潘險(xiǎn)險(xiǎn)， 陳霆威， 許志恒， 王天倫， 張俊瀟

(1. 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 電網(wǎng)規(guī)劃研究中心， 廣州 510080；2. 廣州市奔流電力科技有限公司，廣州 510640)

微電網(wǎng)是指由分布式電源(Distributed Generation，DG)、能量轉(zhuǎn)換裝置、負(fù)荷、監(jiān)控和保護(hù)裝置等匯集而成的小型發(fā)配用電系統(tǒng)，是一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)[1]，既可以接入配網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以應(yīng)用于海島、鄉(xiāng)村等大電網(wǎng)不適于延伸的偏遠(yuǎn)地區(qū)獨(dú)立運(yùn)行.微電網(wǎng)可有效解決DG大規(guī)模接入的問(wèn)題，是具有間歇性與波動(dòng)性等分布式DG與電網(wǎng)之間的有效“橋梁”.未來(lái)在“碳達(dá)峰”與“碳中和”目標(biāo)下，隨著DG的進(jìn)一步發(fā)展和高滲透率，微電網(wǎng)作為DG分布式利用的一種有效形式，更將成為電網(wǎng)的智慧“積木塊”，成為服務(wù)于能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略、實(shí)現(xiàn)電能高效清潔轉(zhuǎn)換與資源協(xié)調(diào)配置的重要組網(wǎng)形態(tài)[2-5].

微電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)的研究是微電網(wǎng)高效運(yùn)行以及未來(lái)蓬勃發(fā)展的基礎(chǔ)[6]，當(dāng)前研究多為單一的容量規(guī)劃或網(wǎng)架規(guī)劃.其中，容量規(guī)劃的研究主要是對(duì)某一特定類型微電網(wǎng)的規(guī)劃，多側(cè)重于對(duì)源和儲(chǔ)的規(guī)劃，通常應(yīng)保證電源容量充足，足夠支撐微電網(wǎng)范圍的負(fù)荷，并保證一定的供電可靠性，在此基礎(chǔ)上盡可能提升經(jīng)濟(jì)性，調(diào)整能源的容量比例以降低發(fā)電、供電成本[7-10].但是，微電網(wǎng)建設(shè)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與可靠性存在一定沖突.如何實(shí)現(xiàn)不同場(chǎng)景下經(jīng)濟(jì)性與可靠性的平衡是容量規(guī)劃的一個(gè)難點(diǎn).而網(wǎng)架規(guī)劃的研究則主要是考慮對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性的處理[11-14].網(wǎng)架規(guī)劃對(duì)于可靠性的處理多考慮微電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)線路損耗導(dǎo)致的成本，負(fù)荷量大的節(jié)點(diǎn)需要距離微源更近以減小線路損耗，這樣也實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性與可靠性的統(tǒng)一.但這種方法對(duì)可靠性的衡量相對(duì)固定，無(wú)法滿足不同場(chǎng)景對(duì)可靠性的不同需求.而且，這些文獻(xiàn)大多未考慮節(jié)點(diǎn)負(fù)荷重要程度對(duì)可靠性的影響，以及網(wǎng)絡(luò)故障可能導(dǎo)致的用戶停電損失，在實(shí)際應(yīng)用中存在一定的局限性.結(jié)合微電網(wǎng)發(fā)展的新形勢(shì)，微網(wǎng)將面臨可能高達(dá)100%的可再生能源滲透率，以及負(fù)荷從“被動(dòng)”用電到“主動(dòng)”用電的轉(zhuǎn)變，對(duì)微網(wǎng)內(nèi)源儲(chǔ)荷的融合有著更高的要求.實(shí)際上容量規(guī)劃和網(wǎng)架規(guī)劃是互相影響、相輔相成的.因此，僅對(duì)容量或者網(wǎng)架進(jìn)行規(guī)劃，實(shí)際上都很難達(dá)到微網(wǎng)規(guī)劃的最優(yōu).

為此，提出一種適應(yīng)多場(chǎng)景的微電網(wǎng)一體化規(guī)劃方法，針對(duì)容量規(guī)劃與網(wǎng)架規(guī)劃的不同特點(diǎn)建立雙層模型：上層以經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)為目標(biāo)建立容量規(guī)劃模型，通過(guò)獨(dú)立運(yùn)行持續(xù)時(shí)間等約束來(lái)保證微電網(wǎng)的可靠性，采用混合整數(shù)優(yōu)化算法求解；下層以經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)為目標(biāo)，考慮實(shí)際運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的用戶停電損失，建立網(wǎng)架規(guī)劃模型，采用粒子群優(yōu)化算法求解，通過(guò)判斷規(guī)劃結(jié)果的合理性形成反饋通道，實(shí)現(xiàn)容量與網(wǎng)架規(guī)劃的統(tǒng)一.

1 一體化規(guī)劃方法

微電網(wǎng)可接入的微源種類多樣，在不同場(chǎng)景下可能存在多種不同的微源組合，如何協(xié)調(diào)不同微源間的建設(shè)與使用，以及合理規(guī)劃可控電源與不可控電源的比例，將明顯影響微電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性與可靠性.此外，負(fù)荷的重要程度與可靠性需求將對(duì)規(guī)劃結(jié)果產(chǎn)生明顯影響.因此在網(wǎng)架規(guī)劃時(shí)，需要充分考慮用戶對(duì)可靠性的需求，從而減小線路故障造成的損失.

進(jìn)一步結(jié)合對(duì)已有微電網(wǎng)示范工程與研究的相關(guān)分析，可知，有效的微網(wǎng)規(guī)劃需要解決以下關(guān)鍵問(wèn)題：

(1) 新能源機(jī)組的接入從根本上改變了傳統(tǒng)電網(wǎng)“源隨荷動(dòng)”的運(yùn)行模式.可再生能源種類的多樣性與出力的不可調(diào)度性導(dǎo)致了微電網(wǎng)組成的多樣性.在規(guī)劃時(shí)應(yīng)考慮不同微電網(wǎng)的組網(wǎng)特點(diǎn)，建立能滿足大多數(shù)微電網(wǎng)規(guī)劃需要的普適性模型.

(2) 微電網(wǎng)對(duì)可靠性的要求存在個(gè)體差異，不同類型與不同重要程度的負(fù)荷停電造成的損失不盡相同.根據(jù)規(guī)劃地區(qū)實(shí)際規(guī)劃需要，建立的模型應(yīng)能滿足不同可靠性場(chǎng)景的需要.并且，需要從源、荷雙側(cè)同時(shí)進(jìn)行，而不能局限于源對(duì)微電網(wǎng)可靠性的影響.

(3) 運(yùn)行的多場(chǎng)景性以及源儲(chǔ)荷的靈活性，使得微網(wǎng)規(guī)劃中容量規(guī)劃和網(wǎng)架規(guī)劃相輔相成、不能割裂.兩者同時(shí)受到場(chǎng)景對(duì)經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性與可靠性的需求變化影響，應(yīng)當(dāng)通過(guò)一定的方法實(shí)現(xiàn)兩者的統(tǒng)一.

為此，提出一種適應(yīng)多場(chǎng)景的微電網(wǎng)一體化柔性規(guī)劃方法，由微電網(wǎng)的類型與組成判斷、容量規(guī)劃以及網(wǎng)架規(guī)劃3部分組成，如圖1所示.其中，“適應(yīng)多場(chǎng)景”主要指適用于多種不同類型、不同組成的微電網(wǎng)；“柔性”主要指可通過(guò)靈活調(diào)整可靠性參數(shù)以滿足不同微電網(wǎng)建設(shè)對(duì)可靠性的個(gè)性化要求；“一體化”則主要指系統(tǒng)整體既有前向?qū)訉舆f進(jìn)通道，又通過(guò)評(píng)價(jià)系統(tǒng)合理性和有效性的判斷形成多層閉環(huán)反饋，完成微網(wǎng)規(guī)劃“類型與組成判斷、容量規(guī)劃以及網(wǎng)架規(guī)劃”的大閉環(huán).

圖1 適應(yīng)多場(chǎng)景的微電網(wǎng)一體化柔性規(guī)劃方法框架示意圖Fig.1 Framework of multi-scenario integrated flexible planning method for microgrid

2 模型的建立

2.1 微電網(wǎng)類型與組成判斷

微電網(wǎng)類型與組成判斷是進(jìn)行微電網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ).不同規(guī)劃地區(qū)的風(fēng)光和場(chǎng)地條件等各不相同，其微電網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo)與對(duì)可靠性的要求也不相同.因此在微電網(wǎng)規(guī)劃前，需要對(duì)規(guī)劃地區(qū)進(jìn)行資料收集，通過(guò)專家系統(tǒng)初步確定微電網(wǎng)的類型與組成，確定對(duì)可靠性的重視程度，并根據(jù)實(shí)際情況得到相關(guān)約束作為后續(xù)微電網(wǎng)規(guī)劃的限制條件.

其中，微電網(wǎng)的類型判斷為確定規(guī)劃地區(qū)建設(shè)的是并網(wǎng)型微電網(wǎng)還是獨(dú)立型微電網(wǎng)，需要依據(jù)規(guī)劃地區(qū)資源情況、負(fù)荷需求以及建設(shè)目標(biāo)等共同確定.微電網(wǎng)的組成判斷則需要確定在微電網(wǎng)什么位置適合建設(shè)何種類型的機(jī)組或儲(chǔ)能，完成機(jī)組選型，并根據(jù)場(chǎng)地條件確定允許的機(jī)組裝機(jī)容量范圍.此處可根據(jù)已建設(shè)的示范工程大數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，形成專家?guī)欤瓿山M成初判.

2.2 下層容量規(guī)劃模型

獨(dú)立型微電網(wǎng)可看作與電網(wǎng)交互電量為0的特殊并網(wǎng)型微電網(wǎng)，不失一般性，以并網(wǎng)型微電網(wǎng)作為規(guī)劃對(duì)象.在考慮滿足負(fù)荷供電需求的前提下，以總費(fèi)用最小為目標(biāo)，并綜合考慮DG的環(huán)境效益和網(wǎng)絡(luò)的可靠性水平，建立微電網(wǎng)容量規(guī)劃模型.

2.2.1目標(biāo)函數(shù)

minC=CDG+CDGY+CDGF+

CCN+CHJ-CHB+CPCC

(1)

式中：CDG為DG年投資費(fèi)用；CDGY為DG年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用；CDGF為DG年燃料成本；CCN為儲(chǔ)能年投資費(fèi)用；CHJ為DG年環(huán)境成本；CHB為環(huán)保補(bǔ)貼；CPCC為網(wǎng)絡(luò)購(gòu)電成本.分別定義如下：

(2)

(3)

(4)

式中：cF為燃?xì)廨啓C(jī)/柴油機(jī)機(jī)組(簡(jiǎn)稱機(jī)組)單位電量的燃料成本；EMT,t為機(jī)組t時(shí)刻至t+1時(shí)刻的發(fā)電量.

(5)

式中：cCN為所有儲(chǔ)能設(shè)備一次總投資.

(6)

(7)

(8)

式中：cpcc,t為t時(shí)刻至t+1時(shí)刻的交易電價(jià)，假定交易電價(jià)在一定時(shí)段內(nèi)保持不變，且微電網(wǎng)向上級(jí)電網(wǎng)購(gòu)售電的價(jià)格相同；Epcc,t為t時(shí)刻至t+1時(shí)刻微電網(wǎng)與上級(jí)電網(wǎng)交易能量.

2.2.2約束條件

(1) DG裝機(jī)容量約束.受場(chǎng)地、自然資源和電網(wǎng)條件的限制，風(fēng)力機(jī)、光伏陣列可裝設(shè)的數(shù)量有限.風(fēng)力機(jī)、光伏等DG的安裝容量約束為

Ga,min≤Ga≤Ga,max

(9)

式中：Ga,min為裝機(jī)容量下限；Ga,max為裝機(jī)容量上限；Ga指代GWT、GPV、GMT，分別為風(fēng)力機(jī)(WT)、光伏(PV)、機(jī)組(MT)實(shí)際裝機(jī)容量.

(2) 可再生能源比例約束.對(duì)于并網(wǎng)型微電網(wǎng)，為了充分消納可再生能源，一般要求可再生能源裝機(jī)容量不小于微電網(wǎng)總裝機(jī)容量(Gall)的50%[15]，即有

GWT+GPV≥0.5Gall

(10)

(3) 儲(chǔ)能約束.考慮到儲(chǔ)能設(shè)備的損耗和其能量存儲(chǔ)時(shí)間上的耦合性等因素，約束條件如下：

(11)

(4) 電量交易約束：

(12)

式中：Ppcc,t為t時(shí)刻微電網(wǎng)與上級(jí)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線上的實(shí)際功率；Ppcc,max為該聯(lián)絡(luò)線可承受的最大傳輸功率；P(t)為t時(shí)刻的負(fù)荷總功率.為了保證微電網(wǎng)的相對(duì)獨(dú)立運(yùn)行，要求微電網(wǎng)與上級(jí)電網(wǎng)的全年電能交易量不超過(guò)微電網(wǎng)全年用電量的50%[15].

(5) 全網(wǎng)功率平衡約束：

(13)

式中：Pb(t)為t時(shí)刻風(fēng)力機(jī)、光伏、機(jī)組、儲(chǔ)能(CN)的出力.對(duì)于并網(wǎng)型微電網(wǎng)，要求在任何時(shí)刻微電網(wǎng)與上級(jí)電網(wǎng)斷開連接時(shí)，均能保證對(duì)微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷一段時(shí)間的持續(xù)供電[15].以2 h為例，約束條件如下：

(14)

要求對(duì)t的所有取值式(14)均成立.

(6) DG功率約束.DG出力不能超出DG的裝機(jī)容量范圍，即：

(15)

2.3 上層網(wǎng)架規(guī)劃模型

將微電網(wǎng)的容量規(guī)劃結(jié)果作為已知條件，進(jìn)行微電網(wǎng)的網(wǎng)架規(guī)劃.并網(wǎng)型微電網(wǎng)與獨(dú)立型微電網(wǎng)的網(wǎng)架規(guī)劃類似.并網(wǎng)型微電網(wǎng)可通過(guò)公共接入點(diǎn)(Point of Common Coupling，PCC)與上級(jí)電網(wǎng)連接，規(guī)劃要素更多，場(chǎng)景更復(fù)雜，因此以并網(wǎng)型微電網(wǎng)為例，以微電網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)營(yíng)成本最小為目標(biāo)，建立網(wǎng)架規(guī)劃模型.

2.3.1目標(biāo)函數(shù) 考慮到網(wǎng)架的投資回收期和DG有所不同，規(guī)劃模型采用最小化網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用作為優(yōu)化目標(biāo)，包括線路投資、網(wǎng)絡(luò)損耗成本和用戶停電損失費(fèi)用，目標(biāo)函數(shù)如下式所示：

minC=Cline+CL+kCcom

(17)

式中：Cline為線路投資費(fèi)用的等年值；CL為網(wǎng)絡(luò)損耗年費(fèi)用；k為衡量對(duì)用戶停電重視程度的參數(shù)；Ccom為用戶停電損失費(fèi)用.目標(biāo)函數(shù)體現(xiàn)了對(duì)經(jīng)濟(jì)性與可靠性的要求，其中有

(18)

式中：Fline為線路初始投資費(fèi)用；m為線路經(jīng)濟(jì)使用壽命，一般架空線路取30年，電纜取40年.

(19)

式中：Et為t時(shí)段網(wǎng)絡(luò)損耗的總電量.這里將網(wǎng)絡(luò)損耗成本用損耗電量對(duì)應(yīng)的燃料成本進(jìn)行等價(jià).

在微電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)可能因線路故障導(dǎo)致用戶停電，將微電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)各條線路故障導(dǎo)致的停電損失之和作為總的用戶停電損失費(fèi)用：

(20)

2.3.2約束條件

(1) 節(jié)點(diǎn)功率平衡約束.節(jié)點(diǎn)功率平衡約束要求各節(jié)點(diǎn)功率輸入量等于節(jié)點(diǎn)功率輸出量，即：

(21)

式中：Px和Qx分別為從節(jié)點(diǎn)x輸入到微電網(wǎng)的有功功率和無(wú)功功率；H(y)為與x節(jié)點(diǎn)連接的所有線路集；Px,y和Qx,y分別為從節(jié)點(diǎn)x向節(jié)點(diǎn)y輸送的有功功率和無(wú)功功率.

(2) 節(jié)點(diǎn)電壓約束.節(jié)點(diǎn)電壓約束要求各節(jié)點(diǎn)電壓保持在允許范圍內(nèi)，以保證供電質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，即：

Ux0,min≤|Ux0|≤Ux0,max

(22)

式中：Ux0,min和Ux0,max分別為節(jié)點(diǎn)x允許電壓最小值和最大值；Ux0為節(jié)點(diǎn)x的電壓水平，且

(23)

式中：Nx為除x點(diǎn)以外節(jié)點(diǎn)的集合；PL(y,x)和QL(y,x)分別為節(jié)點(diǎn)y向節(jié)點(diǎn)x傳輸?shù)挠泄β屎蜔o(wú)功功率；Ry,x和Xy,x分別為節(jié)點(diǎn)y與節(jié)點(diǎn)x之間的線路電阻和電抗.

(3) 支路潮流約束.支路潮流約束要求各條支路的傳輸容量之和小于線路可承受容量的極限，即：

(24)

式中：Sx,y,max為節(jié)點(diǎn)x與節(jié)點(diǎn)y間線路允許傳輸容量Sx,y的最大值.

(4) 連通性約束.連通性約束要求網(wǎng)架結(jié)構(gòu)應(yīng)保證規(guī)劃地區(qū)沒有孤立節(jié)點(diǎn)的存在.此外，由于微電網(wǎng)中儲(chǔ)能的接入帶來(lái)了可靠性水平的明顯提升，沒有通過(guò)環(huán)狀接線進(jìn)一步提高供電可靠水平的必要性，因而較多地采用了輻射狀的接線模式，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中不應(yīng)出現(xiàn)環(huán).

3 一體化規(guī)劃算法流程

所提雙層規(guī)劃算法實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示.容量規(guī)劃部分主要根據(jù)規(guī)劃地區(qū)實(shí)際條件，判斷微電網(wǎng)的基本類型與組成，以建設(shè)運(yùn)行總成本最小為目標(biāo)，兼顧可靠性與環(huán)保性要求，建立相應(yīng)的微電網(wǎng)容量規(guī)劃模型，并采用混合整數(shù)優(yōu)化算法求解得到各組成的最優(yōu)容量配置.網(wǎng)架規(guī)劃則根據(jù)容量規(guī)劃結(jié)果，確定可靠性參數(shù)，以建設(shè)運(yùn)行總成本最小為目標(biāo)，兼顧微電網(wǎng)的可靠性要求，建立網(wǎng)架規(guī)劃模型，并采用粒子群優(yōu)化算法求解得到最優(yōu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu).

圖2 微電網(wǎng)雙層規(guī)劃模型流程圖Fig.2 Flow chart of two-layer planning model of microgrid

整個(gè)規(guī)劃系統(tǒng)在容量規(guī)劃內(nèi)部閉環(huán)和網(wǎng)架規(guī)劃內(nèi)部閉環(huán)基礎(chǔ)上，容量與網(wǎng)架規(guī)劃相輔相成，形成統(tǒng)一的大閉環(huán)系統(tǒng)，交叉迭代并進(jìn)行修正，直到規(guī)劃結(jié)果符合實(shí)際要求.

4 仿真與實(shí)驗(yàn)

以某10節(jié)點(diǎn)城市地區(qū)的10 kV微電網(wǎng)規(guī)劃為例，以該城市地區(qū)的典型日負(fù)荷數(shù)據(jù)與風(fēng)光數(shù)據(jù)替代全年數(shù)據(jù)，采用“風(fēng)+光+燃+儲(chǔ)”的并網(wǎng)型微電網(wǎng)組網(wǎng)方式，建立微電網(wǎng)一體化規(guī)劃模型，驗(yàn)證所提模型的有效性，并討論不同可靠性參數(shù)下所得規(guī)劃方案的經(jīng)濟(jì)性.圖3為該地區(qū)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)圖，(1)～(20)為線路編號(hào)；圖4為各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷量(Pn)變化曲線；表1為各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷重要程度；表2為對(duì)應(yīng)線路的長(zhǎng)度參數(shù)，線路采用LGJ-185型架空線線路.該電網(wǎng)擬與上級(jí)電網(wǎng)連接的節(jié)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)9，聯(lián)絡(luò)線功率傳輸不得超過(guò) 1 000 kW.此外，該城市地區(qū)采用分時(shí)電價(jià)機(jī)制，各時(shí)段微電網(wǎng)向大電網(wǎng)的購(gòu)售電價(jià)格如表3所示.

圖3 規(guī)劃地區(qū)微電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Grid structure of microgrid in planning area

圖4 各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷量變化曲線圖Fig.4 Curve diagram of load change for each node

表1 各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷重要程度Tab.1 Importance of load at each node

表2 各線路長(zhǎng)度參數(shù)Tab.2 Length of each line

表3 分時(shí)電價(jià)Tab.3 Time-of-use price

根據(jù)規(guī)劃地區(qū)風(fēng)光、場(chǎng)地和負(fù)荷條件等信息，選擇各機(jī)組的型號(hào).各機(jī)組對(duì)應(yīng)的參數(shù)如下：額定功率為30 kW，初始投資費(fèi)用為7000元/kW，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用為0.3元/kW；單個(gè)光伏陣列的額定功率為 10 kW，初始投資費(fèi)用為 6 195 元/kW，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用為0.2元/kW；燃?xì)廨啓C(jī)的單位電量燃料費(fèi)用為0.63元，初始投資費(fèi)用為1.911萬(wàn)元/kW，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用為 0.035 8 元/kW；儲(chǔ)能的自損耗率為0.04，最大充電與放電速率分別為SOC的0.2和0.4，充放電效率為0.95，正常運(yùn)行SOC范圍為 0.2～0.9，初始投資費(fèi)用為5 400 元/(kW·h)，儲(chǔ)能的初始SOC設(shè)為0.5.圖5為選定的風(fēng)力機(jī)與光伏在該地區(qū)的出力(P′)預(yù)測(cè)曲線.各機(jī)組在微電網(wǎng)中適宜接入的位置與最大接入容量如表4所示.

表4 DG與儲(chǔ)能的接入約束Tab.4 Access constraits of DG and energy storage

圖5 DG出力預(yù)測(cè)曲線Fig.5 Curve diagram of DG output prediction

此外，燃?xì)廨啓C(jī)的典型污染物SO2、NOx和CO2的排放數(shù)據(jù)分別為 0.000 928、0.618 8、184.082 9 g/(kW·h).典型污染氣體的環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)及罰款標(biāo)準(zhǔn)如表5所示，可再生能源機(jī)組的環(huán)保補(bǔ)貼均為0.2元/(kW·h).

表5 典型污染氣體的環(huán)境價(jià)值及罰款標(biāo)準(zhǔn)Tab.5 Environmental value and penalty standard for typical polluted gases 元/kg

設(shè)該并網(wǎng)型微電網(wǎng)要求任何時(shí)刻轉(zhuǎn)入獨(dú)立運(yùn)行時(shí)均能保證微電網(wǎng)內(nèi)符合持續(xù)供電2 h，對(duì)用戶停電重視程度的參數(shù)k=0.粒子群算法初始種群數(shù)為5，慣性權(quán)重為0.9，自我學(xué)習(xí)因子為1，群體學(xué)習(xí)因子為2，粒子群的最大迭代次數(shù)為50.

5 結(jié)果與分析

根據(jù)上述城市地區(qū)規(guī)劃相關(guān)信息，求解得到城市地區(qū)并網(wǎng)型微電網(wǎng)“風(fēng)+光+燃+儲(chǔ)”容量規(guī)劃結(jié)果，為了突出可靠性對(duì)容量規(guī)劃的結(jié)果，設(shè)置該并網(wǎng)型微電網(wǎng)在任何時(shí)刻轉(zhuǎn)入獨(dú)立運(yùn)行時(shí)均保證微電網(wǎng)內(nèi)持續(xù)供電24 h，采用獨(dú)立型微電網(wǎng)的方法進(jìn)行規(guī)劃，即“孤島規(guī)劃，并網(wǎng)運(yùn)行”的結(jié)果作為對(duì)比，如表6所示.

表6 “風(fēng)+光+燃+儲(chǔ)”容量規(guī)劃結(jié)果Tab.6 Capacity results of wind-solar-fuel-storage

可見，在該場(chǎng)景下光伏與風(fēng)力機(jī)的規(guī)劃容量均遠(yuǎn)高于燃?xì)廨啓C(jī)的規(guī)劃容量.由于向上級(jí)電網(wǎng)獲取電能與燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組出力均能為微電網(wǎng)提供穩(wěn)定可控的電能，而向上級(jí)電網(wǎng)購(gòu)電經(jīng)濟(jì)性更好，因此燃?xì)廨啓C(jī)規(guī)劃容量很小.在該場(chǎng)景下可再生能源得到充分利用，但可再生能源機(jī)組出力變化速度快、出力峰谷差大，需要配有較大容量的儲(chǔ)能.當(dāng)采用獨(dú)立型微電網(wǎng)的方法進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)容量明顯上升，微電網(wǎng)可控電量來(lái)源的比例明顯提高，儲(chǔ)能規(guī)劃容量明顯降低，總成本增加了約20.91%，通過(guò)犧牲經(jīng)濟(jì)性獲得了較高的供電可靠性.

此外，該場(chǎng)景下微電網(wǎng)燃?xì)廨啓C(jī)組的規(guī)劃容量較小，考慮到燃汽輪機(jī)組配套設(shè)施的建設(shè)情況，其性價(jià)比可能進(jìn)一步降低.此時(shí)可判斷為規(guī)劃結(jié)果不合理，返回專家系統(tǒng)將微電網(wǎng)的組成修正為“風(fēng)+光+儲(chǔ)”的并網(wǎng)型微電網(wǎng)，重新進(jìn)行容量規(guī)劃的結(jié)果如表7所示.

表7 “風(fēng)+光+儲(chǔ)”容量規(guī)劃結(jié)果Tab.7 Capacity results of wind-solar-storage

可見，放棄燃?xì)廨啓C(jī)的使用后總成本增加了約0.45%，增幅極小，在工程實(shí)際中經(jīng)濟(jì)性可能更優(yōu).因此，在該場(chǎng)景下，根據(jù)規(guī)劃地區(qū)實(shí)際情況可靈活選擇“風(fēng)+光+燃+儲(chǔ)”或“風(fēng)+光+儲(chǔ)”的微電網(wǎng)組成.

根據(jù)城市微電網(wǎng)規(guī)劃相關(guān)信息以及“風(fēng)+光+燃+儲(chǔ)”容量規(guī)劃結(jié)果，求得網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果如圖6所示；其規(guī)劃成本，即線路投資費(fèi)用的等年值與線路損耗費(fèi)用之和如表8所示.

圖6 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果圖(k=0)Fig.6 Graph of optimal grid structure (k=0)

表8 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果Tab.8 Optimization results for grid structure

隨著迭代次數(shù)的增加，規(guī)劃總費(fèi)用逐漸下降，當(dāng)?shù)螖?shù)進(jìn)行到16次后，規(guī)劃結(jié)果基本不再變化.在不考慮可靠性因素下，傾向于將滿足約束的最短線路的組合作為最優(yōu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu).但該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)存在幾點(diǎn)明顯不足：含有儲(chǔ)能的節(jié)點(diǎn)1位于線路末端，當(dāng)網(wǎng)架出現(xiàn)斷路故障時(shí)將導(dǎo)致調(diào)節(jié)能力的大幅下降；重要程度較高、負(fù)荷量較大的節(jié)點(diǎn)6與電源節(jié)點(diǎn)間的線路長(zhǎng)度較長(zhǎng)，線路(15)、(16)、(19)其一發(fā)生故障都將導(dǎo)致嚴(yán)重的用戶停電損失.

因此，在實(shí)際規(guī)劃時(shí)需要考慮到用戶供電的可靠性.調(diào)整對(duì)可靠性的重視程度k值，可得在對(duì)負(fù)荷重要性重視程度不同的情況下的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，如圖7所示；對(duì)應(yīng)網(wǎng)架規(guī)劃結(jié)果如表9所示.可見，隨著k值的增大，線損與建設(shè)費(fèi)用對(duì)網(wǎng)架規(guī)劃的影響減小，電源與多個(gè)重要負(fù)荷連接距離縮短，在微電網(wǎng)內(nèi)部線路故障時(shí)造成的用戶停電損失降低，使得網(wǎng)架整體的可靠性增強(qiáng)，DG的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益得以更為充分地發(fā)揮.而網(wǎng)架規(guī)劃的實(shí)際總成本隨著k值增加呈現(xiàn)總體上升趨勢(shì)，經(jīng)濟(jì)性有所下降，部分長(zhǎng)度較長(zhǎng)但連接重要負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的線路開始加入到規(guī)劃結(jié)果中，造成線路建設(shè)費(fèi)用與線損的增加.因此在實(shí)際規(guī)劃時(shí)，需要根據(jù)規(guī)劃地區(qū)的實(shí)際條件，相應(yīng)調(diào)整k值以協(xié)調(diào)可靠性與經(jīng)濟(jì)性需求.

圖7 不同k值下網(wǎng)架結(jié)構(gòu)圖Fig.7 Diagram of grid structure at different k values

表9 不同k值下網(wǎng)架規(guī)劃結(jié)果Tab.9 Grid planning results at different k values

6 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)有研究對(duì)不同類型、不同組成和不同可靠性需求的微電網(wǎng)規(guī)劃場(chǎng)景缺少一體化規(guī)劃方法的不足，提出了一種包含微電網(wǎng)的類型與組成判斷、容量規(guī)劃以及網(wǎng)架規(guī)劃在內(nèi)的適應(yīng)多場(chǎng)景的微電網(wǎng)一體化柔性規(guī)劃方法.以經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)為目標(biāo)，兼顧環(huán)保性與可靠性建立雙層規(guī)劃模型：容量規(guī)劃中，對(duì)并網(wǎng)型微電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)間約束進(jìn)行調(diào)整，滿足微電網(wǎng)對(duì)不同可靠程度的需求；網(wǎng)架規(guī)劃中，調(diào)整參數(shù)k以適應(yīng)不同的可靠性場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同場(chǎng)景下微電網(wǎng)的統(tǒng)一規(guī)劃.仿真結(jié)果表明，所提方法在微電網(wǎng)規(guī)劃上具有良好的普適性，對(duì)于不同可靠性需求的場(chǎng)景可給出多種規(guī)劃結(jié)果供以選擇，與其他文獻(xiàn)中的優(yōu)化方法相比具有更強(qiáng)的靈活性，更貼合實(shí)際工程應(yīng)用的需要.