计及需求侧响应的多源微电网优化运行

引言随着社会文明的进步，能源已成为人类赖以生存的物质基础。然而，在全球经济水平上升的同时，化石能源枯竭、生态环境污染等问题日益凸显。在传统能源与发展需求的矛盾愈演愈烈之下，能源消费转变和能源结构变革势在必行。以风、光发电为主的可再生分布式能源由于清洁、基建周期短等优点引起世界各国的高度重视，而微电网凭借其自治性、对可再生能源良好的兼容性等特点，成为接纳可再生能源的有效途径。微电网主要是由分布式能源、储能、负荷以及控制装置组成，其作为能源互联网的重要市场主体，可通过协同多能源，满足用户的多元化需求。以包含热电联产系统、可再生能源、储能设备等的微电网为例，提出基于电热联合调度的微电网优化运行模型；在夏季孤网和冬季并网2种模式下对微电网优化模型进行求解，并进行具体成本和综合效益分析；以运行燃料耗费最小和外网购电费用最低为目标，展开对微电网优化运行的研究。然而，风光资源与生俱来的波动性和间歇性，对微电网安全稳定运行构成威胁，将需求侧响应引入微电网，实现需求侧和供应侧双向互动是解决问题的重要举措，因此，展开需求侧响应的研究对提高新能源的消纳能力，提高整体的经济效益具有积极作用。提出了一种结合负荷进行建模的方法；在不同电价策略下，提出了需求侧的精细化模型，但对电网的经济性缺乏定性分析；将需求侧考虑到微电网的优化调度当中，提高了微源的利用率，但是未考虑储能设备对系统经济运行的影响，且所考虑的负荷种类较为单一；通过研究价格弹性矩阵提出了基于需求侧响应的微电网市场优化模型，但仅考虑与大电网的单向交易。基于以上研究，本文对需求侧资源进行分析，提出相应的数学模型；其次，针对多能源接入的微电网，

以综合运行成本最低为目标函数，构建其优化运行模型；最后，结合分时电价，对一个小型并网微电网系统进行分析，采用线性规划软件CPLEX求得各单元的最佳出力、负荷优化结果以及运行成本，实现系统的经济运行。1

多源微电网结构本文所研究的多源微电网系统见图1

。该系统主要由微型燃气轮机（MT）、燃料电池（FC）、风电机组（WT）、光伏机组（PV）以及电储能（ES）来满足电负荷的需求，同时，微电网可以与大电网进行购售电交易，增强了系统的灵活性。系统内的热负荷主要由余热锅炉（WH）、电热转换设备如电锅炉（EB）、热储能（HS）以及热网供给，其中，余热锅炉通过回收微型燃气轮机和燃料电池发电产生的余热废气及废热来供热。图1

多源微电网结构图2

需求侧模型分析（略）3

微电网优化模型（略）4

算例分析4.1

算例描述本文以一小型微电网系统为例进行分析，包含微型燃气轮机、燃料电池、余热锅炉、电锅炉、风电机组、光伏发电、电储能和热储能等单元。分布式电源的参数见表1，储能参数见表2。取一天作为周期，将全天分为24个时段，每小时作为一个优化时段。各个时段的电价和热价信息分别见表3和表4。图2为风力发电和光伏发电出力预测以及负荷全天的预测分布情况，其中，电负荷单位中断负荷补偿费用为0.4元/kWh，单位转移负荷补偿费用为0.1元/kWh；热负荷单位中断负荷补偿费用为0.03元/MJ，单位转移负荷补偿费用为0.012元/MJ；微电网与电网、热网的最大联络功率均为100kW。图2

风力发电、光伏发电和日预测负荷4.2

运行结果及分析采用上述4种不同运行方式对本文算例进行分析，

可得微电网中各微源出力如图3（a）–（d）所示。总的来看，风电机组和光伏机组的出力与预测曲线一致，说明风、光等可再生能源发电在优化过程中被最大化利用；燃料电池由于其运行维护成本较低，始终处于满发的状态；电锅炉仅在热能价格较高时段00:00–08:00和23:00–24:00运行，其余热负荷由余热锅炉、热储能和热网满足。将方式1与方式2对比可以看出，00:00–08:00方式2运行下微型燃气轮机出力增加，其排放的废气余热也增多，在满足热需求的情况下，余热锅炉产生的多余热能由热储能消纳，为其他时段提供了一定的裕度，而11:00–15:00微燃机的出力相对减少，相应的，余热锅炉的产热量也减少。方式3中考虑负荷响应，较方式1

而言，其电锅炉的出力略有下降，微型燃气轮机和余热锅炉出力在谷时段降低，在峰时段增多。方式4在方式3的基础上多考虑了储能资源，电价处于谷时段和平时段时，微型燃气轮机的出力有所上升，电价处于峰时段时，微型燃气轮机的出力有所下降，由于燃料电池处于满发的状态，余热锅炉的产热量随着微型燃气轮机出力的变化而变化。图3各调度周期微源的出力微电网与外网的购售电、热交易情况分别见图4和图5。图4

微电网与电网的交易情况购电/热为正，售电/热为负。从图4可以看出，相比方式1，其他运行方式下的购电量和售电量均增多，

方式2是由于储能设备在谷时段充电，在峰时段放电，

充分利用分时电价发挥其削峰填谷的作用；方式3是由于峰时段的部分负荷转移到了谷时段、部分负荷中断，

使得谷时段的用电量增多，峰时段用电量减少，微电网有更多富余的电量出售给电网从而获取差价；方式4结合了方式2和方式3，其谷时段的购电量和峰时段的售电量均达到上限。图5微电网与热网的交易情况从图5可以看出，较其他方式而言，在01:00–07:00热价较高的时段只有方式1向热网购热，是由于此时电价处于谷时段，电负荷主要由便宜的电网电能和其他发电成本较低的微源来满足，且微型燃气轮机的运行费用高于热能价格，因此在该时段向热网购热来降低成本。而在11:00–13:00热价较低的时段方式1向热网售热，是由于此时电价处于峰时段，微型燃气轮机工作在以电定热的状态，此时又无储能设备与需求侧的参与，余热锅炉产生的多余热量只能出售给热网。此外，需求侧参与优化前后的负荷曲线变化见图6。从图中可以看出：负荷进行优化后，电价处于谷时段的电负荷数量上升，峰时段时减少，峰谷差明显减小；而热负荷在热能价格较高的时段削减，转移到其价格较低的时段，在一定程度上改善了负荷特性。从表5仿真的结果来看，方式4与方式1相比，运行成本由2

525元减少到2

297元，减少了9.03%，提高了微电网整体的经济效益。图6方式1与方式4的负荷曲线对比5

结语针对包含微型燃气轮机、燃料电池、余热锅炉、电锅炉、风电机组、光伏发电、电储能和热储能等多源发电的微电网，建立了一种由发电侧和需求侧共同参与的优化调度模型，并运用混合整数规划方法对模型进行求解，通过对算例分析，可以得出以下结论：①风能、太阳能等作为目前大力发展的绿色能源，运行费用低，可优先被微电网消纳，以达到利用最大化；②采用热电联产的形式，将发电后的余热废气进一步利用，可实现能源梯级利用，能