计及不确定性因素的微电网动态经济调度

刘星月，程 皓，喻 娜

(成都大学 信息科学与工程学院，四川 成都 610106)

计及不确定性因素的微电网动态经济调度

刘星月，程 皓，喻 娜

(成都大学 信息科学与工程学院，四川 成都 610106)

针对微电网系统中可再生能源和负荷的随机性，提出一种考虑微电网不确定性因素的动态经济调度模型。利用改进的粒子群算法对模型进行求解，得到微电网的动态经济调度相比于静态经济调度更符合系统的实际运行要求，微电网可靠性水平的提高是以经济成本的增加为代价等结论。

微电网；可再生能源；不确定性；动态经济调度；粒子群算法

区别于静态经济调度，微电网的动态经济调度[1]不仅要考虑调度周期内最低的运行成本，还要考虑多时段设备运行之间的协调配合，其更加符合系统的实际运行要求。因此，微电网动态经济调度的研究一直是国内外研究的重点[2-3]。

本文在VC++6.0平台上建立含有风光机组、柴油机、燃料电池、蓄电池的微电网系统。计及不确定性因素的约束条件，并以微电网经济和环境成本为综合目标函数，结合蒙特卡洛模拟的粒子群算法对算例进行求解。最后根据仿真结果讨论静态和动态经济调度的区别，以及不确定性因素指标对动态经济调度的影响。

1 微电网动态优化调度的数学模型

1.1 目标函数

本文以同时计及微电网运行费用Y1和污染物处理费用Y2的综合效益Y为目标进行调度，即：

minY=Y1+Y2

(1)

Y1=YFuel+YOM+YGRID+YDC

(2)

(3)

式中：YFuel，YOM，YGRID，YDC分别为发电单元的燃料消耗成本、运行管理成本、备用成本、折旧成本；Ck为处理每千克污染物的费用；γik为发电单元输出每度电污染物的排放系数；γgrid,k为大电网输出每度电污染物的排放系数；Pi，Pgrid分别为发电单元和大电网每时段出力。

1.2 系统约束条件

1)系统内各发电单元的出力

Pi，min≤Pi≤Pi，max

(4)

式中：Pi，Pi，min，Pi，max分别为发电单元的出力、出力下限、出力上限。

2)柴油机组的爬坡速率

rdown，i≤PDE，i(t)-PDE，i(t-1)≤rup，i

(5)

式中：PDE，i，rdown，i，rup，i分别为柴油机组出力、出力上升和下降速率。

3)蓄电池的运行约束

SOCmin≤SOC(t)≤SOCmax

(6)

-PBmax≤PBt≤PBmax

(7)

(8)

式中：SOCmin，SOCmax分别为荷电状态下上限；-PBmax，PBmax为充放电最大功率。

式(8)表示在动态经济调度中，蓄电池在周期始末的能量相等。

4)联络线传输容量约束

(9)

5)考虑风/光/负荷不确定性的旋转备用

本文基于风光出力波动和负荷波动等不确定因素，采用旋转备用概率约束。

(10)

式中：σwit，σsit，σLt分别为风机、光伏、负荷在每个时段的功率波动，采用正态分布描述；Pwit，Psit，PFC，PLoadt分别为风机、光伏、燃料电池出力和系统的负荷值；rit为柴油机组所能提供的旋转备用量。本式认为，在考虑了系统中不确定性因素的情况下，当各发电机组出力负荷值的概率大于或等于α时，就认为旋转备用概率约束得到了满足。

2 算例分析

本文基于VC++6.0建模计算，算例参见文献[4]，并采用蒙特卡洛模拟的粒子群算法[4]计算模型。

2.1 动态和静态经济调度的对比分析

以式(1)为目标函数，根据相关约束条件对算例进行计算得到的动态经济调度结果如图1所示。同时，以式(1)为目标函数，而不考虑约束式(5)、(8)，对系统进行静态经济调度的结果见图2。图中所示的DE1、DE2、FC、GRID、BS分别表示柴油机1#机组、柴油机2#机组、燃料电池、大电网、蓄电池。

图1 动态经济调度结果

图2 静态经济调度结果

从图1和图2可以看出，在动态经济调度结果中，柴油机组的出力变化较平缓，同时在一个调度周期始末，蓄电池的SOC相等；而在静态经济调度结果中，柴油机组在负荷高峰时刻出力突增，调度周期始末，蓄电池的SOC不相等。结果表明，相比于静态经济调度，动态经济调度的机组出力更加平滑，其更利于系统中各发电机组的运行和维护。同时，在动态经济调度情况下，蓄电池的充放电过程是根据一个周期内全局需要进行的，而静态经济调度蓄电池的充放电过程不具有全局性，对调度的最优化存在阻碍作用。

2.2 微网系统中不确定性因素的影响

1)负荷波动特性对微电网运行的影响

假设风机、光伏波动特性值δW=0，δS=0，研究负荷波动特性δL对优化结果的影响如图3所示。

图3 负荷被动特性δL对应于不同的优化结果

由图3所示可知，随着δL的增大，微电网的发电总成本增加，其增加的幅度是随着δL的增大而加剧。因为，随着负荷波动的加剧，系统需要柴油机组和大电网发出更多的旋转备用量来保证供电的可靠性，因此发电总成本增加。

2)可再生能源出力波动对微电网运行的影响

同理，假设δL为0，则风光机组出力波动特性δW，δS变化对微电网发电总成本的影响如表1所示。

表1 δW，δS对微电网发电总成本的影响 元

由表1所示数据可知，发电总成本随着δW，δS的增大而增加，同时随着增加的程度加剧，发电总成本增加的幅度也随之增大。这是因为随着风光机组的波动加剧，柴油机组和大电网需要发出更多的旋转备用电量用以平滑风光机组的出力和保证供电可靠性，因此提高了发电成本。

3 结论

本文建立了含有多种分布式电源的微电网系统，以环境和经济综合效益最大为目标函数进行动态经济调度。采用结合蒙特卡洛模拟的粒子群算法对算例进行计算，最后根据仿真结果，得出了微电网的动态经济调度相比于静态经济调度更加符合系统的实际运行要求、微电网可靠性水平的提高是以经济成本的增加为代价等结论。

[1] SOSHINSKAYA M，CRIJNS-GRAUS W H J，GUERRERO J M，et al. Microgrids: Experiences, barriers and success factors[J]. Renewable & Sustainable Energy Reviews，2014，40：659-672.

[2] 杨毅，雷霞，叶涛，等.考虑安全性与可靠性的微电网电能优化调度[J].中国电机工程学报，2014(19)：3 080-3 088.

[3] 符杨，蒋一鎏，李振坤，等.计及可平移负荷的微网经济优化调度[J].中国电机工程学报，2014，34(16)：2 612-2 620.

[4] WU H，LIU X，DING M. Dynamic economic dispatch of a microgrid: Mathematical models and solution algorithm[J].International Journal of Electrical Power & Energy Systems，2014，63(63)：336-346.

A Study on the Dynamic Economic Dispatch of the Micro-Grid Considering Uncertain Factors

LIU Xingyue，CHENG Hao，YU Na

(Faculty of Information Science and Engineering of Chengdu University，Chengdu Sichuan 610106，P.R.China)

Due to the randomness of the renewable energy sources and load of the micro-grid system，this paper introduces a dynamic economic dispatch model considering its uncertain factors．The model can be solved by means of the improved PSO to come to conclusions such as the dynamic economic dispatch of the micro-grid more fits the demands of the operation of the system compared to the static one and the improvement of the reliability level of the micro-grid can only be achieved at the cost of an increased economic cost．

micro-grid；renewable energy sources；uncertainty；dynamic economic dispatch；PSO

2016-07-05

2016年四川省教育厅自然科学类重点项目(15ZA0357)；2016年四川省科技厅应用基础计划项目(2016JY0252)。

刘星月(1989-)，助教，研究方向为分布式发电技术及通信技术。

TM734

A

1008- 8032(2017)01- 0025- 02