【摘 要】微網(wǎng)作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，越來(lái)越受到各國(guó)學(xué)者的關(guān)注。本文從微網(wǎng)的環(huán)保經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，設(shè)計(jì)了包含冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)（CCHP）與互補(bǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)在內(nèi)的微網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并且進(jìn)一步提出了微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型。本論文用于并網(wǎng)與孤網(wǎng)兩種不同模式下的環(huán)保經(jīng)濟(jì)優(yōu)化。通過(guò)各種算例，驗(yàn)證了本文中設(shè)計(jì)的粒子群優(yōu)化算法的可行性，表明了在大電網(wǎng)中并入微網(wǎng)具有較高的經(jīng)濟(jì)性。

【關(guān)鍵詞】微網(wǎng)；經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；粒子群優(yōu)化算法；環(huán)保經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

第一章 緒論

環(huán)境污染與能源危機(jī)目前已經(jīng)成為當(dāng)今世界的兩大主要問(wèn)題。然而，面對(duì)日益增長(zhǎng)的能源需求與化石能源的短缺，傳統(tǒng)集中式大電網(wǎng)的弊端已經(jīng)日益凸顯。于本世紀(jì)初，來(lái)自世界各國(guó)的學(xué)者或機(jī)構(gòu)提出了微型電網(wǎng)的各種概念，簡(jiǎn)而言之，概括為：微網(wǎng)是由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、負(fù)荷、監(jiān)控、保護(hù)裝置等組成，通過(guò)分布式電源向附近負(fù)荷提供電能與熱能的小型發(fā)配電系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的分布式電源直接并網(wǎng)相比，微電網(wǎng)靈活、系統(tǒng)的將分布式電源與本地負(fù)荷組成一個(gè)整體，通過(guò)靜電開(kāi)關(guān)與傳統(tǒng)主電網(wǎng)相連，既可以與主電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行，又可以孤島模式運(yùn)行，更好的解決了分布式發(fā)電給電網(wǎng)帶來(lái)的種種不良影響。

第二章 基于粒子群算法的微網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行

5.1 微網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行的建模

5.1.1 本文微網(wǎng)模型

在微網(wǎng)的優(yōu)化中，首先需要作出微網(wǎng)的模型。微電網(wǎng)包括并網(wǎng)與孤島兩種運(yùn)行方式，本文中選擇了并網(wǎng)運(yùn)行模式并對(duì)其進(jìn)行建模。通過(guò)對(duì)第三章幾個(gè)國(guó)家微網(wǎng)模型的分析，簡(jiǎn)化，我們得到了如圖4-1所示的微網(wǎng)結(jié)構(gòu)，更加直觀的反映出了用戶(hù)與電網(wǎng)之間的供需關(guān)系。

5-1 微網(wǎng)簡(jiǎn)化模型

在該模型中，我們用到的微電源包括：PV——太陽(yáng)能電池

WT——風(fēng)力發(fā)電機(jī)

MT——微型燃?xì)廨啓C(jī)

FC——燃料電池

利用這四種不同形式的微電源來(lái)進(jìn)行供電，從而使得能源的利用率大大增加。

5.1.2 目標(biāo)函數(shù)

實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)優(yōu)化的目的便是在于實(shí)現(xiàn)總成本的最小化，因此，上述模型的建立便是為了實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)總成本的最小化，達(dá)到節(jié)約經(jīng)濟(jì)的效果。在本文中，由于熱度需求的不確定性，因此，考慮成本及收益時(shí)僅以電能與天然氣的收支作為依據(jù)。

本文建立的目標(biāo)函數(shù)為：

在該目標(biāo)函數(shù)中，i取值范圍為1-N，N——微網(wǎng)中微電源總數(shù)；

——第i個(gè)微電源的初始成本； ——蓄電池儲(chǔ)能裝置初始成本；

——第i個(gè)微電源的生命周期；l——利息率；

——主網(wǎng)購(gòu)電價(jià)格； ——每小時(shí)從主網(wǎng)購(gòu)買(mǎi)的電力；

——每小時(shí)銷(xiāo)售給主網(wǎng)的電力；ε——每次開(kāi)、停機(jī)消耗的成本；

D——微電源開(kāi)、停次數(shù)； ——第i個(gè)微電源單位出力維護(hù)成本

——第i個(gè)微電源每小時(shí)生產(chǎn)的電力； ——每小時(shí)生產(chǎn) 電力產(chǎn)生的 ；

——每小時(shí)生產(chǎn) 電力產(chǎn)生的 ； ——每小時(shí)生產(chǎn) 電力產(chǎn)生的 ；

——排放 的處罰價(jià)格； ——排放 的處罰價(jià)格；

——排放 的處罰價(jià)格；δ——購(gòu)買(mǎi)天然氣消耗的價(jià)格；

σ——銷(xiāo)售天然氣價(jià)格；

??——每小時(shí)生產(chǎn)電力為P時(shí)微型燃?xì)廨啓C(jī)所需天然氣；

——每小時(shí)生產(chǎn)電力為P時(shí)燃料電池所需天然氣；

——微網(wǎng)購(gòu)買(mǎi)的天然氣； ——微網(wǎng)銷(xiāo)售給用戶(hù)的天然氣；

5.1.3 約束條件

此模型中的等式約束條件為電力平衡等式：

——每小時(shí)電力總需求量； ——MT每小時(shí)發(fā)電量；

——FC每小時(shí)發(fā)電量； ——PV每小時(shí)發(fā)電量；

——WT每小時(shí)發(fā)電量； ?——微網(wǎng)功率損耗。

此模型的不等式約束條件有以下幾個(gè)方面：

1、功率上下線約束：

——第i臺(tái)機(jī)組出力下限； ——第i臺(tái)機(jī)組出力上限；

2、溫室氣體及污染物排放約束：

在該不等式中， 、 、 分別表示一定的控制范圍內(nèi)的CO2、SO2、NOx 排放極限。

3、微電源開(kāi)停機(jī)次數(shù)約束：

——微電源開(kāi)停機(jī)最大次數(shù)；

5.2 算例分析

由于本文研究的是在微網(wǎng)內(nèi)一天的負(fù)荷分配狀況，故而對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)化，得到只含有排放成本與發(fā)電成本的情況，該目標(biāo)函數(shù)變?yōu)椋?/p>

通過(guò)使用Matlab軟件，對(duì)當(dāng)前模型進(jìn)行基于粒子群優(yōu)化算法的編程并仿真計(jì)算。

5.2.1 參數(shù)設(shè)定

由前文已知，太陽(yáng)能與風(fēng)能發(fā)電的成本很低，基本沒(méi)有污染物的排放情況，且發(fā)電不穩(wěn)定，一直工作在最大功率，所以其情況不予考慮，故而只考慮微型燃?xì)廨啓C(jī)MT與燃料電池FC的排放成本與發(fā)電成本。

在本文算例中，使用到的微型燃?xì)廨啓C(jī)型號(hào)為Bowman GT80，使用到的燃料電池為固體氧化物電池。在該

實(shí)驗(yàn)算例中，MT與FC消耗的燃料和運(yùn)行維護(hù)參數(shù)如下表所示：

5.2.2 優(yōu)化結(jié)果

為了使得每個(gè)小時(shí)消耗的成本最小，做出了優(yōu)化后的出力曲線與總成本曲線圖，如圖5-3、圖5-4

經(jīng)過(guò)對(duì)圖5-3分析可知，MT的發(fā)電量達(dá)到最大值時(shí)處于MT冬季工作日的發(fā)電曲線上面的第17小時(shí)，在同一時(shí)間，NOx的排放量也達(dá)到了極限值，如此便意味著微網(wǎng)必須要從主電網(wǎng)上購(gòu)電才能夠滿(mǎn)足供電需求。在該曲線的第18小時(shí)，MT發(fā)電所放出的NOx已經(jīng)超過(guò)了指標(biāo)，故而發(fā)電量會(huì)停留在第17小時(shí)，剩余的供電需求需要從主電網(wǎng)上購(gòu)買(mǎi)。在上述的分析中可以發(fā)現(xiàn)，電量供不應(yīng)求從而從主電網(wǎng)購(gòu)買(mǎi)，這成本明顯高于自給自足，因此，之前的情況的總成本均都會(huì)增加。對(duì)于圖5-4而言，從圖中我們便可以清晰的發(fā)現(xiàn)，冬季的總成本是最大的，這種情況是由于冬天的光照不充足，太陽(yáng)能發(fā)電的工作處于低谷期，導(dǎo)致MT發(fā)電量增加，進(jìn)而使得發(fā)電總成本的增加。

參考文獻(xiàn)：

[1]周曉燕，劉天琪，沈浩東，等.含多種分布式電源的微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度研究[J].電工電能新技術(shù)，2013，32（1）：5-8.

[2]宋曉英，王艷松.基于協(xié)同進(jìn)化遺傳算法的微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)保調(diào)度[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，

作者簡(jiǎn)介：

劉文奇 性別：男 籍貫：江蘇省如皋市 專(zhuān)業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化；單位：貴州匯通華城股份有限公司 所在省區(qū)：貴州省貴陽(yáng)市白云區(qū) 單位郵編：550018

（作者單位：貴州匯通華城股份有限公司）