微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)方法探討

（撫順市電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究所，遼寧撫順，113000）

微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)方法探討

趙 娜

（撫順市電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究所，遼寧撫順，113000）

微電網(wǎng)的特點(diǎn)是能夠產(chǎn)生多種分布式的電源，具有較多的負(fù)荷，因此在不同的時(shí)間段內(nèi)，微電網(wǎng)能夠具有不同的發(fā)電性能和用電性能。本文將闡述有關(guān)微電網(wǎng)的電力規(guī)劃問(wèn)題，通過(guò)相應(yīng)的分析說(shuō)明微電網(wǎng)規(guī)劃的設(shè)計(jì)方案。

微電網(wǎng)規(guī)劃；優(yōu)化；算法

微電網(wǎng)是一種小型的配電系統(tǒng)，由分布式電源、能量的轉(zhuǎn)化器、符合、檢測(cè)和維護(hù)等裝置組合而成，是能夠進(jìn)行自動(dòng)化管理的系統(tǒng)。微電網(wǎng)雖然是小型的配電系統(tǒng)，但具有完整的發(fā)電和配電功能，并且能夠進(jìn)行自動(dòng)化的管理、實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)的能量轉(zhuǎn)化和優(yōu)化目標(biāo)。在我國(guó)，微電網(wǎng)被廣泛應(yīng)在各個(gè)領(lǐng)域和各種地理環(huán)境中，包括偏遠(yuǎn)的海島、山區(qū)上獨(dú)立工作，同時(shí)又能接入到其他的配電網(wǎng)中使用，為配電網(wǎng)提供一系列的功率支持等服務(wù)。

在進(jìn)行微電網(wǎng)建設(shè)時(shí)，需綜合考慮技術(shù)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等方面的問(wèn)題，通過(guò)技術(shù)的可行性分析最終決定微電網(wǎng)的建立與否，而經(jīng)濟(jì)分析則是考慮微電網(wǎng)能夠具備運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)條件，環(huán)境分析是從保護(hù)環(huán)境的方面思考微電網(wǎng)在建立后對(duì)環(huán)境的影響。微電網(wǎng)具有復(fù)雜的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的電網(wǎng)相比，它更具有復(fù)雜性和不確定性。由于微電網(wǎng)的運(yùn)行軌跡復(fù)雜，涉及的能源較多比如光、風(fēng)、氣等，能源配置和調(diào)度的程序較多，特別是目前微電網(wǎng)面臨的一系列諸如技術(shù)不過(guò)關(guān)、經(jīng)驗(yàn)不足、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、成本高等問(wèn)題和挑戰(zhàn)，這些因素綜合使得微電網(wǎng)面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。只有對(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行合理的規(guī)劃，才能保證微電網(wǎng)取得最大程度的效益，從而推進(jìn)電力系統(tǒng)的發(fā)展。

1 微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)分析

微電網(wǎng)具有雙重的結(jié)構(gòu)，既有只有光伏發(fā)電系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)組成的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，比如風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、用戶極光/儲(chǔ)微電網(wǎng)等都是利用了微電網(wǎng)的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)；也包括了負(fù)載的結(jié)構(gòu)，如能夠滿足用戶對(duì)冷、熱的需求的冷熱電聯(lián)供微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在一個(gè)微電網(wǎng)中，通常還包含了其他若干個(gè)規(guī)模較小的微電網(wǎng)，因此，微電網(wǎng)內(nèi)的分布式電源的接入模式、電壓等方面也有所不同。

根據(jù)接入配電系統(tǒng)的方式，可將微電網(wǎng)分為3個(gè)形式的電網(wǎng)，分別是用戶級(jí)、饋線級(jí)和變電站級(jí)微電網(wǎng)，這主要是依據(jù)微電網(wǎng)規(guī)模和結(jié)構(gòu)而進(jìn)行劃分。用戶級(jí)微電網(wǎng)利用的簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，與外部的其他配電系統(tǒng)進(jìn)行公開(kāi)連接，有用戶負(fù)責(zé)電網(wǎng)的運(yùn)行怪了；而饋線級(jí)則是在進(jìn)行中壓配電系統(tǒng)連接時(shí)將某一饋線的分布式電源以及負(fù)荷等方面開(kāi)展有效的管理模式從而形成的微電網(wǎng)；變電站微電網(wǎng)則是指在接入某個(gè)變電站后再出線處進(jìn)行分布式的電源配置和負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)有效管理的微電網(wǎng)。饋線級(jí)和變電站級(jí)微電網(wǎng)隸屬于配電公司，是智能電網(wǎng)系統(tǒng)中的重要組成成分。

依據(jù)微電網(wǎng)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)供電形式，還可將微電網(wǎng)劃分為直流型微電網(wǎng)、交流型微電網(wǎng)和混合型微電網(wǎng)。直流型微電網(wǎng)指的是利用直流主網(wǎng)架將分布式電源和儲(chǔ)能系統(tǒng)連接起來(lái)，直流供電；交流型微電網(wǎng)則是將分布式電源和儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸出方式由直流轉(zhuǎn)變成交流，形成交流符合供電；混合型微電網(wǎng)則是不通過(guò)任何其他環(huán)節(jié)直接進(jìn)行微電網(wǎng)供電，無(wú)需通過(guò)交直流功率轉(zhuǎn)變。相對(duì)直流負(fù)荷而言，交流型微電網(wǎng)需通過(guò)電力電子的轉(zhuǎn)化，使交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姾筘?fù)荷供電。

2 微電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案

進(jìn)行微電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)主要是為了滿足負(fù)荷需求和構(gòu)建高效的電力系統(tǒng)，其目的在于明確系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)備裝置，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的效益性、節(jié)能性和環(huán)保性等優(yōu)勢(shì)，使得微電網(wǎng)有別于其他常規(guī)的電網(wǎng)規(guī)劃，充分發(fā)揮微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。在進(jìn)行微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮影響運(yùn)行優(yōu)化的因素，立足于系統(tǒng)生命周期內(nèi)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行合理的規(guī)劃和優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.1 對(duì)可再生資源以及負(fù)荷需求情況的分析

為更好地進(jìn)行微電網(wǎng)規(guī)劃需對(duì)可再生資源和負(fù)荷需求情況進(jìn)行分析，主要通過(guò)數(shù)據(jù)分析和概率統(tǒng)計(jì)兩種方法對(duì)上述兩方面進(jìn)行詳細(xì)的解刨。首先是數(shù)據(jù)分析法，主要是通過(guò)閱讀歷史數(shù)據(jù)獲得有關(guān)微電網(wǎng)的詳細(xì)資料，包括風(fēng)速、光照強(qiáng)度、負(fù)荷等方面的數(shù)據(jù)。查閱數(shù)據(jù)后可對(duì)微電網(wǎng)的使用情況有大致的了解。數(shù)據(jù)查閱的方法能夠獲得小時(shí)級(jí)的歷史數(shù)據(jù)，但對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)則相反，原因是偏遠(yuǎn)地區(qū)環(huán)境惡劣、設(shè)備落后。而概率統(tǒng)計(jì)方法則是利用風(fēng)、光等自然條件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并結(jié)合蒙特卡洛方法對(duì)可再生資源的變化構(gòu)建數(shù)據(jù)模型。在進(jìn)行規(guī)劃前要考慮各種復(fù)雜的情況，此時(shí)概率統(tǒng)計(jì)法正適用，能夠增加微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算負(fù)擔(dān)。

2.2 微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)構(gòu)建模型的方法

對(duì)于微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)方案中建模的環(huán)節(jié)，應(yīng)首先考慮用戶用能需求，在滿足了用戶用能的需求后才從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)境等方面選擇科學(xué)的變量、函數(shù)、條件等建模因子。

進(jìn)行變量選擇時(shí)，應(yīng)充分考慮分布式的電源、儲(chǔ)能裝置、冷熱電聯(lián)供電系統(tǒng)等方面的因素，根據(jù)微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)方案與策略，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的轉(zhuǎn)變。具體來(lái)說(shuō)，有兩種方法，一是把所有的變量都轉(zhuǎn)變?yōu)橥荒繕?biāo)函數(shù)下，二是將不同層次的變量區(qū)別對(duì)待，采用不同的建模階段和目標(biāo)函數(shù)。第一階段是明確設(shè)備數(shù)量、類型、分布等，第二階段是明確系統(tǒng)運(yùn)行策略和參數(shù)。第二階段還設(shè)計(jì)不同的可再生資源與負(fù)荷建模方式，包括序貫優(yōu)化法和典型運(yùn)行場(chǎng)景優(yōu)化法。

2.3 進(jìn)行算法和軟件的優(yōu)化

為了更好地進(jìn)行微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)工作，應(yīng)使用混合整數(shù)規(guī)劃的數(shù)學(xué)方法開(kāi)展規(guī)劃工作，也可使用其他算法如粒子群算法、進(jìn)化算法等。利用數(shù)學(xué)公式進(jìn)行微電網(wǎng)的規(guī)劃工作首先需對(duì)建立目標(biāo)函數(shù)，限制并該算法對(duì)目標(biāo)函數(shù)和約束條件所形成的嚴(yán)格要求。而只能算法一般不依附于任何一個(gè)具體使用問(wèn)題，其建模的方法相對(duì)簡(jiǎn)單和寬松，能夠及時(shí)、有效地應(yīng)對(duì)信息變化的不穩(wěn)定性。因此，智能算法在微電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用最為廣泛。

目前市場(chǎng)上有不少進(jìn)行微電網(wǎng)規(guī)劃的設(shè)計(jì)軟件，比如HOMER軟件、DER-CAM軟件、PSDG軟件等。其中HOMER軟件的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)使用期內(nèi)成本最低，一般使用虛觀分析法來(lái)確定最優(yōu)的分布式電源配置容量和運(yùn)行的規(guī)劃。DER-CAM軟件是在設(shè)定的典型運(yùn)行場(chǎng)景中以減少污染物排放為目標(biāo)，運(yùn)營(yíng)混合整數(shù)規(guī)劃的方法進(jìn)行微電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)。PSDG軟件則是為微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)提供了兩種模型和兩個(gè)階段，綜合考慮了負(fù)荷的增長(zhǎng)情況、設(shè)備折舊率等因素。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，微電網(wǎng)規(guī)劃不再屬于實(shí)驗(yàn)室，而是能夠廣泛地應(yīng)在實(shí)際當(dāng)中。未來(lái)的微電網(wǎng)規(guī)劃工作更加復(fù)雜，交直流混合型的微電網(wǎng)形式更加常見(jiàn)，多個(gè)用戶級(jí)的微電網(wǎng)組合成為常態(tài)。微電網(wǎng)不僅從局部解決了分布式電源的一系列運(yùn)行問(wèn)題，還優(yōu)化了資源配置、提高效率，對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)展具具有重大的作用。

王成山,武震,李鵬.微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2014(02)

Discussion on design method of micro grid planning

Zhao Na
(Fushun Institute of electric power,Fushun,Liaoning,113000)

Micro grid is characterized by a variety of distributed power supply,with more load,so in different time periods,the micro grid can have different power generation performance and power performance.In this paper,we will elaborate the power planning problem of microgrid,and analyze the design scheme of microgrid.

micro grid planning;optimization;algorithm