微电网孤岛经济运行优化策略

贵州大学电气工程学院　徐小明国家电网衢州供电公司　吴振鹏



微电网孤岛经济运行优化策略

贵州大学电气工程学院徐小明
国家电网衢州供电公司吴振鹏

在配售分离模式下，微电网孤岛运行模式下运行优化策略是在安全运行的前提下微电网的综合收益最优，即运行成本尽可能的小。本文提出了微电网孤岛运行模式下的经济运行优化模型。模型中考虑了微电网的运行成本、环境成本以及停电补偿成本，考虑了微电源的上下限出力和功率平衡约束。最后在算例中运用了粒子群算法，以典型日负荷曲线为例，得到了微电网孤岛运行时的各机组出力、微网的售电收益以及微网的运行成本和峰值时的停电补偿费用。

微电网；孤岛运行；优化策略

0　引言

孤岛运行是将微电网与大电网之间的联结母线切断，微电网自成一体，孤立运行［1］。一般在微电网运行经济优化策略时，又或是发生在由于因为检测到了外部大电网的故障，出现了不小扰动的情况下影响了电能的质量。即使微电网与大电网断开，微电网内部的分布式电源会给微网内部用户的敏感性负荷供电，这样一来，就对系统的可靠性、供电的不间断性水平有了明显提升。微网运行有很多特征，其中重要特征是孤岛运行方式，微电网在这种极端情况下也可以安全稳定的运行。

1　孤岛经济运行策略

本文主要研究了微网孤岛运行下，考虑了包含可变成本以及固定成本在内的微网运行的成本，还考虑了DG在燃料发电过程中产生的等气体所产生的环境成本以及为了满足微网安全经济稳定运行需要的停电成本的分析。孤岛运行方式下的微网经济运行优化策略如下：

（1）在选择向负荷供电的电源时，优先选用不可控型微电源。

（2）微网中的冷、热负荷以“以热定电”的方式确定微型燃气轮机的出力。

（3）当上述两种电源均无法满足微网的电负荷需求时，应当优先使用储能装置来满足微电网的负荷需求。

（4）用蓄电池放电时，即便是放电到了最小电荷状态，仍然不能充分满足网路中电负荷的需求，此时，为满足微网负荷需求，需要综合考虑微电源的发电成本，用经济的角度调节每个微电源的出力。

（5）如果蓄电池已经放电到了最小电荷状态，并且微网当中全部的不可控型微电源出力完全，也不能完全的达到微网当中负荷的需求，此时，可以将微网敏感性负荷进行权重，从低到高逐个切除。

（6）在自身负荷满足的前提下，优化微电网内部电源以及与大电网之间的交互功率来及时向蓄电池充电。

2　孤岛经济运行模型

2.1目标函数

微电网孤岛运行时，从外部看，微电网自身就是一个小的配电系统，微电网是首要目标就是满足微网内部自身用户的供电需求。微电网的主要收益来自于对微电网内部用户的售电，本文建立了描述微电网代理商售电给微电网内部用户的收入表达式为：

其中：T为时段数，L为微电网内的用户数，C为微电网代理商给微网内用户的统一售电价格，为微电网代理商在t时段给用户l的电量。

在微电网孤岛运行时的优化目标是使微电网代理商的利润收入最大化。微电网代理商可以通过调节微电网内发电机组的出力，必要时还可以切除部分可中断负荷来保证微电网的安全可靠运行，优化自身出力和用户负荷来使微电网达到收益最大。

目标函数如下：

2.2约束条件

对微电网的约束条件大致可分为：

（1）电源出力约束

在微电网的运行中每个发电机组的功率输出在任意时刻都有其严格的上下限约束，分别为发电元件的上下限出力。

（2）功率平衡约束

微电网中的发电机组距离负荷中心近，就近消耗电能，电能的传输距离较短，因此可以忽略微电网内的网损。上式中表示在任意时刻微电网中所有机组出力等于微网中瞬时负荷之和。

综上所述，将微电网孤岛运行优化问题转换在（2.3）、（2.4）的约束条件下目标函数的最优质求解问题。通过该模型可以求得微电网在孤岛运行时，在最优条件下，各机组的出力，售给用户的电量以及中断负荷量，从而求得微电网在孤岛运行时的最优运行策略［2］。

3　算例分析

在微电网中，微网的典型日负荷曲线如下图表所示（图3-1）。参考文献［3］中得到微网运行成本参数a，b，c如表3-1所示。微电网售给微网内用户的价格C为0.55元/kWh，各种污染物的惩罚均取0.005元 /kWh，缺电率分别取0.1、0.25、0.4，不同的缺电率情况下的补偿费用如表3-2所示。

图3-1　典型日负荷曲线

表3-1　微电网运行成本参数

表3-2　不同缺电率对应的补偿费用参数

基于粒子群算法，设置种群大小为100，学习因子C1=C2=1.5，最大速度，最小速度，迭代次数为100代［4，5］。以典型日为例，针对该典型日的负荷特性对微网孤岛运行的经济运行进行优化计算，可得到各时段微电网中的风电、光伏、燃气机组和燃料电池的出力（图3-2）以及微电网的收益如表3-3所示。

图3-2 微网中各机组的出力

表3-3　微电网的收益与成本

由以上数据可以得出：

（1）光伏发电和风力发电由于受气候影响，光伏发电在阳光充足时能够提供较好的输出；风力机组受风力大小的影响，其出力不稳定且不可控。而微型燃气机和燃料电池则对上述电源进行了互补：燃料电池运行质量高，负荷响应快，可以在数秒内由低负荷变换成额定负荷，起到了很好的调峰调频的作用；微型燃气机组可以多台集成扩容，容量大，承担起基荷和备用的作用。

（2）微电网在孤岛运行时的总收益（利润）大约占了总收入的38%左右，其中运行成本占比最大约为57%，优化微网运行可以降低运行成本提高微网的收益；环境成本也占到了4.7%，可见使用清洁能源能够也能提高微网的部分收益；在微网容量足够大的情况下，对高峰时可中断负荷停电补偿很少。

4　结语

在配售分离模式下［6］，微电网孤岛运行模式下运行优化策略是在安全运行的前提下微电网的综合收益最优。从仿真结果中可以看出微电网代理商优化微网经济运行可以降低成本来提高收益，同时使用清洁能源可以降低环境成本。

［1］李承熹，杨强，颜文俊.含分布式光伏电源的微电网孤岛动态运行策略［J］.电力系统保护与控制，2013，08:99-105.

［2］严文洁.考虑微电网的电力市场购售电优化策略［D］.西华大学，2013.

［3］陈鹏，周晖.微电网电力市场交易模型研究［J］.电力需求侧管理，2011，04:23-29.

［4］梅真.基于改进粒子群算法的微电网优化运行策略研究［D］.湖北工业大学，2015.

［5］苗雨阳，卢锦玲，朱国栋.基于改进多目标粒子群算法的微电网并网优化调度［J］.电力科学与工程，2012，07:15-20.

［6］徐佳.基于配售分离的终端电力市场研究［D］.上海交通大学，2012.

徐小明（1991—），男，安徽安庆人，硕士研究生，研究方向为电力市场。

吴振鹏（1991—），男，浙江衢州人，硕士研究生，研究方向为电力市场。