考虑源网荷储互动的直流微网调度优化方法

杨 波

（北京平高清大科技发展有限公司，北京 100085）

0 引 言

在当前清洁可再生能源发电技术高速发展的背景下，电力系统运行过程中，直流电源和负荷接入电网的比例大幅度提升，有效地提升电力系统运行的效率与质量水平[1]。然而，受电力系统输出功率波动性与不确定性的影响，直流微网调度难度逐渐升高。广义角度上，微网指电能调度时组织各分布式单元的一种结构，能够解决电源并网问题，具有较高的灵活性与形式多样性[2]。现阶段，传统的直流微网调度方法多数采用考虑源网荷储的主动配电网协调运行调度方法[3]。该方法运用了较为合理的电能调度策略，但是实际运行过程中，可调度潜力有限，不能有效地解决数量庞大的微网调度问题，无法促进可再生能源发电的消纳，且调度时效性较差，无法显著提高质量水平，降低了节能减排效果。源网荷储互动属于一种包含“电源、电网、负荷、储能”整体解决方案的运营模式，能够更加精准地控制用电负荷与储能资源，解决能源消纳过程中微网波动问题，进而提高直流微网调度效果与电网安全运行水平。基于此，文章在传统直流微网调度优化方法的基础上，引入源网荷储互动，开展考虑源网荷储互动的直流微网调度优化方法研究。

1 直流微网调度优化方法研究

1.1 确定直流配电电压等级

文章设计的考虑源网荷储互动的直流微网调度优化方法，需要确定直流微网的配电电压等级，为后续直流微网调度优化奠定良好的基础。

依据不同行业应用的直流微网配电电压值与IEC-60038 标准要求，确定了直流配电电压基础值分别为±0.4 kV 与±1.5 kV 的电压等级[4]。基于几何均值原理，计算电压等级序列值中的任意一组相邻电压值，计算公式为

式中：uj、ui、ui+1均表示任意电压等级序列值中的电压值，且3 个电压值之间为相邻关系。计算式（1）获取不同电压等级序列值中的相邻电压值，并选取其中与直流微网电压等级序列推荐值最接近的一组相邻电压值，根据该电压值，确定直流配电电压等级。

1.2 建立直流微网中网侧互动模型

直流配电电压等级确定后，根据电压等级，建立直流微网中网侧互动模型。利用该模型调控直流微网输出电压与功率，连接不同配电电压等级的变换器。

设定直流微网电压裕度范围，在该裕度范围内，给定直流微网电压节点，基于变换器的作用，不断对节点进行调压操作，通过升高节点电压的方式，降低微网的网损[5]。基于网侧互动模型，控制直流微网中变换器电压与功率的动态变化，模型的约束表达式为

式中：Ui表示直流微网中变换器的实时电压变化工况；Uimin、Uimax分别表示变换器电压上限与下限；Pi表示直流微网中变换器的实时容量变化工况；Pimin、Pimax分别表示变换器容量上限与下限。通过建立的模型，实现直流微网输出电压与功率实时调控的目标，为调度优化提供基础保障。

1.3 基于源网荷储互动的直流微网分级调度优化

直流微网中网侧互动模型的建立，实现了直流微网输出电压与功率实时调控的目标。文章基于源网荷储互动原理，考虑用户侧需求与分布式电源特性，提出了一种分级调度优化策略，并开展了基于源网荷储互动的直流微网分级调度优化研究。文章设计的基于源网荷储互动的直流微网分级调度优化结构，如图1 所示。

图1 基于源网荷储互动的直流微网分级调度优化结构

如图1 所示，基于源网荷储互动原理，将直流微网划分为源荷级与源网荷级2 个不同的等级。这2个不同的等级的直流微网调度优化流程如下。

一方面，直流微网源荷级调度优化。综合考虑用户侧对于直流微网的需求响应，从市场角度出发，逐渐引导用户改变用电方式，消纳新能源[6]。控制负荷曲线的波动变化，使其接近新能源出力曲线，不断调动用户参与的积极性，进而提升电网运行的可靠性，达到平抑负荷峰谷差的目的。

另一方面，直流微网源网荷级调度优化。在完成直流微网源荷级调度优化后，未经过调度优化的多余负荷会在源网荷级中被主电网吸收，进而获取效益。源网荷级调度优化以减少直流微网联络线的综合运行成本、抑制功率大幅度波动为调度优化的核心目标，目标对象就是未经过调度优化的这部分多余负荷。代入源荷级调度优化获取到的直流微网净负荷数据，基于源网荷储多目标优化算法，进行目标对象调度优化。源网荷储多目标优化算法表达式为

式中：F1表示直流微网整体运行成本；S1表示直流微网调度优化各种建设成本；S2表示直流微网发电运行成本；S3表示微网与电网和气网交互供能成本；Pc(t+1)表示直流微网联络线功率波动；Pc(t)表示直流微网t时刻的联络线功率；T表示调度优化时段数；ΔT表示调度优化时间间隔。利用式（5）对源网荷储互动进行整体协同优化，针对直流微网中的可移动负荷进行全方位的调度优化约束，实现直流微网调度优化目标。

2 实验分析

2.1 实验准备

在提出的调度优化方法投入实际工程使用前，需要对该方法的可行性及调度优化效果作出客观验证，确认方法的调度优化效果符合预期设计要求后，方可投入实际工程中使用。基于此，开展了实验测试。选取S 交直流混合微网数据作为此次实验研究的算例数据。该微网中交流区与滞留区之间通过双向潮流控制器与公共连接点连接。直流区的分布式电源由燃料电池、蓄电池与光伏发电共同组成，其运行参数如表1所示。

表1 S 直流区分布式电源运行参数

设定蓄电池的容量为25 kW·h，荷电状态介于0.3 ～0.9 变化，充分发挥蓄电池作用，满足相关约束条件。综合考虑负荷需求侧响应、电源可再生出力情况以及能源互补供电特征后，应用文章提出的直流微网调度优化方法全方位和多维度地调度优化S 直流微网，获取调度优化结果，并全面分析实验结果。

2.2 结果分析

设文章提出的考虑源网荷储互动的直流微网调度优化方法为实验组，文献[2]、文献[3]提出的直流微网调度方法分别为对照组1 与对照组2。对比3种方法的微网调度优化结果，并根据结果判断文章提出的调度优化方法是否具有可行性。

选取直流微网调度优化后光伏的消纳能力作为此次实验的性能评价指标。其计算表达式为

式中：R表示直流微网光伏消纳率；Ea表示由直流微网负荷消纳的光伏发电电能；Ec表示源网荷储能所消纳的光伏电能；Em表示光伏总发电量。计算式（6），获取此次直流微网调度优化实验的评价指标，光伏消纳率越高，说明光伏利用效果越好，满足直流微网功率平衡要求，调度优化质量水平越高。利用MATLAB模拟分析软件，模拟上述3 种方法的调度优化全过程。随机在直流微网中选取6 个不同位置的节点，分别标号为JD-01、JD-02、JD-03、JD-04、JD-05、JD-06，测定并计算6 个节点对应的光伏消纳能力，作出客观对比，结果如图2 所示。

图2 直流微网调度优化后光伏消纳能力对比结果

由图2 的评价指标对比结果可知，3 种直流微网调度方法应用后，表现出了不同的性能测试结果。其中，文章提出的考虑源网荷储互动的直流微网调度优化方法应用后，6 个节点对应的直流微网光伏消纳率始终高于另外2 种方法，均达到了96%以上。由此对比结果不难看出，文章提出的直流微网调度优化方法具有较高的可行性，能够有效地提高直流微网的光伏消纳能力，光伏利用效果更好，全面满足了直流微网功率平衡的要求，显著提升调度优化质量水平。

3 结 论

为提高直流微网调度优化的质量水平，优化微网调度优化效果，文章提出了一种考虑源网荷储互动的直流微网调度优化方法。根据实验性能评价指标对比结果，应用文章提出的调度优化方法后，有效地提高直流微网的光伏消纳率，满足微网功率平衡的要求，整体调度优化质量水平得到了显著提高，能够保证直流微网运行的安全性与可靠性，具有重要的研究意义与良好的应用前景。