多微电网互联系统能量管理方法研究

文/周倩 李晓生 邢红伟，大盛微电科技股份有限公司；许继电源有限公司；大盛微电科技股份有限公司

1 多微电网互联系统的结构

不同于单个微电网的运行控制，多微电网系统中的各微电网既需要考虑自身的功率平衡，也要考虑微电网间的相互联系。因此，多微电网常采用多层级的系统协调控制结构[20]，多微电网系统的运行控制可以分为两个层面：单微电网内部控制层，多微电网间协调控制层。多微电网系统主要由以下各单元组成，系统结构图如图1所示。

1.1 分布式发电单元(DG)

多微电网系统中的分布式电源通常是可再生能源，如：风力发电、光伏发电。在研究过程中需要考虑到其不确定性对系统运行的影响。

1.2 负荷在不同的场景中存在着波动变化。在考虑负荷模型时，需要在基于预测值的基础上，考虑其随机波动。

1.3 储能系统

在多微电网系统中，储能系统承担着削峰填谷，平抑波动的任务。为了提高储能系统的经济性，需要采用合理有效的能量管理方法，减少储能的寿命损耗。同时，各个微电网间的储能系统应该协同运行，以实现多微电网系统间稳定及经济运行。

1.4 柴油发电机

柴油发电机能够稳定供电，以平抑风、光发电不确定性带来的影响。

1.5 联络线路

多微电网系统中各微电网通过互联线路与大电网相连，各微电网之间以及微电网与大电网间通过联络线路进行功率交互，实现互供互济。

2 多微电网能量管理优化模型

2.1 柴油发电机模型

柴油发电机模型如式(1)所示：

式中：Pi˜max和Pi˜min各自代表第i个微电网中柴油发电机开启时所提供的出力上限、下限;二元变量Ii,t为第i个微电网中柴油发电机在t时刻的运行状态变量，当Ii,t取值为0时，表示第i个微电网中柴油发电机在t时刻处于关停状态，当Ii,t取值为1时，表示第i个微电网中柴油发电机在t时刻处于开启状态。除此以外，需要考虑柴油发电机的功率爬坡限制，柴油发电机启停时的功率不得超过最大运行功率，运行过程中，功率变化不得超过爬坡限制，即柴油发电机运行时的约束还包括最小启停时间限制，设Ton表示最小运行时间，最小关停时间为Toff，柴油发电机最小启停时间表达式如式(3)所示。

2.2 储能模型

在微电网系统中，储能主要起着平抑波动、削峰填谷的作用，对于储能的模型主要考虑其SOC变化，充放电功率约束。储能的容量约束包括储能容量变化、储能容量上下限约束以及调度周期始末时刻储能容量约束。

2.3 可再生能源发电不确定性模型

在微电网中，可再生能源电源大多为风力发电与光伏发电，而风速和光照强度具有间歇性和随机性的特点。在分布式电源建模过程中需要考虑风机、光伏功率输出的波动性，对模型进行鲁棒优化，采用不确定集来表征可再生能源发电的不确定性，可得其考虑不确定性的出力模型。

2.4 系统功率平衡模型

多微电网系统不仅能够通过微电网内的发电单元满足负荷需求，还能够通过微电网间的功率交互达到微电网间的功率互济，从而降低整个多微电网系统的购电成本，提高多微电网的可靠性和经济性。

3 优化目的

多微电网系统具有单微电网控制层和多微电网间交互层两个层面。第一层为单微电网层能量管理优化：单微电网层的优化目标是使得自身微电网能够满足最恶劣运行场景的前提下，降低经济成本。第二层则为多微电网间的协同优化：微电网控制中心根据各个微电网反馈的信息以整个多微电网系统收益最大为目标，优化各个微电网系统间的功率交互以及各微电网与配电网的功率交互，得到整个多微电网系统最优的能量管理方案。多微电网间的系统优化目标是通过各个微电网的协调运行，降低多微电网系统的购电费用，提高用电可靠性。优化问题为考虑风、光资源不确定性的双层鲁棒优化。第一层优化为日前调度问题，第二层优化问题中考虑风、光资源不确定性，进行鲁棒优化得到微电网内柴发、储能出力，微电网间交互功率以及通过电网的购售电功率，从而得到使多微电网系统收益最优的运行功率交互方案。

4 结论

本文提出了基于多微电网互联系统的双层能量管理优化模型，同时考虑微电网能量管理的日前规划层与实时能量管理调度层的双层鲁棒优化，兼顾微电网的经济性与鲁棒性。结果表明，可再生能源出力的不确定性会导致系统的运行费用增加，而通过多微电网互联，能够有效降低不确定性给系统带来的影响。