分布式发电与微网系统多目标优化与控制探讨

2018-08-03蔡勇超

数字通信世界 2018年7期

蔡勇超

（广东电网有限责任公司佛山供电局，佛山 528000）

1 分布式发电

1.1 分布式发电概念

分布式发电（distributed generation，简称DG）的概念可简单论述为：在配电系统中和发电设施周围安装某些设备，使其能够稳定、高效、安全、经济、清洁的发电。分布式电源是分布式发电系统中发电设施的简称，其主要分类是光伏发电源、微型燃气轮机、风力发电源、燃料电池、储能装置等。

1.2 分布式电源的数学模型

微网系统中每个设备和环节的变量因素对运作时产生的电量都存在各种影响，换句话说，这些变量因素直接影响微网系统的正常运作和有效控制。

1.2.1 风力发电

在能量守恒定律以及空气动力原理的指导下，风机叶片的机械能是由风的动能转换而来的，其公式如下：

式中，A=πR2wt代表风机叶片扫过的面积；Rwt代表风轮机叶片的半径；ρ为代表标准情况下空气的密度；ν代表风的速度；Cp代表风能利用系数。

1.2.2 微型燃气轮机

微型燃气轮机是一种几十到几百千瓦发电容量的小功率发电装置，它的发电原料一般采用天然气，是当今社会最具有商业竞争力、最为成熟的分布式发电技术之一。

微型燃气轮机不管是在远距离郊区或是在城区都能安装使用，且具有运行维护简单、造型轻便和环境污染小等特点。微型燃气轮机不单单能够制造电能，还能同时提供冷、热负荷，冷、热能供给，所以根据此种特性，目前研究出了“以电定热”和“以热定电”两种运行方式以针对微型燃气轮机热电联产系统。其中“以热定电”是指热电联产系统热能负荷的需求被优先满足，而作为其附属品电能，当电能负荷需求无法满足时，就必须通过向大电网购电的途径来解决这个问题；“以电定热”是指热电联产系统用电负荷的需求被优先满足，而作为其附属品热能，当热能负荷需求无法满足时，就必须通过补燃余热锅炉的方式来解决这个问题。

1.2.3 光伏发电

跟风能一样，太阳能是永不枯竭的最为丰富的可利用能源。光伏发电是太阳光直射太阳电池的时候，光伏效应从而产生，故将太阳能直接转换为直流的电能。它主要有无污染、便于维护、系统简单、运行成本低等优点。光伏发电可以对太阳能直接利用，在光伏发电机组中，最基本的太阳能光伏发电元件就是太阳能电池。

风力发电和光伏发电系统的出力模型比较相似，环境因素（主要为温度环境及太阳辐射强度等因素）对其出力大小的影响也是很大的。用以描述光伏发电机组出力的典型模型目前有：光伏功率输出TRW模型与最大功率跟踪导纳增量模型。

图1 微型燃气轮机的冷热电三联供系统示意图

2 微网多目标优化运行建模指标

微网系统多目标优化的概念是指既要满足冷、热电荷的需求量，又要及时调整微网系统中分布式电源的出力情况，从而实现对能源的高效利用、成本的降低、污染排放量的减小，是研究微网系统的主要问题之一。在大力提倡环保的大背景下，我国已成为以“低碳调度”为主、“经济调度”、“市场调度”为辅的电网调度系统。

2.1 环境指标

近几年，温室效应的增强，使其成为最主要的环境问题之一，各国对环境保护的研究都着重于怎样减少CO2等引起气温升高的气体的排放量。所谓的“节能减排”中的“减排”不仅是指减少污染物的排放，也是指减少CO2等气体的排放。经研究发现，在全国总CO2排放量中，其中有39%左右是由发电排放而产生的。所以，微网系统的多目标优化与控制中又包括CO2的排放量，“低碳调度”正是由此而来。