許玉貞 詹紅霞 張瑞冬 魯 帆 苑吉河

（1.西華大學(xué)電氣信息學(xué)院，成都 610039；2.重慶市電力公司南岸分公司，重慶 401336）

目前，由分布式電源構(gòu)成的微網(wǎng)成為一種趨勢(shì)[1-6]，其中經(jīng)濟(jì)調(diào)度是微網(wǎng)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，有很多研究學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了大量的研究。微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度包括靜態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度和動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度，其中靜態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度不考慮實(shí)時(shí)時(shí)間段之間的聯(lián)系，不考慮機(jī)組的爬坡約束；而動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度考慮實(shí)時(shí)時(shí)間段之間的內(nèi)在聯(lián)系，后者更符合實(shí)際情況。本文中建立的模型是微網(wǎng)的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的模型。文獻(xiàn)[7]的目標(biāo)函數(shù)1 包括發(fā)電成本和運(yùn)行維護(hù)成本，目標(biāo)函數(shù)2是污染物對(duì)環(huán)境影響的成本，通過(guò)算例驗(yàn)證分析，得到多目標(biāo)比單目標(biāo)的更符合實(shí)際情況。文獻(xiàn)[8]對(duì)燃料費(fèi)用-發(fā)電出力特性模型建立線性模型，對(duì)蓄電池的放電模型線性化，并將上述問(wèn)題轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)規(guī)劃法，結(jié)果表明該方法的調(diào)度結(jié)果更為準(zhǔn)確。文獻(xiàn)[9]建立的是基于機(jī)會(huì)約束規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，提出了綜合考慮風(fēng)光波動(dòng)、負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差不確定因素建立的機(jī)會(huì)約束規(guī)劃模型，并結(jié)合具體的算例進(jìn)行驗(yàn)證分析。對(duì)于微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度，建立的目標(biāo)函數(shù)考慮的成本越多，得出的調(diào)度結(jié)果就更加準(zhǔn)確。查閱大量的文獻(xiàn)，其中考慮風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差的微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度相對(duì)較少。

本文中風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差按照正態(tài)分布處理。經(jīng)濟(jì)調(diào)度的優(yōu)化模型求解算法有很多，有遺傳算法[10]，拉格朗日法[11]，粒子群算法[10]等算法，本文中采用改進(jìn)的粒子群算法對(duì)模型進(jìn)行求解。引用文獻(xiàn)[12]風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差的產(chǎn)生的備用成本的模型，并對(duì)一個(gè)由風(fēng)電、光伏、燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)和負(fù)荷構(gòu)成的一個(gè)簡(jiǎn)單的獨(dú)立的微網(wǎng)算例進(jìn)行驗(yàn)證分析，建立的目標(biāo)函數(shù)有三個(gè)，目標(biāo)函數(shù)1 是發(fā)電成本函數(shù)，包括燃料成本、運(yùn)行維護(hù)成本，目標(biāo)函數(shù)2 是備用成本函數(shù)，目標(biāo)函數(shù)3 是環(huán)保成本函數(shù)，主要是排放污染物的處理成本。本文以一天為一個(gè)周期，在滿足功率約束、機(jī)組出力約束、爬坡約束等各種約束的條件下，結(jié)合具體的微網(wǎng)算例，利用改進(jìn)的粒子群算法對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解。得到考慮預(yù)測(cè)誤差的、不考慮預(yù)測(cè)誤差的費(fèi)用曲線，并與實(shí)際調(diào)度產(chǎn)生的費(fèi)用曲線作對(duì)比，考慮預(yù)測(cè)誤差的費(fèi)用曲線更接近實(shí)際情況；考慮預(yù)測(cè)誤差的一天的總費(fèi)用為11699 歐元，不考慮預(yù)測(cè)誤差的費(fèi)用為11234歐元，實(shí)際的費(fèi)用為12107 歐元，從總費(fèi)用來(lái)看，考慮預(yù)測(cè)誤差的更加接近實(shí)際情況。

1 風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差[13]

微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度主要是從兩個(gè)方面來(lái)理解，一方面是調(diào)度，調(diào)度就是機(jī)組的出力和分配負(fù)荷之間的配合；一方面是經(jīng)濟(jì)，經(jīng)濟(jì)就是使運(yùn)行成本、發(fā)電成本等最低。影響微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的因素有很多，其中風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差是重要因素之一。不考慮預(yù)測(cè)誤差的調(diào)度結(jié)果勢(shì)必會(huì)給微網(wǎng)的運(yùn)行帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn)，因此考慮預(yù)測(cè)誤差的微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度具有很大的研究?jī)r(jià)值。

與傳統(tǒng)的發(fā)電方式相比，風(fēng)力發(fā)電具有無(wú)污染、可再生特點(diǎn)，但同時(shí)也有間歇性、不穩(wěn)定性的缺點(diǎn)。風(fēng)機(jī)的出力受氣候、地形、風(fēng)力等的影響?？紤]風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差是很有必要的。文獻(xiàn)[8]風(fēng)電預(yù)測(cè)偏差按照正態(tài)分布處理。設(shè)Pwav為風(fēng)機(jī)的實(shí)際輸出功率，Pw為風(fēng)機(jī)的預(yù)測(cè)輸出功率，εw為預(yù)測(cè)偏差，則

預(yù)測(cè)偏差εw服從均值為0，方差為σw2的正態(tài)分布，其中σw2的大小公式（2）決定。

式中，Pwl為風(fēng)機(jī)的裝機(jī)容量。

對(duì)風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差的正態(tài)分布圖進(jìn)行分段，即對(duì)上述圖形的x軸進(jìn)行平分，平分成24段，將每一段積分得到的期望值，作為24段的預(yù)測(cè)誤差值。通過(guò)計(jì)算和查詢正態(tài)分布表，得到每個(gè)時(shí)段的預(yù)測(cè)誤差期望值。

2 微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型

2.1 目標(biāo)函數(shù)

風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差的存在，會(huì)影響到備用容量的確定，本文中引用文獻(xiàn)[12]考慮預(yù)測(cè)誤差的備用容量模型，將風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差產(chǎn)生的備用成本加到經(jīng)濟(jì)調(diào)度的旋轉(zhuǎn)備用的模型中[14]，得到考慮預(yù)測(cè)誤差的微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差產(chǎn)生的備用成本包括容量成本和電量成本兩個(gè)部分。

微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化函數(shù)如式（3）所示：

式中，f1是m個(gè)微電源的燃料成本、運(yùn)行維護(hù)成本，f2是原有的備用成本以及計(jì)及風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差產(chǎn)生的備用成本，f3為環(huán)保成本。

目標(biāo)函數(shù)1：

f1是m個(gè)微電源的燃料成本、運(yùn)行維護(hù)成本，Ci Pi(t)、M i Pi(t)分別為第i個(gè)微電源的燃料成本、運(yùn)行維護(hù)成本，其中Ci是燃料成本系數(shù)，Mi是運(yùn)行維護(hù)成本系數(shù)，Pi(t)是第i個(gè)微電源在t時(shí)刻的發(fā)電功率，m是微電源的總個(gè)數(shù)，T是調(diào)度周期。

目標(biāo)函數(shù)2：

f2是原有的備用成本以及計(jì)及風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差產(chǎn)生的備用成本，f21為原有的備用成本，包括兩個(gè)部分，一部分是容量成本，一部分是電量成本；f22為計(jì)及風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差產(chǎn)生的備用成本，也包括兩個(gè)部分，容量成本和電量成本。

式中，αi為第t小時(shí)備用容量的容量費(fèi)用，P為所購(gòu)買備用的大小，βi為第t小時(shí)調(diào)用的容量費(fèi)用，ρ i為第i個(gè)微電源發(fā)生故障的概率，Pi t(P)為對(duì)第i個(gè)微電源在第t小時(shí)發(fā)生故障且備用容量為P時(shí)的備用容量調(diào)用量。

式中，fr1為風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差的存在增加的容量成本，fr2為增加的電量成本。

式中，Cr為容量成本價(jià)格，Pc(t)為風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差引起的備用容量的增加。

風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差如式子（10）：

式中，Pwav和Pw分別是風(fēng)電的實(shí)際輸出功率，風(fēng)電的預(yù)測(cè)功率。

式中，Cd為第t小時(shí)的電量?jī)r(jià)格，E為風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差大于0 條件下的期望值。

目標(biāo)函數(shù)3：

式中，f3是環(huán)保成本，即是各個(gè)微電源排放的處理成本。kj為第j種氣體的處理價(jià)格，Eij為第i微電源第j個(gè)氣體的排放量，Pi(t)為第i個(gè)微電源第t小時(shí)的發(fā)電功率，n為排放氣體的總類數(shù)。

2.2 約束條件

功率平衡約束：

式中，Pi為第i機(jī)組的發(fā)電功率，PD為負(fù)荷，Pw和Ps分別是風(fēng)電預(yù)測(cè)功率和光伏預(yù)測(cè)功率。

可控機(jī)組的出力約束：

式中，Pimin、Pimax分別是機(jī)組i的可輸出的最小功率和最大功率。

可控機(jī)組的爬坡約束：

式中，Rju、Rjd分別是機(jī)組j的向上爬坡速率和向下爬坡速率，Δt為時(shí)間長(zhǎng)度。

3 改進(jìn)粒子群算法流程

粒子群算法的基本流程如圖1所示。

算例求解步驟：

Step1：確定粒子群大小，維數(shù)，初始化粒子群的位置及速度。ω為動(dòng)態(tài)慣性系數(shù)，按照式（16）變化，即隨著時(shí)間線性變化。

式中，ωstart為初始權(quán)重；ωend為最終權(quán)重；iter為迭代次數(shù)；t為仿真次數(shù)。

圖1 算法流程圖

Step2：計(jì)算粒子的適應(yīng)度值。

Step3：對(duì)于每個(gè)粒子，將其適用度值與當(dāng)前最優(yōu)值進(jìn)行比較，如果較好，則將其作為當(dāng)前的最佳位置，適應(yīng)值作為當(dāng)前最優(yōu)值。

Step4：根據(jù)式（18）、式（19）調(diào)整粒子速度和位置。

Step5：沒(méi)有達(dá)到條件則轉(zhuǎn)至第二步。

4 微網(wǎng)算例分析

本文采用的是一個(gè)簡(jiǎn)單的獨(dú)立的微網(wǎng)進(jìn)行驗(yàn)證分析，該微網(wǎng)包括風(fēng)機(jī)、光伏發(fā)電、燃料電池、內(nèi)燃機(jī)和微型燃?xì)廨啓C(jī)構(gòu)成的，如圖2所示。

圖2 微網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

分布式電源的運(yùn)行參數(shù)和排放參數(shù)參考文獻(xiàn)[13]。風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電幾乎是零排放零污染，優(yōu)先利用風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電，其次再調(diào)用其他機(jī)組出力，利用改進(jìn)的粒子群算法對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，得到各個(gè)機(jī)組出力曲線圖，如圖3所示。

圖3 機(jī)組出力曲線圖

由機(jī)組出力圖可以看出光伏和風(fēng)機(jī)按最大出力，然后再調(diào)用燃料電池，由圖可知由于燃料電池成本較低，各個(gè)時(shí)刻的燃料電池出力較大，其次是內(nèi)燃機(jī)，最后是微型燃?xì)廨啓C(jī)。由圖上的18 時(shí)，19時(shí)，20 時(shí)，燃料電池和內(nèi)燃機(jī)都分別達(dá)到機(jī)組的最大出力，此時(shí)微型燃?xì)廨啓C(jī)作為備用機(jī)組被調(diào)用。

表1是考慮風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差的各種費(fèi)用及其所占的比例，其中風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差增加的備用成本占總調(diào)度費(fèi)用的2.22%，占總的備用成本的29.63%，從上述數(shù)據(jù)中可以看出風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差對(duì)微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的影響程度，由此得出考慮風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差對(duì)備用成本的影響還是非常有必要的；表2是一天總的成本，考慮預(yù)測(cè)誤差的總成本較接近于實(shí)際調(diào)度產(chǎn)生的成本費(fèi)用；從圖4中實(shí)線是實(shí)際調(diào)度費(fèi)用，虛線是考慮預(yù)測(cè)誤差成本的調(diào)度費(fèi)用，點(diǎn)線是不考慮風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差成本的費(fèi)用曲線，從圖中可以看出虛線較為接近實(shí)線，即考慮風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差成本的較為接近實(shí)際調(diào)度情況；從而得到考慮風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差的微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度更接近于實(shí)際情況。

表1 考慮風(fēng)電誤差各種費(fèi)用成本及其所占比例

表2 一天的總的成本費(fèi)用

圖4 成本費(fèi)用曲線圖

5 結(jié)論

本文中考慮的風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差對(duì)微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的影響主要體現(xiàn)在對(duì)備用成本的影響，在備用成本函數(shù)中增加一部分風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差產(chǎn)生的備用成本。通過(guò)算例驗(yàn)證得到考慮風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差的微網(wǎng)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度更加接近實(shí)際情況，同時(shí)驗(yàn)證了算法和模型的有效性。

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