DQZHAN技術(shù)訊：含電動(dòng)汽車充電負(fù)荷的交直流混合微電網(wǎng)規(guī)劃

隨著清潔能源的推廣和用戶經(jīng)濟(jì)性的需求，分布式電源和家用電動(dòng)汽車接入量越來越大，而原有交流微電網(wǎng)在規(guī)劃容量、規(guī)劃面積已定情況下，不能滿足新增負(fù)荷的需求，需要構(gòu)建適應(yīng)不同負(fù)荷需求的新型微電網(wǎng);同時(shí)，電動(dòng)汽車的接入給電網(wǎng)帶來諸多影響，如果不對(duì)其充電行為進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，就有可能危害電力系統(tǒng)的**與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

隨著技術(shù)的發(fā)展和需求的增多，具有更廣泛適應(yīng)性的交直流混合微電網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生，它具備多重優(yōu)點(diǎn)：①交流子微電網(wǎng)更適合與配電網(wǎng)間進(jìn)行能量交互;②直流子微電網(wǎng)減少了能量傳輸過程中換流器的數(shù)量和損耗，有利于不同分布式能源的接入;③交、直流負(fù)載可以分別接入交、直流子微電網(wǎng)，減少了換流器的數(shù)量和損耗。

研究存在的問題

1)電動(dòng)汽車接入交直流混合微電網(wǎng)與交流微電網(wǎng)優(yōu)化配置的差異。

2)電動(dòng)汽車的無序充電和有序充電模式對(duì)微電網(wǎng)優(yōu)化配置的影響。有序充電不僅要考慮用戶的經(jīng)濟(jì)性需求，還要兼顧電網(wǎng)的利益不能使微電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)過大。

3)微電網(wǎng)本身的擴(kuò)展模式問題。原微電網(wǎng)如果與新建微電網(wǎng)存在能量交互，形成多微電網(wǎng)系統(tǒng)，多微電網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化配置問題值得思考。

微電網(wǎng)擴(kuò)建模式與交直流混合微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析

如圖1所示，在負(fù)荷容量和直流負(fù)荷增加的情況下，需要擴(kuò)建新的微電網(wǎng)。擴(kuò)建的前提是不能改變?cè)涣魑㈦娋W(wǎng)的分布式電源配置、聯(lián)絡(luò)線*大交互功率和原微電網(wǎng)的負(fù)荷功率，新增的交直流負(fù)荷需要通過擴(kuò)建的交直流混合微電網(wǎng)來支撐。存在兩種模式：①新建微電網(wǎng)不與原微電網(wǎng)交互，但與配電網(wǎng)進(jìn)行交互;②新建微電網(wǎng)與原微電網(wǎng)和配電網(wǎng)均存在功率交互。在**種模式下，規(guī)劃只需要考慮新建交直流混合微電網(wǎng)側(cè)的電源配置;在**種模式下，規(guī)劃問題要考慮原微電網(wǎng)和新建微電網(wǎng)整體利益*優(yōu)。

以**種模式為例。擴(kuò)展后的交直流混合微電網(wǎng)包括兩個(gè)子微電網(wǎng)，如圖1(b)。交流子微電網(wǎng)分別與配電網(wǎng)和直流子微電網(wǎng)相連，包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)和交流負(fù)荷。直流子微電網(wǎng)與交流子微電網(wǎng)經(jīng)雙向AC/DC換流器相連。直流子微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源有光伏、儲(chǔ)能和以電動(dòng)汽車為代表的直流負(fù)荷。相比傳統(tǒng)交流微電網(wǎng)，交直流混合微電網(wǎng)減少了換流裝置，降低了系統(tǒng)的換流損耗。交直流混合微電網(wǎng)優(yōu)化配置除了要規(guī)劃各種分布式電源容量，還要考慮子微電網(wǎng)間的能量如何流動(dòng)，微電網(wǎng)與主網(wǎng)間能量如何交互。

圖1 微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

交直流混合微電網(wǎng)容量?jī)?yōu)化配置模型

經(jīng)濟(jì)性成本

目標(biāo)函數(shù) 包含分布式電源安裝成本(CI)、微電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行管理費(fèi)用(CO)、微電網(wǎng)與配電網(wǎng)的交互成本(CT)和電動(dòng)汽車充電費(fèi)用(CE)，其代表了微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性成本。

負(fù)荷波動(dòng)

目標(biāo)函數(shù) 為總負(fù)荷曲線的方差，電動(dòng)汽車進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度后負(fù)荷曲線發(fā)生變化，減小負(fù)荷曲線的方差對(duì)減少輸電線路上的可變損耗有重要的意義，同時(shí)達(dá)了到削峰填谷減少負(fù)荷波動(dòng)的效果。

優(yōu)化模型求解

上述模型的求解是一個(gè)多目標(biāo)規(guī)劃問題，如果單獨(dú)求解目標(biāo)函數(shù) ，求解結(jié)果會(huì)出現(xiàn)某時(shí)段內(nèi)電動(dòng)汽車充電需求過大而造成總負(fù)荷波動(dòng)過大。而單獨(dú)求解 會(huì)使得電動(dòng)汽車充電不夠經(jīng)濟(jì)性。因此目標(biāo)函數(shù) 和目標(biāo)函數(shù) 相互制約，模型在Java程序中搭建，應(yīng)用CPLEX優(yōu)化軟件求解。

場(chǎng)景分析

本文構(gòu)建了四個(gè)場(chǎng)景，對(duì)比分析不同情況下微電網(wǎng)的優(yōu)化配置問題，包括：場(chǎng)景1：含無序充電電動(dòng)汽車的交直流微電網(wǎng)優(yōu)化配置;場(chǎng)景2：含無序充電電動(dòng)汽車的交流微電網(wǎng)優(yōu)化配置;場(chǎng)景3：含有序充電電動(dòng)汽車的交直流微電網(wǎng)優(yōu)化配置;場(chǎng)景4：含有序充電電動(dòng)汽車、與原交流微電網(wǎng)功率交互的交直流微電網(wǎng)優(yōu)化配置。

場(chǎng)景1、2、3的結(jié)構(gòu)為擴(kuò)展模式一，場(chǎng)景4的結(jié)構(gòu)為擴(kuò)展模式二。場(chǎng)景1、2的優(yōu)化配置問題沒有考慮與原微電網(wǎng)的功率交互和電動(dòng)汽車的有序充電，因此前兩個(gè)場(chǎng)景為單一的經(jīng)濟(jì)性成本目標(biāo)函數(shù)。場(chǎng)景2中擴(kuò)建的微電網(wǎng)變成了交流微電網(wǎng)，對(duì)場(chǎng)景1、2進(jìn)行比較可分析交直流混合微電網(wǎng)與交流微電網(wǎng)優(yōu)化配置的差異;場(chǎng)景3優(yōu)化配置問題考慮了電動(dòng)汽車的有序充電，對(duì)場(chǎng)景1、3進(jìn)行比較可分析交直流混合微電網(wǎng)中電動(dòng)汽車無序充電和有序充電對(duì)優(yōu)化配置的影響;場(chǎng)景4既考慮了電動(dòng)汽車有序充電又考慮了新建微電網(wǎng)與原微電網(wǎng)的功率交互，對(duì)場(chǎng)景3、4進(jìn)行比較可分析新建交直流微電網(wǎng)與原交流微電網(wǎng)交互對(duì)優(yōu)化配置的影響。為反映各種場(chǎng)景下微電網(wǎng)交互功率以及電動(dòng)汽車有序充電對(duì)優(yōu)化配置結(jié)果的影響，本文任意選取3天作為典型日，分析電動(dòng)汽車有序充電以及微電網(wǎng)功率交互對(duì)優(yōu)化配置結(jié)果的影響。

部分仿真結(jié)果分析

圖2為電動(dòng)汽車優(yōu)化調(diào)度前后某三天交直流微電網(wǎng)負(fù)荷曲線，由圖可見電動(dòng)汽車調(diào)度前微電網(wǎng)的負(fù)荷集中在每天的18-22點(diǎn)，而電動(dòng)汽車調(diào)度后負(fù)荷集中在早晨5-7點(diǎn)，并且降低了18-22點(diǎn)的負(fù)荷高峰。通過調(diào)度實(shí)現(xiàn)了峰谷轉(zhuǎn)移，降低了用戶的充電費(fèi)用。

圖2 電動(dòng)汽車優(yōu)化調(diào)度前后交直流混合微電網(wǎng)負(fù)荷曲線

圖3給出了某三天原交流微電網(wǎng)與交直流混合微電網(wǎng)交互前后原交流微電網(wǎng)的交互功率曲線。圖中可以看出原交流微電網(wǎng)與交直流混合微電網(wǎng)交互后原微電網(wǎng)的購(gòu)電增多了，這是因?yàn)樵谧云胶舛群瘮?shù)的約束下，如果原交流微電網(wǎng)不與新建微電網(wǎng)交互，交直流微電網(wǎng)側(cè)購(gòu)電會(huì)受到限制。而交互后原微電網(wǎng)和新建微電網(wǎng)作為一個(gè)整體，能量供給更加靈活，減少了新建微電網(wǎng)的構(gòu)建成本，并提高了原交流微電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線利用率。圖中還可以看出原交流微電網(wǎng)與交直流混合微電網(wǎng)交互后售電尖峰變少，由于原交流微電網(wǎng)把多余的能量供給交直流混合微電網(wǎng)。原交流微電網(wǎng)通過增加購(gòu)電減少售電調(diào)整原微電網(wǎng)與交直流混合微電網(wǎng)間的能量流動(dòng)使得微電網(wǎng)整體效益更優(yōu)。

圖3 原交流微電網(wǎng)與交直流混合微電網(wǎng)交互前后原交流微電網(wǎng)的交互功率

結(jié)論

1)交直流混合微電網(wǎng)優(yōu)化配置相比交流微電網(wǎng)優(yōu)化配置減少了分布式電源的安裝成本，增大了與主網(wǎng)的交互成本，其整體經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。

2)電動(dòng)汽車有序充電后，實(shí)現(xiàn)了負(fù)荷曲線的峰谷轉(zhuǎn)移，減小了分布式電源的裝機(jī)容量和微電網(wǎng)的交互成本。優(yōu)化調(diào)度后同時(shí)減小了微電網(wǎng)的構(gòu)建成本和用戶的充電費(fèi)用，取得了雙贏的效果。

3)新建的交直流混合微電網(wǎng)與原交流微電網(wǎng)交互后，減小了新建微電網(wǎng)的規(guī)劃成本，并提高了原交流微電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的利用率。原交流微電網(wǎng)通過增加購(gòu)電減少售電調(diào)整原微電網(wǎng)與交直流混合微電網(wǎng)間的能量流動(dòng)使得整體效益更優(yōu)。