(wǎng)或多個微電網(wǎng)以微電網(wǎng)群的形式接入電網(wǎng)功率輸出情況，具體如圖8、圖9所示，對比可以看出在0：00～6：00用電低谷期時，以微電網(wǎng)群形式運(yùn)行向電網(wǎng)購電明顯減少，12：00～14：00用電高峰期時，以微電網(wǎng)群形式向電網(wǎng)供電明顯增加。

對比24 h內(nèi)多個微電網(wǎng)單獨(dú)接入電網(wǎng)或多個微電網(wǎng)以微電網(wǎng)群的形式接入電網(wǎng)情況，集中式儲能系統(tǒng)的功率輸出情況對比，具體如圖10所示。

從圖10對比可以看出：對比24 h內(nèi)多個微電網(wǎng)單獨(dú)接入電網(wǎng)或多個微電網(wǎng)以微電網(wǎng)群的形式接入電網(wǎng)兩種情況下集中式儲能的功率輸出情況，可以看住，微電網(wǎng)以微電網(wǎng)群的形式接入電網(wǎng)儲能系統(tǒng)的峰谷差降低了12.5%，由此可以得出以微電網(wǎng)群的形式接入電網(wǎng)更有效地增加了微電網(wǎng)之間功率的內(nèi)部消耗。

在對微電網(wǎng)群進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化時，根據(jù)公式（10）選取不同的權(quán)重系數(shù)，計算出一天內(nèi)不同時刻取得最優(yōu)解情況下，微電網(wǎng)群整體的功率輸出情況具體如圖11所示。

如圖11所示，各個微電網(wǎng)以微電網(wǎng)群的形式并入電網(wǎng)，當(dāng)優(yōu)先考慮小時級微電網(wǎng)群調(diào)度優(yōu)化時，α1=α2=0，α3=1;同時考慮能量交互最小和并網(wǎng)功率偏差最小，1=0.5，2=0.5;其他權(quán)重系數(shù)為0時，峰時和平時向電網(wǎng)輸出功率明顯增加，在谷時對電網(wǎng)購電需求顯著減少，各微電網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度得以體現(xiàn)。

當(dāng)優(yōu)先考慮分鐘級微電網(wǎng)調(diào)度優(yōu)化時，α2=0.6，α1=0.2，α3=0.2;同時考慮分布式電源周期內(nèi)運(yùn)行費(fèi)用最小，β1=0.25，β2=0.25，β3=0.5;考慮能量交互最小和并網(wǎng)功率偏差最小，1=0.5，2=0.5;其他權(quán)重系數(shù)為0時，峰時和平時向電網(wǎng)輸出功率比前者明顯減小，谷時對電網(wǎng)購電需求比前者明顯增加。

當(dāng)優(yōu)先考慮秒級子區(qū)域調(diào)度優(yōu)化時，α2=0.2，α1=0.6，α3=0.2;同時考慮子區(qū)域內(nèi)線路損耗最小，能量交互最小和并網(wǎng)功率偏差最小，1=0.5，2=0.5;其他權(quán)重系數(shù)為0時，24 h內(nèi)與電網(wǎng)功率交換功率與優(yōu)先考慮分鐘級微電網(wǎng)調(diào)度比差距不明顯。

根據(jù)圖11中優(yōu)先考慮小時級調(diào)度優(yōu)化時，24 h內(nèi)各個微電網(wǎng)功率輸出如圖12所示。

通過圖12可以計算出優(yōu)先考慮小時級調(diào)度最優(yōu)情況下各個單元的功率輸出。同樣也可以計算出不同時間等級優(yōu)化調(diào)度對應(yīng)的功率輸出，為以后微電網(wǎng)中各個分布式能源的配置及優(yōu)化調(diào)度奠定基礎(chǔ)。

4結(jié)論

本文提出了一種不同時間尺度的微電網(wǎng)群階梯控制策略。將微電網(wǎng)群的控制分為本地控制單元、微電網(wǎng)自治控制中心和微電網(wǎng)集群中央控制系統(tǒng)，采用不同時間尺度的控制方式，有效的減少了設(shè)備頻繁動作，提高了各個分布式電源的利用率。

1）采用微電網(wǎng)群的形式并入電網(wǎng)，有效的提高了電網(wǎng)對微電網(wǎng)群的供電需求，采用本文提出的控制方法在保證各個子微電網(wǎng)功率平衡的同時，減少了對儲能系統(tǒng)依賴，能夠有效的提高分布式能源并網(wǎng)的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。

2）階梯控制過程提出了不同優(yōu)化目標(biāo)，如并網(wǎng)功率偏差、微電網(wǎng)群經(jīng)濟(jì)收益、區(qū)域內(nèi)線路損耗等。在調(diào)控過程中根據(jù)不同的調(diào)控側(cè)重點(diǎn)設(shè)置優(yōu)化權(quán)重，調(diào)節(jié)各個微電網(wǎng)功率輸出，為微電網(wǎng)群的搭建提供分布式電源容量配置參考，具有實(shí)際應(yīng)用價值。

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