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摘要：现阶段，随着社会的发展，我国的科学技术的发展也突飞猛进。冷热电联供(Combinedcooling，heatingandpower，CCHP)系统将制冷、供热和电能三者集合为一体，可有效实现能量的梯次利用，降低系统的废物排放，是未来能源技术发展趋势。将CCHP系统应用于配备有复合储能装置的微电网系统中，使微电网系统内形成微型的多能源互联网，有效的实现了系统中冷、热、电三种能源的相互转化与利用，因此对基于复合储能装置的冷热电联供型微电网的调度方法有待研究；文献[3]以微电网的全生命周期成本最低和污染物的排放最少为优化目标建立电气转换储能系统数学模型，完成对微电网的优化调度；文献[4]提出电-气混合储能的多能源微网经济调度优化问题，提出P2G的过程中的转化成本和环境成本的日前经济调度优化模型；上述文献均未提出含有冷热电联供微电网调度策略，因此本文提出一种基于复合储能的热电联供型微电网系统调度系统，以并网型微电网系统为对象，依据分时电价政策，以调度周期微电网运行费用最优为准则，建立包含冷热电联供系统、复合储能系统、各出力单元在内的微电网运行优化模型，并利用混合整数规划法求解优化模型；以典型出力场景为例，对含有冷热电联供型的微电网系统进行算例分析，验证本文所提优化模型及求解方法的有效性和可行性。
关键词：复合储能；冷热电联供型微电网；调度策略
引言
冷热电联供型微电网作为一种高效、可靠的能量提供方式，可有效实现多能源间的能量协调供给。本文以并网型微电网为研究对象，依据分时电价政策，以微电网调度周期内的总运行成本最小为优化目标，建立以包含冷热电联供系统在内的源网荷储的微电网运行优化模型，并利用混合整数规划法求解优化模型；以典型出力场景为例，对含有冷热电联供型的微电网系统进行算例分析，验证本文所提优化模型及求解方法的有效性和可行性。结果表明，基于复合储能的冷热电联供型微电网调度策略可有效解决冷、热、电三者之间的独立解耦运行，实现了三者间的能量互动的经济性与友好性。
1微电网系统架构和各单元数学模型
本文所研究的微电网系统主要由冷、热、电3种能源结构形式的组成，并通过联络线与电网实现能量的互动，其结构如图1所示。微电网系统内的装置主要包括光伏（PV）、风机（WT）、燃气轮机（MT）、燃料电池（FC）系统、电解气（P2G）系统、储能系统、地源热泵、能量转换设备、余热锅炉等设备。下面将对微电网系统各单元的数学模型进行分析。
2微电网发展现状
微电网是一种小规模的集中式电力系统，其可以实现发电、分配和调节从本地分布式能源（DERs}DistributedEnergyResources）到本地负载间的功率流动。DERs由分布式发电单元（DG}Distributed Generator）和分布式储能单元（DES}DistributedEnergyStorage）组成。微电网包含各种DG，DES和可控负荷，无论是作为电力供给方还是电力消费方，均具有高效性和高度的灵活性。建设微电网的主要目的是降低能源供应成本、提高本地可靠性、减少污染排放并且提高电能质量。只有当微电网具有足够的发电容量以支撑其负荷时，并网运行和离网运行两种运行方式才算可行的。在并网模式下，微电网可以从主电网购电和售电。此时，微电网被视为整个电力系统中的一个可控负载或者作为主电网的电源供给。并网模式一般设计为无系统故障情况下运行，旨在保证微电网优化运行，降低备用容量、减少系统损失、提高供电可靠性。在离网模式下，需要DERs协调运行，主DER具备足够的容量来稳定微网内母线电压和频率。
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3基于多时间尺度的微电网优化调度策略及其改进
3.1基于多时间尺度的微电网优化调度策略
本章以微电网为研究对象，建立了一种普适性的多时间尺度微电网能量管理优化调度方案。该方案包括日前经济优化调度和日内调度2个阶段。在日前调度阶段，推导出铿电池运行成本函数，在不同放电深度下将铿电池寿命损耗归算于相应具体运行成本;考慮峰谷平各时段电价、光伏运行于MPPT和输出功率可控2种发电状态;根据日前光伏与负荷预测，以包含铿电池和燃料电池的运行维护成本、可中断负荷的中断补偿、从大电网购售电等总运行成本为目标函数进行功率优化分配，解决混合整数非线性规划问题（mixed-integernonlinearpro gramming，MINLP）。
3.2日内超短期能量管理控制策略
节中提出了日前经济优化调度方案，但是考虑到日前光伏、负荷预测可能存在误差，还有可能出现天气突变等情况导致较大功率波动，所以仅采用日前经济优化调度是不够的。因此本文提出一种新的日内调度方案：一方面采用超级电容、燃料电池、联络线交换功率等来平抑功率波动;另一方面引入附加成本，在控制流程中每一步进行附加成本计算，可以较准确地计算总运行成本，便于实现几种多时间尺度优化调度方案的结果对比。区别于日前调度的运行成本，附加成本指在日内调度阶段，为了平抑功率波动，燃料电池发电、微电网向大电网购售电等产生的额外运行成本。相比于铿电池，超级电容不可以长时间工作于大功率充放电状态，因此二者不适于放在同一时间尺度下进行出力计划分配。日前调度阶段的单位调度时间段较长，不利于充分发挥出超级电容的特点，所以在多时间尺度的调度策略中，本文放弃超级电容在日前阶段与铿电池的配合，而是将超级电容单独于日内调度阶段安排计划出力，以平抑短时间段内的功率波动，可以尽量发挥出超级电容的作用。由于超级电容的允许循环次数远大于铿电池，故不计超级电容的运行成本。
3.3日内阶段微电网优化调度策略改进
本节从以下方面进行了改进：超级电容是一种高功率密度、低能量密度的储能设备。微电网实验室中限制超级电容充放电直流侧电压处于260V至450V之间，即荷电状态限值约为20%至84%之间。对超级电容进行了充放电运行时间的测试，使超级电容在不同给定功率值下，以荷电状态限值作为充放电的始末点，进行完全充电或者放电实验。结果显示，超级电容给定功率1SkW，充电完成需要73s，放电完成需要58s;给定功率lOkW，充电完成需要110s放电完成需要85s;给定功率SkW，充电完成需要225s，放电完成需要174s。可见，给定功率较大时，超级电容可运行时间极短。为了保证超级电容较长期运行以完成实验目的，同时考虑到光伏额定容量，本次实验中规定超级电容平抑较小功率波动，充放电限值为士2kW。
3.4多电源系统可靠性评估的精确高效模型和算法
微网的接入将传统单电源辐射状电网变成了遍布负荷和电源的新型系统。微网的可靠性评估须打破以往系统可靠性评估的限制，研究多输入/多输出新型系统可靠性评估的算法，实现对含微电网的新型系统可靠性的合理评估。
结语
近年来，随着新能源及微电网的迅速发展，对于主从结构和对等结构的微电网技术的研究均得以深入发展。本文针对主从结构的微电网展开研究：首先，从微网中分布式单元出发，分别研究其工作原理与运行特性，学习其基本控制方法并搭建仿真，同时归纳了分布式单元在微网层面的模型处理方法;然后，针对分布式电源出力波动性和微电网运行的不确定性，以建立多时间尺度的微电网优化调度方法和考虑鲁棒性的双层优化策略两种模型分别对微网运行经济性进行优化，并分别编程进行仿真计算。
参考文献
[1]王海波，杨秀，张美霞.平抑光伏系统波动的混合储能控制策略！Jl.电网技术，201337（9）：2452-2458.
[2]李建林，马会萌，惠东.储能技术融合分布式可再生能源的现状及发展趋势田.电工技术学报，2016，31（14）：1-10
论文作者:丁明耀
论文发表刊物:《电力设备》2019年第10期
论文发表时间:2019/10/23
标签：电网论文; 系统论文; 电容论文; 冷热论文; 成本论文; 功率论文; 储能论文; 《电力设备》2019年第10期论文;