楊 波
（北京平高清大科技發(fā)展有限公司，北京 100085）
0 引 言
在當前清潔可再生能源發(fā)電技術高速發(fā)展的背景下，電力系統(tǒng)運行過程中，直流電源和負荷接入電網的比例大幅度提升，有效地提升電力系統(tǒng)運行的效率與質量水平[1]。然而，受電力系統(tǒng)輸出功率波動性與不確定性的影響，直流微網調度難度逐漸升高。廣義角度上，微網指電能調度時組織各分布式單元的一種結構，能夠解決電源并網問題，具有較高的靈活性與形式多樣性[2]。現階段，傳統(tǒng)的直流微網調度方法多數采用考慮源網荷儲的主動配電網協(xié)調運行調度方法[3]。該方法運用了較為合理的電能調度策略，但是實際運行過程中，可調度潛力有限，不能有效地解決數量龐大的微網調度問題，無法促進可再生能源發(fā)電的消納，且調度時效性較差，無法顯著提高質量水平，降低了節(jié)能減排效果。源網荷儲互動屬于一種包含“電源、電網、負荷、儲能”整體解決方案的運營模式，能夠更加精準地控制用電負荷與儲能資源，解決能源消納過程中微網波動問題，進而提高直流微網調度效果與電網安全運行水平。基于此，文章在傳統(tǒng)直流微網調度優(yōu)化方法的基礎上，引入源網荷儲互動，開展考慮源網荷儲互動的直流微網調度優(yōu)化方法研究。
1 直流微網調度優(yōu)化方法研究
1.1 確定直流配電電壓等級
文章設計的考慮源網荷儲互動的直流微網調度優(yōu)化方法，需要確定直流微網的配電電壓等級，為后續(xù)直流微網調度優(yōu)化奠定良好的基礎。
依據不同行業(yè)應用的直流微網配電電壓值與IEC-60038 標準要求，確定了直流配電電壓基礎值分別為±0.4 kV 與±1.5 kV 的電壓等級[4]。基于幾何均值原理，計算電壓等級序列值中的任意一組相鄰電壓值，計算公式為
式中：uj、ui、ui+1均表示任意電壓等級序列值中的電壓值，且3 個電壓值之間為相鄰關系。計算式（1）獲取不同電壓等級序列值中的相鄰電壓值，并選取其中與直流微網電壓等級序列推薦值最接近的一組相鄰電壓值，根據該電壓值，確定直流配電電壓等級。
1.2 建立直流微網中網側互動模型
直流配電電壓等級確定后，根據電壓等級，建立直流微網中網側互動模型。利用該模型調控直流微網輸出電壓與功率，連接不同配電電壓等級的變換器。
設定直流微網電壓裕度范圍，在該裕度范圍內，給定直流微網電壓節(jié)點，基于變換器的作用，不斷對節(jié)點進行調壓操作，通過升高節(jié)點電壓的方式，降低微網的網損[5]。基于網側互動模型，控制直流微網中變換器電壓與功率的動態(tài)變化，模型的約束表達式為
式中：Ui表示直流微網中變換器的實時電壓變化工況；Uimin、Uimax分別表示變換器電壓上限與下限；Pi表示直流微網中變換器的實時容量變化工況；Pimin、Pimax分別表示變換器容量上限與下限。通過建立的模型，實現直流微網輸出電壓與功率實時調控的目標，為調度優(yōu)化提供基礎保障。
1.3 基于源網荷儲互動的直流微網分級調度優(yōu)化
直流微網中網側互動模型的建立，實現了直流微網輸出電壓與功率實時調控的目標。文章基于源網荷儲互動原理，考慮用戶側需求與分布式電源特性，提出了一種分級調度優(yōu)化策略，并開展了基于源網荷儲互動的直流微網分級調度優(yōu)化研究。文章設計的基于源網荷儲互動的直流微網分級調度優(yōu)化結構，如圖1 所示。
圖1 基于源網荷儲互動的直流微網分級調度優(yōu)化結構
如圖1 所示，基于源網荷儲互動原理，將直流微網劃分為源荷級與源網荷級2 個不同的等級。這2個不同的等級的直流微網調度優(yōu)化流程如下。
一方面，直流微網源荷級調度優(yōu)化。綜合考慮用戶側對于直流微網的需求響應，從市場角度出發(fā)，逐漸引導用戶改變用電方式，消納新能源[6]。控制負荷曲線的波動變化，使其接近新能源出力曲線，不斷調動用戶參與的積極性，進而提升電網運行的可靠性，達到平抑負荷峰谷差的目的。
另一方面，直流微網源網荷級調度優(yōu)化。在完成直流微網源荷級調度優(yōu)化后，未經過調度優(yōu)化的多余負荷會在源網荷級中被主電網吸收，進而獲取效益。源網荷級調度優(yōu)化以減少直流微網聯絡線的綜合運行成本、抑制功率大幅度波動為調度優(yōu)化的核心目標，目標對象就是未經過調度優(yōu)化的這部分多余負荷。代入源荷級調度優(yōu)化獲取到的直流微網凈負荷數據，基于源網荷儲多目標優(yōu)化算法，進行目標對象調度優(yōu)化。源網荷儲多目標優(yōu)化算法表達式為
式中：F1表示直流微網整體運行成本；S1表示直流微網調度優(yōu)化各種建設成本；S2表示直流微網發(fā)電運行成本；S3表示微網與電網和氣網交互供能成本；Pc(t+1)表示直流微網聯絡線功率波動；Pc(t)表示直流微網t時刻的聯絡線功率；T表示調度優(yōu)化時段數；ΔT表示調度優(yōu)化時間間隔。利用式（5）對源網荷儲互動進行整體協(xié)同優(yōu)化，針對直流微網中的可移動負荷進行全方位的調度優(yōu)化約束，實現直流微網調度優(yōu)化目標。
2 實驗分析
2.1 實驗準備
在提出的調度優(yōu)化方法投入實際工程使用前，需要對該方法的可行性及調度優(yōu)化效果作出客觀驗證，確認方法的調度優(yōu)化效果符合預期設計要求后，方可投入實際工程中使用。基于此，開展了實驗測試。選取S 交直流混合微網數據作為此次實驗研究的算例數據。該微網中交流區(qū)與滯留區(qū)之間通過雙向潮流控制器與公共連接點連接。直流區(qū)的分布式電源由燃料電池、蓄電池與光伏發(fā)電共同組成，其運行參數如表1所示。
表1 S 直流區(qū)分布式電源運行參數
設定蓄電池的容量為25 kW·h，荷電狀態(tài)介于0.3 ～0.9 變化，充分發(fā)揮蓄電池作用，滿足相關約束條件。綜合考慮負荷需求側響應、電源可再生出力情況以及能源互補供電特征后，應用文章提出的直流微網調度優(yōu)化方法全方位和多維度地調度優(yōu)化S 直流微網，獲取調度優(yōu)化結果，并全面分析實驗結果。
2.2 結果分析
設文章提出的考慮源網荷儲互動的直流微網調度優(yōu)化方法為實驗組，文獻[2]、文獻[3]提出的直流微網調度方法分別為對照組1 與對照組2。對比3種方法的微網調度優(yōu)化結果，并根據結果判斷文章提出的調度優(yōu)化方法是否具有可行性。
選取直流微網調度優(yōu)化后光伏的消納能力作為此次實驗的性能評價指標。其計算表達式為
式中：R表示直流微網光伏消納率；Ea表示由直流微網負荷消納的光伏發(fā)電電能；Ec表示源網荷儲能所消納的光伏電能；Em表示光伏總發(fā)電量。計算式（6），獲取此次直流微網調度優(yōu)化實驗的評價指標，光伏消納率越高，說明光伏利用效果越好，滿足直流微網功率平衡要求，調度優(yōu)化質量水平越高。利用MATLAB模擬分析軟件，模擬上述3 種方法的調度優(yōu)化全過程。隨機在直流微網中選取6 個不同位置的節(jié)點，分別標號為JD-01、JD-02、JD-03、JD-04、JD-05、JD-06，測定并計算6 個節(jié)點對應的光伏消納能力，作出客觀對比，結果如圖2 所示。
圖2 直流微網調度優(yōu)化后光伏消納能力對比結果
由圖2 的評價指標對比結果可知，3 種直流微網調度方法應用后，表現出了不同的性能測試結果。其中，文章提出的考慮源網荷儲互動的直流微網調度優(yōu)化方法應用后，6 個節(jié)點對應的直流微網光伏消納率始終高于另外2 種方法，均達到了96%以上。由此對比結果不難看出，文章提出的直流微網調度優(yōu)化方法具有較高的可行性，能夠有效地提高直流微網的光伏消納能力，光伏利用效果更好，全面滿足了直流微網功率平衡的要求，顯著提升調度優(yōu)化質量水平。
3 結 論
為提高直流微網調度優(yōu)化的質量水平，優(yōu)化微網調度優(yōu)化效果，文章提出了一種考慮源網荷儲互動的直流微網調度優(yōu)化方法。根據實驗性能評價指標對比結果，應用文章提出的調度優(yōu)化方法后，有效地提高直流微網的光伏消納率，滿足微網功率平衡的要求，整體調度優(yōu)化質量水平得到了顯著提高，能夠保證直流微網運行的安全性與可靠性，具有重要的研究意義與良好的應用前景。
