试析考虑需求侧管理的微网经济优化运行

摘 要；为追求更高的效益，将微网电力负荷建立成由固定负荷、可转移负荷和随机负荷三部分组成的考虑需求侧管理的微网经济优化模型。考虑需求侧管理的微网优化模型是以可转移负荷为侧管理的主要内容和目标，它将分布式电源和需求侧负荷管理中的非线性问题转化为混合整数的规划问题进行解决，并且利用相关软件得出侧管理下的微网具有使用的经济价值。

关键词；需求侧管理 微网 经济优化

随着智能电网的普及，新型国电模式成为人们关注的焦点。作为由负荷和分布式电源组成的微网也跟随着智能电网进入人们的视野。因为微网不管在脱网还是并网中都能运行达到本地用户热能和电能的要求，因此它作为一种新型智能电网被广泛的应用于生产和生活中。需求侧资源管理就可以利用对中经济激励和负荷的方法，为了进一步提高资源的整合度，促进发电投资的成本，使资源消耗降到最低本文依据负荷转移管理对需求侧管理建造模型，将负电荷在不同时段负荷接纳能力下从电价高时段转移到电价低时段，控制总体运行开支。

一、微网基本结构和需求侧管理

1.微网基本结构。微网主要是由储能单元、分布式发电机和微网负荷三部分构成的，其中分布式发电机是由像燃气轮机与燃料电池类型的可控机组和类似风力发电机和光伏类型的不可控机组组成的。因为不可控机组通常随着气候不断地波动，因此它的随机性比较大。

2.需求侧管理内容。由美国电力科学研究院提出的需求侧管理理念指的是电力需求由供应方和需求方合理使用能源与节约能源双方供应。这种管理理念的提出使以相同的电功能在降低电量消耗和需求的方式减少了电压力，促使整体的供电成本得到了有效的控制。并且这种管理模式获得了国家政府的肯定，国家具有相关政策能保障高峰用电和低谷用电的相对平衡。需求侧管理中一项重要的技术手段就是负荷管理。

负荷管理分为固定负荷、可转移负荷和随机负荷三种类型。其中固定负荷是最小负荷，可转移负荷是指从某个时段转移到其他时段的部分负荷，随机负荷指的是用户临时启动的负荷。因此将可转移负荷进行合理安排成为实现需求侧管理的关键。

二、考虑需求侧管理的微网优化运行

微网的优化运行时，以分布式电源正常运行为前提条件，并且以满足负荷侧消纳约束条件为重要目标而进行了对可控单元发电实施安排的计划，达到微网的总运行费用最低化。不可控机组中的风能和光伏都是依靠自身的能量进行发电，不需要投入资本，因此它们产生的发电成本可忽略不计，而可控机组中的燃料电池与微型燃气轮机中的燃料成本和启动成，本以及维护成本的总和是机组发电的非线性函数，因此，微网优化运行的目标函数可以表示为：

其中运行周期以T表示，单位时间间隔以△T表示，可控机组数量以N表示，它表示可控机组i在t时段的功率，可控机组i在t时段的启动费用采用表示，可控机组在t时段的启动状态用Ui（t）表示，在0时刻则表示停机状态，微网在t时段的购电量用表示，t时段的购电价格则用表示，从t时段转向t`时段的第i类可转移负荷量用表示，ρi为第i类可转移负荷的单位补贴费用，NTL是负荷的种类。由于燃料电池和无形燃气轮机的体积较小，它们在使用过程中具有启动停止速度快、机组发电能人为控制的高灵度操作性，而其爬坡的速度、最小技术输出和最大输出容量是主要制约燃料电池和微型燃气轮机运行的条件。铅酸蓄电池是目前使用最广泛的储能设备，它具有储存容量大的特点。一般铅蓄电池都是在未完全放电的程度下进行充电以保证铅蓄电池的使用寿命。对于负荷约束中的可转移负荷、固定负荷和随机负荷的三种类型，一般只有可转移负荷具有可调控的特点。

三、利用模型解决问题

提取模型中的非线性因素，对这些因素进行线性化处理，最后把这些处理后的因素进行混合整数解决，利用成熟的混合整数规划软件对混合整数线性规划问题进行求解。

在燃料机组中发电费用一般都为出力的连续光滑非线性函数，因此可以将此段函数分解成N段进行线性逼近，对线性化后的混合整数线性规划问题利用IBM ILOG CPLEX优化软件进行求解。

四、实例对比分析

1.试验基础数据提取。本次实例以中国北方某地区微网设计为例对其结构进行数据分析。此结构微网结构由光伏、风电、微型燃气轮机、燃料电池和蓄电池等各类组成，本次研究的时间周期为1天，其中单位时间间隔为1小时。实例数据绘制曲线图，其中包括冬季典型的日电负荷的预测出力和风机、光伏预测出力。

微网负荷侧实行分时电价政策，高峰期与低谷期采用不同的电费标准。假设微网分布式电源与负荷侧所获利益相同，则从曲线图可以知道各时段负荷的最大轉入量为35kw。在初始状态时刻，使微型燃气轮机和燃料电池处于停运状态，使用额定功率为20kw，容量为100kw·h的蓄电池，初始状态容量取容量最小值，ηch和ηdis均取0.9绘制出曲线图。

2.结果分析。测试燃料机组成本函数的5段函数发现其计算误差为0，利用CPLEX软件对结果进行绘制得出图1.

从图1中可清晰地了解到MT在19时至21时以额定功率运行，其余时段处于停运状态。MT在电价高峰时段启动发电以满足部分负荷需求，其他时段处于停运状态。FC在8时启动并以额定功率连续运行16小时后在峰谷24时停运，这样使发电成本降低到最低值。蓄电池充分利用峰谷电价差，在电压高峰时段放电，而电压谷时充电，以此来减少系统的运行费用，在其他时段不出力，以此减少放电的损耗。

通过微网负荷的管理，从结果上来看，大部分的可控负荷从高峰时段转入低谷时段，并且总转移量不超过设定的25kw，其最终负荷优化结果如图2所示。

从图2中可以清晰地看到，调整后的负荷在电价高峰时段迅速的转入电价的低谷时段，将此时的资源消耗降低到最低值，利用这种微网管理将高峰时段的转移负荷进行了有效的控制，从根本上提高了微网管理的经济效益。

本文对三种情况下总运行费用进行了计算，作出了相应的比较：情况一中的负荷侧没有进行调节，所得的总费用为879.20元，情况2中将微网分布式电源和负荷侧分开进行管理，总费用为860.38元，情况3采用微网分布式电源和负荷联合管理，总费用为845.50元。可以从数据中清楚地看到采用分布式电源和负荷联合管理能使总费用减少3.83%，有效的实现了经济效益的可控制。

五、结语

1.本文对考虑需求侧管理的微网经济优化运行进行了分析和探究，利用各时段电价不同的背景，将微网中分布式电源和需求侧管理负荷优化管理模式进行了分析，并采用该模型计算出了相应的可获得的经济效益。

2.采用线性规划软件CPLEX对优化后的问题进行线性处理，利用实例验证了模型和算法的精确性，促使微网负荷侧管理系统总费用降低了3.83%，并且有效的控制了高峰时段的转移电荷，获得了良好的经济效益的同时也获得了良好的社会效益。

3.本文提出的模型，其中的转移电荷需要在可控条件下实行，因此例如某些大型企业在集中管理和控制的的微网系统中能减少更大的损耗，具有良好的经济效益。

4.今后的研究中可进一步研究多种需求侧管理的微网经济运行模型，例如中断负荷对微网运行的影响等。

参考文献：

[1]吴雄， 王秀丽， 崔强.考虑需求侧管理的微网经济优化运行[J]. 西安交通大学学报，2013， 06： 90-96.

[2]张松雪.考虑需求侧管理的微网经济优化运行探索[J].科技创新导报，2014，34：187.

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