DQZHAN技術訊：含電動汽車充電負荷的交直流混合微電網規(guī)劃
隨著清潔能源的推廣和用戶經濟性的需求，分布式電源和家用電動汽車接入量越來越大，而原有交流微電網在規(guī)劃容量、規(guī)劃面積已定情況下，不能滿足新增負荷的需求，需要構建適應不同負荷需求的新型微電網;同時，電動汽車的接入給電網帶來諸多影響，如果不對其充電行為進行協調控制，就有可能危害電力系統(tǒng)的**與經濟運行。
隨著技術的發(fā)展和需求的增多，具有更廣泛適應性的交直流混合微電網應運而生，它具備多重優(yōu)點：①交流子微電網更適合與配電網間進行能量交互;②直流子微電網減少了能量傳輸過程中換流器的數量和損耗，有利于不同分布式能源的接入;③交、直流負載可以分別接入交、直流子微電網，減少了換流器的數量和損耗。
研究存在的問題
1)電動汽車接入交直流混合微電網與交流微電網優(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優(yōu)化配置的影響。有序充電不僅要考慮用戶的經濟性需求，還要兼顧電網的利益不能使微電網負荷波動過大。
3)微電網本身的擴展模式問題。原微電網如果與新建微電網存在能量交互，形成多微電網系統(tǒng)，多微電網系統(tǒng)的優(yōu)化配置問題值得思考。
微電網擴建模式與交直流混合微電網結構分析
如圖1所示，在負荷容量和直流負荷增加的情況下，需要擴建新的微電網。擴建的前提是不能改變原交流微電網的分布式電源配置、聯絡線*大交互功率和原微電網的負荷功率，新增的交直流負荷需要通過擴建的交直流混合微電網來支撐。存在兩種模式：①新建微電網不與原微電網交互，但與配電網進行交互;②新建微電網與原微電網和配電網均存在功率交互。在**種模式下，規(guī)劃只需要考慮新建交直流混合微電網側的電源配置;在**種模式下，規(guī)劃問題要考慮原微電網和新建微電網整體利益*優(yōu)。
以**種模式為例。擴展后的交直流混合微電網包括兩個子微電網，如圖1(b)。交流子微電網分別與配電網和直流子微電網相連，包括風力發(fā)電機和交流負荷。直流子微電網與交流子微電網經雙向AC/DC換流器相連。直流子微電網內分布式電源有光伏、儲能和以電動汽車為代表的直流負荷。相比傳統(tǒng)交流微電網，交直流混合微電網減少了換流裝置，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，還要考慮子微電網間的能量如何流動，微電網與主網間能量如何交互。
圖1 微電網結構
交直流混合微電網容量優(yōu)化配置模型
經濟性成本
目標函數 包含分布式電源安裝成本(CI)、微電網設備運行管理費用(CO)、微電網與配電網的交互成本(CT)和電動汽車充電費用(CE)，其代表了微電網的經濟性成本。
負荷波動
目標函數 為總負荷曲線的方差，電動汽車進行優(yōu)化調度后負荷曲線發(fā)生變化，減小負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，同時達了到削峰填谷減少負荷波動的效果。
優(yōu)化模型求解
上述模型的求解是一個多目標規(guī)劃問題，如果單獨求解目標函數 ，求解結果會出現某時段內電動汽車充電需求過大而造成總負荷波動過大。而單獨求解 會使得電動汽車充電不夠經濟性。因此目標函數 和目標函數 相互制約，模型在Java程序中搭建，應用CPLEX優(yōu)化軟件求解。
場景分析
本文構建了四個場景，對比分析不同情況下微電網的優(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優(yōu)化配置;場景2：含無序充電電動汽車的交流微電網優(yōu)化配置;場景3：含有序充電電動汽車的交直流微電網優(yōu)化配置;場景4：含有序充電電動汽車、與原交流微電網功率交互的交直流微電網優(yōu)化配置。
場景1、2、3的結構為擴展模式一，場景4的結構為擴展模式二。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濟性成本目標函數。場景2中擴建的微電網變成了交流微電網，對場景1、2進行比較可分析交直流混合微電網與交流微電網優(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進行比較可分析交直流混合微電網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與原微電網的功率交互，對場景3、4進行比較可分析新建交直流微電網與原交流微電網交互對優(yōu)化配置的影響。為反映各種場景下微電網交互功率以及電動汽車有序充電對優(yōu)化配置結果的影響，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功率交互對優(yōu)化配置結果的影響。
部分仿真結果分析
圖2為電動汽車優(yōu)化調度前后某三天交直流微電網負荷曲線，由圖可見電動汽車調度前微電網的負荷集中在每天的18-22點，而電動汽車調度后負荷集中在早晨5-7點，并且降低了18-22點的負荷高峰。通過調度實現了峰谷轉移，降低了用戶的充電費用。
圖2 電動汽車優(yōu)化調度前后交直流混合微電網負荷曲線
圖3給出了某三天原交流微電網與交直流混合微電網交互前后原交流微電網的交互功率曲線。圖中可以看出原交流微電網與交直流混合微電網交互后原微電網的購電增多了，這是因為在自平衡度函數的約束下，如果原交流微電網不與新建微電網交互，交直流微電網側購電會受到限制。而交互后原微電網和新建微電網作為一個整體，能量供給更加靈活，減少了新建微電網的構建成本，并提高了原交流微電網的聯絡線利用率。圖中還可以看出原交流微電網與交直流混合微電網交互后售電尖峰變少，由于原交流微電網把多余的能量供給交直流混合微電網。原交流微電網通過增加購電減少售電調整原微電網與交直流混合微電網間的能量流動使得微電網整體效益更優(yōu)。
圖3 原交流微電網與交直流混合微電網交互前后原交流微電網的交互功率
結論
1)交直流混合微電網優(yōu)化配置相比交流微電網優(yōu)化配置減少了分布式電源的安裝成本，增大了與主網的交互成本，其整體經濟性更優(yōu)。
2)電動汽車有序充電后，實現了負荷曲線的峰谷轉移，減小了分布式電源的裝機容量和微電網的交互成本。優(yōu)化調度后同時減小了微電網的構建成本和用戶的充電費用，取得了雙贏的效果。
3)新建的交直流混合微電網與原交流微電網交互后，減小了新建微電網的規(guī)劃成本，并提高了原交流微電網聯絡線的利用率。原交流微電網通過增加購電減少售電調整原微電網與交直流混合微電網間的能量流動使得整體效益更優(yōu)。
