城区微网分布式电源的优化调度

● 湖南·国网湘潭供电公司 王 畅 易瑞华 王 理

降低能耗及污染排放是现阶段低碳经济的主要发展方向，同时也是解决生态环境和气候变化问题的新型电网经济发展模式之一。

现阶段随着发电建设成本的逐步降低，各级大型厂矿企业已具有先天的发电基础，加之分布式电源并网运行政策的出台，使得城区分布式电源的建设以及微电网的形成更加广阔。分布式电源与用户混杂而成的有源城区配网将越来越多，如何协调大电网和分布式电源之间考虑环境影响与经济效益前提下的的负荷分配值得不断关注。

1 城区微电网现状

1.1 城区微网

现阶段城区微网主要以居民小区、宾馆、医院、商场及办公室为主要负荷点；以大型厂矿企业分布式电源为主，新型充放电模式分布式电源为辅的微网模式。城区中的大型分布式电源正常情况下机组满负荷运行，主供企业自用电的同时，多余功率可以随时调配使用。该类型城区微网并网运行时主要通过大电网系统供电，当大电网故障或者相连设备及线路需要检修时，则可以断开与大电网的连接，暂时实现孤岛运行模式，以保证重要客户、居民用户的供电可靠性及电能质量水平。

目前随着电网技术的不断发展、坚强电网建设的不断完善，城区电网已经实现多电源点供电模式。城区110kV变电站线路环网运行保证了区域网架可靠性提升，配网多联络结构的线路已基本实现A类供电区双侧电源的环网结构，满足N-1的配网建设要求，未来将进一步有效发挥分布式电源的能源优势，实现多电压等级的并网模式。

1.2 微网能源管理

随着智能电网及新技术的发展，分布式电源不断接入后，如何综合考虑分布式电源调度模式、移动储能设备应用，需要微网的能源管理从以下角度考虑。

1.2.1 电压频率平衡

电网系统如同天平一般是瞬时平衡的，分布式电源的网架结构一端连接客户、一端连接电网及分布式电源。由于微电网电压等级较低，网络总功率较少，异于大电网的轻微扰动都将可能打破平衡的稳定性，影响微电网的电压或者频率，最终破坏微电网的整体运行。

1.2.2 与新能源集成

通过集成储能系统可以有效揉合新能源与传统分布式电源发电模式来形成多种组合方案，弥补能源间歇性的缺点，提升系统可靠性及功率稳定性。

1.2.3 备用电源调备

当大电网发生相电压暂降、电源短时中断等突发性事件时，作为微网系统的支持电源，为负荷提供电压支持和能量供应。

2 微网分布式电源调度

2.1 数据准备

2.1.1 正常运行

正常运行时，城区微网110kV网架结构坚强，10kV配网电源稳定多源。因此，对于分布式电源的微网调度侧重于各个时段负荷的最大值，分布式电源最小并网功率就可以实现正常情况下的微网平衡。

2.1.2 异常运行

异常情况下主网与微网110kV及以上设备联络断开，10kV配网线路仍互相连接。此时较小功率的不平衡扰动都将影响微网的电压、频率的稳定性。因此，需要根据配网线路负荷预测、备用电源调备及分布式电源的发电预测来实施满足微网的发电、用电平衡。

2.2 调度模型

城区微网分布式电源优化调度是满足功率平衡和负荷需求的前提下，合理调节微网中现有的分布式发电设备的输出功率，实现发电、排污成本最小化。

2.2.1 发电成本

DG的发电费用包括燃料费用和运行、维护费用为：

式中：Kfuel,i为第i台DG的燃料 （元/kWh），指该DG每发电kWh所消耗燃料的费用；Pgen,i为第i台DG的发电量（kWh）；Ko&M,i为第 i台 DG 的运行、维护系数（元/kWh）。

2.2.2 排污成本

DG的污染物主要包括NOX、SO2、CO2等，那么其环境费用为：

式中：Kemission,i为第i台 DG的排放系数 （kg/kWh），指DG每kWh所排放的温室气体的重量；Remission为温室气体排污价格（元/kg）。

2.2.3 目标函数

针对以上目标，城区微网分布式电源调度问题可表述为：

3 案例分析

3.1 城区微网结构

以湖南省某市的城市微网作为案例分析对象，该微网由周边3座110kV变电站形成高电压等级的环网供电模式，10kV配网线路互相连通，形成手拉手供电模式。

微网中多个分布式电源存在：（1）以炼焦及炼钢余热作为发电能耗的大型钢铁企业。（2）各种分布式发电模式的小型企业，如太阳能光伏发电（PV）、燃料汽轮机（MT）、燃料电池（FC）等，但其发电功能不能满足自用电需求。（3）新型电动汽车充放电站。

3.2 参数数据

本文采用该区域某日24小时内的功率情况作为分析。

3.2.1 电源及负荷情况

区域负荷主要包含居民小区、宾馆、医院、商场、办公室及小型企业的负荷。

图1为大型钢铁企业的分布式电源剔除自用电情况下的并网功率，其波动值较大，最小值为10t的38MW，最大值为8t的183MW。

3.2.2 成本数据

（1）大型钢铁企业炼焦及炼钢余热发电，其发电成本已计入生产成本，加之能源的转换费用远低于火电成本，因此可以忽略不计。（2）小型企业的太阳能光伏发电（PV）、燃料汽轮机（MT）、燃料电池（FC）等，其成本参数随着技术的变化在不断改变，可以按照某一时段的研究报告作为依据进行计算。

图1 大型分布式电源情况

3.3 调度方案

3.3.1 现阶段调度方案

根据对比可知，大型钢铁企业的分布式电源多余功率可以基本满足该区域的正常用电负荷。现阶段该地区小型分布式电源发电功率及地区负荷较低，因此对于该区域的分布式电源的优化调度方案暂考虑如下：（1）正常情况下为降低发电成本及污染成本，该区域的正常负荷由大型分布式电源的多余功率通过10kV配网线路供电，可以有效减少升压、降压过程中的变压器损坏和线路损耗；富余波动功率通过110kV高电压等级送至大电网，以避免功率的波动性影响该区域微网平衡。（2）异常情况下，基本可以实现孤岛运行，但对于大型分布式电源的发电功率需要进行有效控制，以确保区域微电网的平衡。

3.3.2 未来调度方案

未来随着负荷的提升、小型分布式电源发电成本的降低，微网调度方案可以考虑如下：（1）该区域的正常负荷由各类分布式电源提供，主要考虑钢铁企业炼焦及炼钢余热发电、PV、MT作为主供功率。（2）异常情况下，该区域需要对各类分布式电源进行有效控制其出力情况，并考虑启用其他备用容量来保证全微网的功率平衡。

4 结束语

本文给出了城区微网分布式电源的优化调度模型，并对某市现阶段及未来的实际供需情况进行了模型计算，得出了相应的优化调度方案。该模型在考虑发电成本、污染成本的情况下，能有效提供城区最优调度方案，实现成本最低化的电网运营。