付宗強(qiáng)，王紅蕾,2，袁旭峰

（1.貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院，貴陽(yáng) 550025；2.貴州省“互聯(lián)網(wǎng)+”協(xié)同智能制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽(yáng) 550025）

1 引 言

由于人類不斷使用化石能源，導(dǎo)致全球氣候變暖、環(huán)境污染以及能源緊缺加劇。風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電作為一種可持續(xù)、無(wú)污染的能源受到世界各國(guó)的高度重視。以光伏、分布式風(fēng)機(jī)發(fā)電為代表的分布式電源（Distributed Generation，DG）因其經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和靈活性等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用到微電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域［1-2］。微電網(wǎng)群（Multi-microgrid, MMG）的出現(xiàn)克服了單個(gè)微電網(wǎng)裝機(jī)容量有限［2］、可再生能源消納不足的局限性，使得可再生能源在微電網(wǎng)之間協(xié)調(diào)消納成為現(xiàn)實(shí)，即微電網(wǎng)之間能夠通過(guò)聯(lián)絡(luò)線協(xié)調(diào)分配可再生能源。文獻(xiàn)［4-5］運(yùn)用集中式的能量管理架構(gòu)，通過(guò)能量管理中心（Energy Management Center, EMC）集中計(jì)算、協(xié)調(diào)能量調(diào)度使得微電網(wǎng)群的經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。然而在集中式能量管理架構(gòu)中，能量交換通過(guò)配電母線進(jìn)行，配電網(wǎng)與微電網(wǎng)之間的頻繁交換會(huì)加大對(duì)配電網(wǎng)的沖擊［6］。采用分布式能量管理架構(gòu)則可以利用微電網(wǎng)之間直接連接的特點(diǎn)交易電能，減少對(duì)配電網(wǎng)的沖擊與提高可再生能源的利用率，比如文獻(xiàn)[7-9]即采用分布式能量管理模型，構(gòu)建了微電網(wǎng)層多目標(biāo)優(yōu)化能量管理策略和集群層能量分配策略。

2 微電網(wǎng)群的調(diào)度模型

2.1 微電網(wǎng)群的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

以三種不同負(fù)載類型的微電網(wǎng)為研究對(duì)象，采用微電網(wǎng)群EMC 和微電網(wǎng)EMC 為控制主體。微電網(wǎng)群拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 微電網(wǎng)群拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

其中，上層為微電網(wǎng)群EMC 層，進(jìn)行微電網(wǎng)群可再生能源的協(xié)調(diào)，以及微電網(wǎng)群和配電網(wǎng)之間能量交易的管理；下層為微電網(wǎng)EMC 層，根據(jù)微電網(wǎng)群下發(fā)的功率限制，在保證微電網(wǎng)穩(wěn)定的前提下經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。

2.2 微電網(wǎng)群EMC 的協(xié)調(diào)優(yōu)化

根據(jù)各個(gè)微電網(wǎng)對(duì)可再生能源生產(chǎn)與需求量的不同，利用微電網(wǎng)間的互補(bǔ)特性進(jìn)行能量交易，可實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)群內(nèi)可再生能源的全消納。假設(shè)當(dāng)微電網(wǎng)j 有多余的可再生能源，而微電網(wǎng)i 可再生能源供給不足，此時(shí)微電網(wǎng)j 將自身多余的可再生能源賣給微電網(wǎng)i，如式：

當(dāng)γi＞0 時(shí)，表示微電網(wǎng)i 向微電網(wǎng)j 買電。反之，向微電網(wǎng)j 賣電。

3 聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型

3.1 上層模型

微電網(wǎng)群EMC 是能量管理的控制中心，位于微電網(wǎng)群的上層，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)群中微電網(wǎng)之間以及微電網(wǎng)與配電網(wǎng)之間的能量交易。微電網(wǎng)群EMC 接收來(lái)自各時(shí)段微電網(wǎng)EMC 發(fā)送的各出力單元的出力。主要目的是為了分配微電網(wǎng)群的可再生能源，達(dá)到可再生能源的全消納，減少微電網(wǎng)群對(duì)配電網(wǎng)的能量需求。

此處，以某時(shí)刻微電網(wǎng)向配電網(wǎng)的購(gòu)電量為優(yōu)化變量，構(gòu)建微電網(wǎng)群EMC 協(xié)調(diào)能力目標(biāo)函數(shù)：

式中：Pmgi,t為t 時(shí)刻微電網(wǎng)i 向配電網(wǎng)的購(gòu)電量。當(dāng)Pmgi,t＞0 時(shí)表示微電網(wǎng)向配電網(wǎng)的買電量;反之，則表示微電網(wǎng)向配電網(wǎng)的賣電量。

3.2 下層模型

微電網(wǎng)EMC 位于下層，接收來(lái)自微電網(wǎng)群EMC的對(duì)微電網(wǎng)向配電網(wǎng)購(gòu)售電的限制，管理微電網(wǎng)內(nèi)部的出力裝置，實(shí)現(xiàn)自身成本最小化的目標(biāo)。目標(biāo)函數(shù)如下式：

式中：Pmgi,t、Pfci,t、Pwti,t、Ppvi,t、Pesi,t、Psell/buyi,t分別表示微電網(wǎng)i 在t 時(shí)刻向配電網(wǎng)的購(gòu)電量、燃料電池、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能裝置出力以及微電網(wǎng)之間的購(gòu)售電量。Pprice表示向配電網(wǎng)的購(gòu)售電價(jià)，Pprice＞0表示向配電網(wǎng)購(gòu)電，反之售電。a、b、c、d、e 表示運(yùn)行成本系數(shù)。

3.3 約束條件

微電網(wǎng)群EMC 既要考慮微電網(wǎng)向配電網(wǎng)的交互功率限制，又要考慮微電網(wǎng)群整體功率的平衡。以公式形式表述即為：

儲(chǔ)能裝置用于微電網(wǎng)可再生能源的轉(zhuǎn)移，將富余的可再生能源轉(zhuǎn)移到高負(fù)荷的時(shí)段使用，實(shí)現(xiàn)能量的平衡利用。這一過(guò)程中的充放電功率約束以公式形式表述為：

公式（8）即為平衡約束，其中向配電網(wǎng)的購(gòu)售電量和微電網(wǎng)之間的購(gòu)售電量來(lái)自微電網(wǎng)群EMC。

4 模型求解

在全局粒子群優(yōu)化算法（Particle Swarm Optimization, PSO）中，隨著迭代次數(shù)的增加，粒子的鄰域逐漸變大，最后擴(kuò)大至整個(gè)種群。因此，也造成了“最優(yōu)”粒子容易陷入局部最優(yōu)。

為了有效避免局部最優(yōu)，采用環(huán)形鄰域PSO 進(jìn)行求解，每個(gè)粒子速度更新是根據(jù)個(gè)體極值和粒子鄰域內(nèi)粒子最優(yōu)值進(jìn)行。以8 個(gè)粒子為例，每次迭代尋找最優(yōu)個(gè)體時(shí)，粒子8 尋找8、7、1 這2 個(gè)粒子中最優(yōu)的個(gè)體；粒子6 尋找6、5、7 這2 個(gè)粒子中最優(yōu)的個(gè)體，以此類推。算法原理如圖2 所示。

圖2 環(huán)形鄰域PSO 算法原理

粒子的初始位置和速度隨機(jī)產(chǎn)生，更新過(guò)程為：

5 算例分析

5.1 基本參數(shù)

選取一個(gè)包含三個(gè)微電網(wǎng)的微電網(wǎng)群，其中包含商業(yè)負(fù)荷、居民負(fù)荷和工業(yè)負(fù)荷。各類負(fù)荷具有不同的需求特性。經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出的24h 負(fù)載預(yù)測(cè)曲線如圖2 所示。商業(yè)負(fù)載高峰期為9～18 時(shí)；居民負(fù)載高峰期為18～24 時(shí)；工業(yè)負(fù)載高峰期為8～18 時(shí)。三個(gè)微電網(wǎng)的風(fēng)速和光照強(qiáng)度條件有較大的差別，24 h光伏、風(fēng)機(jī)預(yù)測(cè)曲線如圖4 所示。

圖3 負(fù)載預(yù)測(cè)曲線圖

圖4 光伏、風(fēng)機(jī)預(yù)測(cè)曲線圖

5.2 調(diào)度結(jié)果與分析

三個(gè)微電網(wǎng)群的調(diào)度結(jié)果如圖5 所示。在1～2時(shí)刻，微電網(wǎng)1 和2 的可再生能源不足，并且此時(shí)微電網(wǎng)2 的可再生能源僅能維持自身的用電需求，所以微電網(wǎng)1 和2 選擇使用燃料電池來(lái)補(bǔ)償這部分功率缺額。在4 時(shí)刻，微電網(wǎng)1、2 和2 的可再生能源均有富余，此時(shí)不進(jìn)行微電網(wǎng)之間能量的交易，優(yōu)先選擇給儲(chǔ)能裝置充電，其次向配電網(wǎng)售電。在2、5、22、22、24 時(shí)刻，微電網(wǎng)1 的可再生能源不足，微電網(wǎng)2的可再生能源充足，所以微電網(wǎng)1 優(yōu)先選擇向微電網(wǎng)2 購(gòu)電，最后剩余的功率差額由儲(chǔ)能裝置來(lái)補(bǔ)償。同理，在11、12、12、14 時(shí)刻，微電網(wǎng)1 的可再生能源充足，優(yōu)先將多余的電能賣給其他微電網(wǎng)，再將剩余的電量?jī)?chǔ)存在儲(chǔ)能裝置。

圖5 微電網(wǎng)調(diào)度結(jié)果圖

6 結(jié) 束 語(yǔ)

可再生能源屬于不可控能源，其發(fā)電量隨著風(fēng)、光源的變化而變化，無(wú)法理想地滿足單個(gè)微電網(wǎng)的需求。通過(guò)微電網(wǎng)之間能源互聯(lián)，則能夠達(dá)到可再生能源的全消納，減少微電網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)的沖擊。研究暫未考慮微電網(wǎng)之間互聯(lián)出現(xiàn)故障的問(wèn)題，在進(jìn)一步研究中應(yīng)將其考慮在內(nèi)并尋求對(duì)策。當(dāng)前隨著能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，需求側(cè)與供給側(cè)共同調(diào)節(jié)將成為實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)的重要途經(jīng)。