基于小微企業(yè)需求響應(yīng)的園區(qū)能量?jī)?yōu)化管理方法

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司臺(tái)州供電公司，浙江 臺(tái)州 318000）

0 引言

近年來(lái)，小微企業(yè)在浙江省發(fā)展迅猛，《浙江日?qǐng)?bào)》2018 年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：浙江省共有小微企業(yè)190 萬(wàn)家，占全省企業(yè)總數(shù)的97%，以小微企業(yè)為主體的民營(yíng)經(jīng)濟(jì)占全省GDP（國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值）的65%、稅收的54%、出口的76%與就業(yè)的80%[1]。目前，浙江省正處于由小微企業(yè)“大省”向小微企業(yè)“強(qiáng)省”發(fā)展的轉(zhuǎn)型期，也是由粗放型向高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵期[1]。但是，小微企業(yè)“低散亂”現(xiàn)象阻礙了浙江省在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型路上的發(fā)展，如文獻(xiàn)[2]指出傳統(tǒng)工業(yè)園區(qū)供電模式會(huì)造成電力供需脫節(jié)、企業(yè)成本增加和小微企業(yè)入園積極性低等問(wèn)題。因此如何引領(lǐng)小微企業(yè)轉(zhuǎn)變成長(zhǎng)軌跡，是現(xiàn)階段浙江省必須破解的現(xiàn)實(shí)課題[1]。而將智能微電網(wǎng)與工業(yè)園區(qū)相結(jié)合，發(fā)展工業(yè)智能小微園區(qū)正是破解這一難題的有力途徑之一。

小微園區(qū)是小微企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的孵化器，也是浙江省振興實(shí)體經(jīng)濟(jì)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要平臺(tái)之一。但小微企業(yè)抗風(fēng)險(xiǎn)能力低，對(duì)成本控制要求較高，為了營(yíng)造穩(wěn)定友好的營(yíng)商環(huán)境，破解制約小微企業(yè)發(fā)展的難題，浙江省根據(jù)小微企業(yè)的行業(yè)特點(diǎn)，新建與改造了大量工業(yè)小微企業(yè)園區(qū)[3]。但是隨著小微園區(qū)的大量快速建成，如何根據(jù)小微園區(qū)的實(shí)際負(fù)荷特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)園區(qū)智能化管理與微電網(wǎng)能量?jī)?yōu)化，是目前十分重要的課題。

另一方面，為了解決能源過(guò)度消耗與日益突出的環(huán)境問(wèn)題，國(guó)家大力發(fā)展可再生能源[4-5]，而微電網(wǎng)則是有效利用可再生能源的重要手段。在此背景下，我國(guó)開(kāi)展了一系列微電網(wǎng)能源優(yōu)化管理研究。文獻(xiàn)[6-7]針對(duì)分布式電源單機(jī)接入電網(wǎng)成本較高及其所產(chǎn)生電能不可控等問(wèn)題，提出將分布式電源以微電網(wǎng)的形式接入電網(wǎng)。文獻(xiàn)[8]考慮了在光伏補(bǔ)貼政策下光伏并網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，但未考慮儲(chǔ)能配置，也未具體分析光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)之間能量流動(dòng)的關(guān)系。文獻(xiàn)[9]利用儲(chǔ)能裝置改善了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的電能質(zhì)量與電網(wǎng)壓力問(wèn)題，但未考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)于系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的作用。文獻(xiàn)[10]采用粒子群算法對(duì)分布式能源系統(tǒng)的動(dòng)力設(shè)備容量進(jìn)行了優(yōu)化配置，但該算法容易陷入局部最優(yōu)。文獻(xiàn)[11]考慮了實(shí)時(shí)發(fā)電功率與用戶側(cè)用電量，但未考慮實(shí)時(shí)電價(jià)以及儲(chǔ)能、光伏單元的損耗，并且該文獻(xiàn)所采用的HOMER 軟件全局優(yōu)化能力較差，實(shí)際應(yīng)用效果并不理想。

此外，基于負(fù)荷側(cè)的需求響應(yīng)也是一種消納新能源、降低微電網(wǎng)運(yùn)行成本的手段。文獻(xiàn)[12]利用分時(shí)電價(jià)機(jī)制引導(dǎo)用戶側(cè)可控負(fù)荷參與需求響應(yīng)，降低微電網(wǎng)的運(yùn)行成本。文獻(xiàn)[13]指出負(fù)荷響應(yīng)能有效增加可再生能源的利用率，減小儲(chǔ)能的壓力，從而降低微電網(wǎng)運(yùn)行成本。但上述文獻(xiàn)中的負(fù)荷僅根據(jù)分時(shí)電價(jià)信息或激勵(lì)性負(fù)荷需求響應(yīng)機(jī)制等單一機(jī)制做出響應(yīng)，未考慮結(jié)合多種機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)來(lái)引導(dǎo)負(fù)荷參與需求響應(yīng)。

綜上所述，本文以浙江省臺(tái)州市某小微園區(qū)為背景，建立了一種基于小微企業(yè)需求響應(yīng)的園區(qū)光-儲(chǔ)并網(wǎng)型微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模型。該模型通過(guò)分析園區(qū)的負(fù)荷特性，結(jié)合峰谷分時(shí)電價(jià)與光伏系統(tǒng)出力來(lái)引導(dǎo)小微企業(yè)做出響應(yīng)，最后討論了該園區(qū)在典型季節(jié)與天氣下日前24 h 園區(qū)側(cè)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，如夏季典型晴日、夏季典型短時(shí)陣雨日與夏季典型暴雨日；并以經(jīng)濟(jì)性最高為目標(biāo)，優(yōu)化管理各系統(tǒng)之間的能量交互，實(shí)現(xiàn)園區(qū)微電網(wǎng)與小微企業(yè)的用能全局優(yōu)化管理與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，進(jìn)而改善能源利用效率、電能質(zhì)量水平。

1 工業(yè)型智能小微園區(qū)微電網(wǎng)概況

工業(yè)型智能小微園區(qū)微電網(wǎng)通常建設(shè)在園區(qū)內(nèi)，其電壓等級(jí)為10 kV，容量為幾兆瓦至幾十兆瓦[14]，是由光伏系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、能量轉(zhuǎn)換裝置與園區(qū)負(fù)荷等要素組成的典型微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

1.1 微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

本文研究的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，各單元相互連接，且都與微電網(wǎng)控制中心連接，組成微電網(wǎng)的通信網(wǎng)。同時(shí)，微電網(wǎng)又與大電網(wǎng)相連，以實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行。其中，光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能一部分供應(yīng)給小微企業(yè)，一部分售賣給電網(wǎng)，并且儲(chǔ)能系統(tǒng)和電網(wǎng)的參與調(diào)節(jié)了光伏系統(tǒng)與小微企業(yè)用電的供需差異。本文將小微企業(yè)用電負(fù)荷分為園區(qū)可控負(fù)荷與園區(qū)不可控負(fù)荷，目的是為了調(diào)節(jié)可控負(fù)荷，提升新能源的消納，降低小微園區(qū)的經(jīng)濟(jì)成本。

圖1 目標(biāo)微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

1.2 分布式發(fā)電單元

光伏陣列輸出功率如下[15]：

式中：PPV（t）表示光伏系統(tǒng)的實(shí)際輸出功率；PSTC表示光伏系統(tǒng)最大輸出功率；G（t）表示t 時(shí)刻的光照強(qiáng)度；GSTC表示標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的光照強(qiáng)度，取GSTC=1 000 lx；k 表示標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的溫度系數(shù)，一般取k=-0.45；Tc（t）表示t 時(shí)刻光伏陣列的實(shí)際溫度；TSTC表示標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的光伏陣列的溫度。

儲(chǔ)能單元在t 時(shí)刻的充放電功率PS（t）如式如（2）所示：

式中：ES（t）為儲(chǔ)能系統(tǒng)在t 時(shí)段儲(chǔ)存的能量；T為能量調(diào)度周期；當(dāng)PS（t）＞0 時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)為放電狀態(tài)；當(dāng)PS（t）＜0 時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)為充電狀態(tài)，其充電能量與放電能量相等且不超過(guò)其容量限制。

1.3 小微企業(yè)需求響應(yīng)

小微企業(yè)的用電負(fù)荷分為可控負(fù)荷與不可控負(fù)荷，本文基于分時(shí)電價(jià)與光伏系統(tǒng)出力的信息來(lái)引導(dǎo)可控負(fù)荷做出響應(yīng)?；诜謺r(shí)電價(jià)信息可刺激小微企業(yè)的用電方式；基于光伏出力信息可刺激小微園區(qū)對(duì)可再生能源的消納。因此，小微企業(yè)參與需求響應(yīng)后的表達(dá)式如下：

1.4 小微園區(qū)負(fù)荷特性與光伏特性分析

以浙江省臺(tái)州市某小微園區(qū)為例，其負(fù)荷變化主要與廠內(nèi)員工工作時(shí)間相關(guān)。該園區(qū)工作時(shí)間遵循三班倒制度，由上班時(shí)間（24:00—8:00，8:00—16:00，16:00—24:00）可看出在換班節(jié)點(diǎn)與飯點(diǎn)，園區(qū)內(nèi)的負(fù)荷用電會(huì)相對(duì)減少。同時(shí)選取該地區(qū)夏季數(shù)據(jù)，通過(guò)式（2）計(jì)算得到夏季典型晴日、典型短時(shí)陣雨日、典型暴雨日的光伏系統(tǒng)出力。小微園區(qū)內(nèi)部企業(yè)用電負(fù)荷與夏季各典型日下光伏系統(tǒng)的出力情況如圖2 所示。

圖2 園區(qū)用電負(fù)荷與光伏系統(tǒng)出力情況

2 能量?jī)?yōu)化配置模型

2.1 能量?jī)?yōu)化調(diào)度模型

2.1.1 目標(biāo)函數(shù)的建立

本文涉及的成本包括：光伏系統(tǒng)與儲(chǔ)能系統(tǒng)的一次性投資成本與運(yùn)行維護(hù)成本；大電網(wǎng)與小微園區(qū)之間的電價(jià)交易成本。設(shè)單位時(shí)間內(nèi)分布式發(fā)電單元的發(fā)電功率、負(fù)荷、微電網(wǎng)與大電網(wǎng)交互功率恒定，則最低運(yùn)行成本的目標(biāo)函數(shù)為：

式中：Cmin表示小微園區(qū)日前24 h 最低經(jīng)濟(jì)成本；表示日前24 h 小微園區(qū)向大電網(wǎng)購(gòu)買電能的成本；表示日前24 h 光伏系統(tǒng)向大電網(wǎng)賣電的售電額；M 表示光伏組件與儲(chǔ)能系統(tǒng)的日前24 h 等效投資成本與維護(hù)成本。

式中：λprice（t）表示t 時(shí)刻小微園區(qū)從電網(wǎng)購(gòu)買電能的電價(jià)；λup（t）表示t 時(shí)刻光伏富余電量的上網(wǎng)電價(jià)；表示t 時(shí)刻電網(wǎng)對(duì)小微企業(yè)的傳輸功率；表示t 時(shí)刻電網(wǎng)對(duì)儲(chǔ)能的傳輸功率；表示t 時(shí)刻光伏富余電量的上網(wǎng)功率。

在典型夏日中，光伏組件與儲(chǔ)能單元的日前24 h 等效投資與運(yùn)行維護(hù)總費(fèi)用M 表示為：

式中：M1為光伏系統(tǒng)成本；M2為儲(chǔ)能系統(tǒng)成本；MPV為光伏組件的一次性投資成本；NPV為光伏組件的使用期限；rPV為光伏組件的年運(yùn)行維護(hù)率；rESB_1為儲(chǔ)能系統(tǒng)的單位功率年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用；rESB_2為儲(chǔ)能系統(tǒng)單位容量的年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用；MESB為儲(chǔ)能系統(tǒng)的一次性投資成本；NESB為儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用期限；PESB為儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電功率；EESB_E為儲(chǔ)能系統(tǒng)的額定容量。

2.1.2 約束條件

（1）荷電狀態(tài)約束

儲(chǔ)能系統(tǒng)電量計(jì)算公式為：

狀態(tài)約束為：

式中：EESB（t）為t 時(shí)刻儲(chǔ)能系統(tǒng)的電荷量；SOC（t）為t 時(shí)刻儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)；SOCmax與SOCmin分別表示儲(chǔ)能系統(tǒng)荷電狀態(tài)的上、下限。

（2）能量約束

園區(qū)與大電網(wǎng)的能量平衡約束為：

式中：Pload表示小微園區(qū)內(nèi)企業(yè)的用電功率；表示光伏系統(tǒng)提供給小微企業(yè)的功率。

（3）小微企業(yè)需求響應(yīng)約束

小微企業(yè)需求響應(yīng)約束為：

2.2 模型求解

遺傳算法[17-18]通過(guò)模擬自然進(jìn)化過(guò)程搜索最優(yōu)解，其全局搜索能力強(qiáng)。因此，本文采用遺傳算法對(duì)上述目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，以實(shí)現(xiàn)基于小微企業(yè)需求響應(yīng)的能量?jī)?yōu)化管理，流程如圖3 所示。

3 實(shí)例分析

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

本文以浙江省臺(tái)州市某小微園區(qū)為例，當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)實(shí)行峰谷分時(shí)電價(jià)機(jī)制[19]。同時(shí)，小微園區(qū)內(nèi)搭建的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)浙江省當(dāng)前自發(fā)自用余量上網(wǎng)型分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目執(zhí)行，其補(bǔ)貼為國(guó)家級(jí)、省級(jí)光伏發(fā)電項(xiàng)目度電補(bǔ)貼。小微園區(qū)內(nèi)購(gòu)電電價(jià)、光伏發(fā)電上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)與補(bǔ)貼電價(jià)如表1 所示。

本文選取浙江省臺(tái)州市夏季為仿真時(shí)段，通過(guò)氣象數(shù)據(jù)得出夏季平均日出日落時(shí)刻，如表2所示。

圖3 基于遺傳算法的小微企業(yè)需求響應(yīng)的能量?jī)?yōu)化管理方法流程

本文建立的微電網(wǎng)主要涉及光伏發(fā)電裝置與儲(chǔ)能裝置。在計(jì)算小微園區(qū)的最低經(jīng)濟(jì)成本時(shí)，需要使用以下各類裝置數(shù)據(jù)，相關(guān)價(jià)格與參數(shù)如表3 所示。

表1 浙江省臺(tái)州市購(gòu)電電價(jià)、光伏上網(wǎng)電價(jià)與補(bǔ)貼電價(jià)

表2 夏季平均日出日落時(shí)刻

表3 微電網(wǎng)各組件參數(shù)

3.2 仿真結(jié)果

基于MATLAB 平臺(tái)對(duì)本文建立的能量?jī)?yōu)化模型進(jìn)行求解。基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置如下：種群規(guī)模為40，迭代次數(shù)為200，交叉概率為0.6，慣性權(quán)重變異概率為0.01。目標(biāo)城市夏季具有典型晴日、典型短時(shí)陣雨日與典型暴雨日3 類典型天氣。因此，基于目標(biāo)城市某小微園區(qū)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)與氣象數(shù)據(jù)，本節(jié)探討上述3 種情況下的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，并給出各系統(tǒng)之間的能量交互情況。

3.2.1 案例一：夏季典型晴日

夏季典型晴日下，基于小微企業(yè)需求響應(yīng)且含儲(chǔ)能系統(tǒng)的微電網(wǎng)并網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行結(jié)果如圖4 所示。其中，GRID 運(yùn)行計(jì)劃為電網(wǎng)側(cè)能量交互狀態(tài)，BAT 運(yùn)行計(jì)劃為儲(chǔ)能側(cè)能量交互狀態(tài)，PV運(yùn)行計(jì)劃為光伏出力狀態(tài)，園區(qū)負(fù)荷為小微企業(yè)用電狀態(tài)。

圖4 夏季晴日含儲(chǔ)能的微電網(wǎng)并網(wǎng)優(yōu)化結(jié)果

由圖4 可知：日出前與日落后的時(shí)段無(wú)光照，光伏系統(tǒng)不出力；日出后，隨著太陽(yáng)的升起與時(shí)間的推移，光伏系統(tǒng)在日中時(shí)達(dá)到出力頂峰，之后出力逐漸降低。

儲(chǔ)能側(cè)：當(dāng)電網(wǎng)的售電價(jià)格為低谷電價(jià)時(shí)，小微園區(qū)從大電網(wǎng)購(gòu)入電能存入儲(chǔ)能系統(tǒng)中。當(dāng)電網(wǎng)的售電價(jià)格為峰時(shí)電價(jià)時(shí)，若光伏系統(tǒng)出力不夠小微企業(yè)消耗，則儲(chǔ)能系統(tǒng)釋放電能為小微企業(yè)供電，如08:00—10:00，16:00—21:00；若光伏系統(tǒng)出力滿足小微企業(yè)消耗，則儲(chǔ)能系統(tǒng)不釋放能量，如13:00—16:00。

電網(wǎng)側(cè)：當(dāng)電網(wǎng)的售電價(jià)格為低谷電價(jià)時(shí)，若光伏系統(tǒng)的出力低于小微企業(yè)消耗，則電網(wǎng)既要向小微企業(yè)供電，又要向儲(chǔ)能系統(tǒng)送電，如22:00—次日08:00；當(dāng)電網(wǎng)的售電價(jià)格為峰時(shí)電價(jià)時(shí)，若光伏系統(tǒng)與儲(chǔ)能系統(tǒng)的共同出力低于小微企業(yè)消耗，則園區(qū)還需要從電網(wǎng)購(gòu)電滿足小微企業(yè)的用電需求，如19:00—22:00。無(wú)論電網(wǎng)售電價(jià)格為多少，若光伏出力在滿足小微企業(yè)的用電需求且還有富余電量時(shí)，則光伏系統(tǒng)會(huì)將富余電量售賣給大電網(wǎng)，如10:00—16:00。

負(fù)荷側(cè)：對(duì)比小微企業(yè)需求響應(yīng)前后可知，本文利用光伏出力信息引導(dǎo)可控負(fù)荷參與需求響應(yīng)，該方法提升了對(duì)光伏能源的消納能力，降低了具有不確定性的光伏能源對(duì)電網(wǎng)的沖擊，如10:00—16:00 時(shí)段。為了進(jìn)一步降低園區(qū)經(jīng)濟(jì)成本，可利用分時(shí)電價(jià)引導(dǎo)可控負(fù)荷參與需求響應(yīng)，在電價(jià)高峰時(shí)降低用電負(fù)荷，在電價(jià)低谷時(shí)提升用電負(fù)荷。同時(shí)，小微企業(yè)參與需求響應(yīng)后，電網(wǎng)與儲(chǔ)能系統(tǒng)的電能波動(dòng)幅度較小，為設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

為了說(shuō)明儲(chǔ)能系統(tǒng)的作用，圖5 給出了夏季典型晴日基于小微企業(yè)需求響應(yīng)但不含儲(chǔ)能系統(tǒng)的微電網(wǎng)并網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行結(jié)果。不含儲(chǔ)能系統(tǒng)時(shí)，小微園區(qū)不能利用峰谷價(jià)差調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)成本。此時(shí)，若光伏系統(tǒng)的出力低于小微企業(yè)消耗，則園區(qū)需要從大電網(wǎng)購(gòu)電；若光伏出力高于小微企業(yè)的用電需求，則多余電量反向售賣給大電網(wǎng)。

圖5 夏季晴日不含儲(chǔ)能的微電網(wǎng)并網(wǎng)優(yōu)化結(jié)果

對(duì)比圖4 與圖5 可知，當(dāng)含有儲(chǔ)能系統(tǒng)時(shí)，在電價(jià)峰時(shí)階段會(huì)優(yōu)先考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)出力，降低了小微園區(qū)從大電網(wǎng)購(gòu)電的成本，如圖4 中的08:00—11:00 時(shí)段與16:00—22:00 時(shí)段。

3.2.2 案例二：夏季典型短時(shí)陣雨日

夏季典型短時(shí)陣雨日下，基于小微企業(yè)需求響應(yīng)且含儲(chǔ)能系統(tǒng)的微電網(wǎng)并網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行結(jié)果如圖6 所示。

對(duì)比圖4 可知：當(dāng)光伏系統(tǒng)出力減少時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)放電次數(shù)增加，電網(wǎng)向園區(qū)輸送的電能也增加。

圖6 夏季典型短時(shí)陣雨日含儲(chǔ)能的微電網(wǎng)并網(wǎng)優(yōu)化結(jié)果

儲(chǔ)能側(cè)：與案例一不同的是，在光伏系統(tǒng)出力高峰時(shí)，案例二中的儲(chǔ)能系統(tǒng)仍舊在放電，如13:00—16:00 時(shí)段。

電網(wǎng)側(cè)：與案例一不同的是，在光伏系統(tǒng)出力高峰時(shí)，案例二中的電網(wǎng)仍然要向園區(qū)微電網(wǎng)輸送電能，如10:00—13:00 時(shí)段。

負(fù)荷側(cè)：與案例一不同的是，由于光伏出力的降低，在光伏系統(tǒng)出力高峰時(shí)，案例二圖6（b）沒(méi)有利用光伏出力信息引導(dǎo)園區(qū)負(fù)荷用電方式，如10:00—16:00 時(shí)段，此時(shí)園區(qū)負(fù)荷基于分時(shí)電價(jià)來(lái)調(diào)整用電方式。

同樣，圖7 給出了夏季典型短時(shí)陣雨日基于小微企業(yè)需求響應(yīng)但不含儲(chǔ)能系統(tǒng)的微電網(wǎng)并網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行結(jié)果。

案例二中圖6 與圖7 的對(duì)比結(jié)論與案例一中圖4 與圖5 的對(duì)比結(jié)論一致，且在13:00—16:00時(shí)段，案例二中儲(chǔ)能系統(tǒng)的出力降低了園區(qū)微電網(wǎng)從大電網(wǎng)購(gòu)電的成本。

3.2.3 案例三：夏季典型暴雨日

夏季典型暴雨日下，基于小微企業(yè)需求響應(yīng)且含儲(chǔ)能系統(tǒng)的微電網(wǎng)并網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行結(jié)果如圖8所示。

與前2 個(gè)案例中圖4、圖6 對(duì)比可知：當(dāng)光伏系統(tǒng)出力大幅度降低時(shí)，小微園區(qū)需要從大電網(wǎng)購(gòu)入更多的電能。

圖7 夏季典型短時(shí)陣雨日不含儲(chǔ)能的微電網(wǎng)并網(wǎng)優(yōu)化結(jié)果

圖8 夏季典型暴雨日含儲(chǔ)能的微電網(wǎng)并網(wǎng)優(yōu)化結(jié)果

儲(chǔ)能側(cè)：案例三對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的利用率要高于案例一，如13:00—16:00 時(shí)段案例三中的儲(chǔ)能系統(tǒng)仍在放電。案例三中儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量波動(dòng)幅度高于案例二，如3:00—4:00，13:00—14:00 與22:00—24:00 時(shí)段。

電網(wǎng)側(cè)：與案例一不同的是，在光伏出力高峰時(shí)，案例三中沒(méi)有富余的能量反向輸送給大電網(wǎng)，如10:00—16:00 時(shí)段。與案例二不同的是，在光伏出力高峰時(shí)，案例三中的電網(wǎng)仍需向園區(qū)供電，如13:00—16:00 時(shí)段。

負(fù)荷側(cè)：與案例一不同的是，在光伏系統(tǒng)出力高峰時(shí)，案例三圖8（b）沒(méi)有利用光伏出力信息引導(dǎo)小微企業(yè)用電方式，如10:00—16:00 時(shí)段。與案例二不同的是，案例三的園區(qū)負(fù)荷需求響應(yīng)曲線更平滑，當(dāng)其他能源單元向該負(fù)荷供電時(shí)，其波動(dòng)幅度會(huì)變小，如圖8 中12:00—14:00 時(shí)段。

同樣，圖9 給出了夏季典型暴雨日下基于小微企業(yè)需求響應(yīng)但不含儲(chǔ)能系統(tǒng)的微電網(wǎng)并網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行結(jié)果。

圖9 夏季典型暴雨日不含儲(chǔ)能的微電網(wǎng)并網(wǎng)優(yōu)化結(jié)果

對(duì)比圖8 和圖9 可知，儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠在電價(jià)高峰時(shí)降低電網(wǎng)向園區(qū)輸送的電量，如8:00—11:00，13:00—21:00 時(shí)段。因此，加入儲(chǔ)能系統(tǒng)降低了園區(qū)向電網(wǎng)購(gòu)買的經(jīng)濟(jì)成本。

3.2.4 案例對(duì)比

上述3 個(gè)案例優(yōu)化結(jié)果的對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。表4 顯示：在小微企業(yè)需求響應(yīng)前后的不同案例下，均體現(xiàn)出光伏系統(tǒng)的出力越大，小微園區(qū)日前24 h 經(jīng)濟(jì)成本越低；在相同案例下，含儲(chǔ)能后的日前24 h 經(jīng)濟(jì)成本要低于含儲(chǔ)能前的日前24 h 經(jīng)濟(jì)成本，并且需求響應(yīng)后的日前24 h 經(jīng)濟(jì)成本要低于需求響應(yīng)前的日前24 h 經(jīng)濟(jì)成本。

同時(shí)，為了表明小微企業(yè)需求響應(yīng)、光伏系統(tǒng)與儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)小微園區(qū)的綜合作用，根據(jù)前文給出的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計(jì)算出該園區(qū)在小微企業(yè)需求響應(yīng)前且不含光伏、儲(chǔ)能系統(tǒng)情況下的日前24 h經(jīng)濟(jì)成本為2.634 7×104元。將之與表4 中小微企業(yè)需求響應(yīng)前后的每個(gè)案例進(jìn)行對(duì)比，可以明顯看出：在小微企業(yè)需求響應(yīng)、光伏系統(tǒng)與儲(chǔ)能系統(tǒng)的共同作用下，有效降低了小微園區(qū)日前24 h經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本。因此，本文所提能量?jī)?yōu)化管理方法能有效降低日前24 h 經(jīng)濟(jì)成本，提高園區(qū)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

表4 小微園區(qū)日前24 h 經(jīng)濟(jì)成本優(yōu)化對(duì)比元

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)基于小微企業(yè)需求響應(yīng)的光-儲(chǔ)并網(wǎng)微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性能源優(yōu)化問(wèn)題，以各系統(tǒng)造價(jià)成本、維護(hù)成本、分時(shí)電價(jià)下購(gòu)電成本及園區(qū)富余電量上網(wǎng)盈利為指標(biāo)，構(gòu)建了含光伏、儲(chǔ)能、大電網(wǎng)及負(fù)荷的能量?jī)?yōu)化運(yùn)行模型。該模型分析了浙江省典型小微園區(qū)的負(fù)荷特性，確定各小微企業(yè)的用能特點(diǎn)，然后基于光伏系統(tǒng)出力與分時(shí)電價(jià)對(duì)負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，同時(shí)以在儲(chǔ)能側(cè)充放電功率及在電網(wǎng)側(cè)的售購(gòu)電功率為決策變量求解該模型，通過(guò)案例對(duì)比驗(yàn)證了所提方法的可行性。仿真結(jié)果表明：基于小微企業(yè)需求響應(yīng)的光-儲(chǔ)并網(wǎng)微電網(wǎng)能有效降低日前24 h 經(jīng)濟(jì)成本，并且光伏系統(tǒng)的加入實(shí)現(xiàn)了對(duì)可再生能源的利用，可促進(jìn)小微園區(qū)綠色、健康發(fā)展；同時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的加入實(shí)現(xiàn)了小微園區(qū)內(nèi)的能量再分配，改善了新能源利用效率。小微企業(yè)需求響應(yīng)使得小微園區(qū)實(shí)現(xiàn)了對(duì)可再生能源的再次消納，這不僅降低了可再生能源上網(wǎng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，還擴(kuò)展了可再生能源的消納方式。