DQZHAN技術(shù)訊：含電動汽車充電負(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，電動汽車的接入給電網(wǎng)帶來諸多影響，如果不對其充電行為進(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：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)電動汽車的無序充電和有序充電模式對微電網(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原交流微電網(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、儲能和以電動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，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)容量優(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
目標(biāo)函數(shù) 為總負(fù)荷曲線的方差，電動汽車進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度后負(fù)荷曲線發(fā)生變化，減小負(fù)荷曲線的方差對減少輸電線路上的可變損耗有重要的意義，同時達(dá)了到削峰填谷減少負(fù)荷波動的效果。
優(yōu)化模型求解
上述模型的求解是一個多目標(biāo)規(guī)劃問題，如果單獨求解目標(biāo)函數(shù) ，求解結(jié)果會出現(xiàn)某時段內(nèi)電動汽車充電需求過大而造成總負(fù)荷波動過大。而單獨求解 會使得電動汽車充電不夠經(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。
場景分析
本文構(gòu)建了四個場景，對比分析不同情況下微電網(wǎng)的優(yōu)化配置問題，包括：場景1：含無序充電電動汽車的交直流微電網(wǎng)優(yōu)化配置;場景2：含無序充電電動汽車的交流微電網(wǎng)優(yōu)化配置;場景3：含有序充電電動汽車的交直流微電網(wǎng)優(yōu)化配置;場景4：含有序充電電動汽車、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。
場景1、2、3的結(jié)構(gòu)為擴(kuò)展模式一，場景4的結(jié)構(gòu)為擴(kuò)展模式二。場景1、2的優(yōu)化配置問題沒有考慮與原微電網(wǎng)的功率交互和電動汽車的有序充電，因此前兩個場景為單一的經(jīng)濟(jì)性成本目標(biāo)函數(shù)。場景2中擴(kuò)建的微電網(wǎng)變成了交流微電網(wǎng)，對場景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;場景3優(yōu)化配置問題考慮了電動汽車的有序充電，對場景1、3進(jìn)行比較可分析交直流混合微電網(wǎng)中電動汽車無序充電和有序充電對優(yōu)化配置的影響;場景4既考慮了電動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，對場景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)交互對優(yōu)化配置的影響。為反映各種場景下微電網(wǎng)交互功率以及電動汽車有序充電對優(yōu)化配置結(jié)果的影響，本文任意選取3天作為典型日，分析電動汽車有序充電以及微電網(wǎng)功率交互對優(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，由圖可見電動汽車調(diào)度前微電網(wǎng)的負(fù)荷集中在每天的18-22點，而電動汽車調(diào)度后負(fù)荷集中在早晨5-7點，并且降低了18-22點的負(fù)荷高峰。通過調(diào)度實現(xiàn)了峰谷轉(zhuǎn)移，降低了用戶的充電費(fèi)用。
圖2 電動汽車優(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)的購電增多了，這是因為在自平衡度函數(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)購電會受到限制。而交互后原微電網(wǎng)和新建微電網(wǎng)作為一個整體，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)電動汽車有序充電后，實現(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)間的能量流動使得整體效益更優(yōu)。
