陳 潔，楊 秀，朱 蘭，張美霞

（上海電力學(xué)院 電氣工程學(xué)院，上海 200090）

0 引言

微網(wǎng)[1-3]將各種分布式電源、負荷、儲能單元及控制裝置等結(jié)合在一起，形成一個單一可控的單元，向用戶同時提供電能和熱能，實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)CHP（Combined Heat and Power）。微網(wǎng)已經(jīng)成為智能電網(wǎng)中管理分布式能源的一種有效技術(shù)手段，針對微網(wǎng)的運行控制等方面已開展了廣泛的研究[4-7]。

目前對微網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟運行與優(yōu)化調(diào)度的研究主要集中于分布式電源、負荷及儲能裝置等都集中接于同一母線的簡化微網(wǎng)結(jié)構(gòu)。文獻[8]針對由風(fēng)、光、儲、燃料電池、余熱鍋爐及熱／電負荷等構(gòu)成的熱電聯(lián)產(chǎn)型微網(wǎng)系統(tǒng)，在微網(wǎng)可以與外網(wǎng)自由雙向交換功率的調(diào)度模式下，建立了經(jīng)濟運行優(yōu)化模型；文獻[9]給出了供電、供熱、供氣一體化的微網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在考慮溫室氣體、污染物排放約束以及微網(wǎng)與外網(wǎng)可以自由雙向交換功率的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)熱、電、氣各種能源的綜合優(yōu)化；國內(nèi)學(xué)者劉小平、丁明等針對微網(wǎng)運行中各種不確定性因素的影響，在微網(wǎng)不可以向外網(wǎng)倒送功率的基礎(chǔ)上，提出了基于機會約束規(guī)劃的微網(wǎng)系統(tǒng)動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度模型[10]；文獻[11]在微網(wǎng)可以從外網(wǎng)吸收功率、但不可以向外網(wǎng)輸出功率的運行調(diào)度模式下，討論了不同電力市場方案對經(jīng)濟調(diào)度的影響。但是，這些研究很少針對具體的網(wǎng)架進行經(jīng)濟調(diào)度，一般只考慮系統(tǒng)的有功平衡，較少考慮無功的影響，也并未考慮同時優(yōu)化調(diào)度微源的有功和無功出力；另一方面，相應(yīng)的約束條件過于簡化，對微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線交換功率、旋轉(zhuǎn)備用、儲能元件充放電等指標與約束條件很少考慮。

本文以一個包含光伏 PV（PhotoVoltaic）、風(fēng)機WT（Wind Turbine）、微型燃氣輪機 MT（Micro Turbine）、燃料電池 FC（Fuel Cell）、蓄電池 SB（Storage Battery）及熱電負荷的微網(wǎng)為對象，建立熱電聯(lián)供型微網(wǎng)經(jīng)濟運行模型，在考慮FC、SB的同時輸出有功和無功，并在滿足能量供需平衡、電能質(zhì)量和SB充放電深度等約束條件的基礎(chǔ)上，運用改進遺傳算法優(yōu)化了考慮實時電價的并網(wǎng)運行方式下各微源的有功、無功出力，并對比分析了微網(wǎng)與外網(wǎng)交互功率的約束及不同運行調(diào)度模式對經(jīng)濟調(diào)度的影響。

1 微網(wǎng)系統(tǒng)運行優(yōu)化模型

在單位時間間隔Δt內(nèi)，本文作如下假設(shè)：微源的有功和無功出力恒定；熱、電負荷需求恒定；微網(wǎng)與主網(wǎng)間的交互功率恒定且交互電價維持恒定。對于Δt選取不同的值，以下所建立的優(yōu)化模型都適用，本文取Δt為1 h來分析。

1.1 微源建模

1.1.1 MT模型

含MT的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型：

其中，QMT（t）為 t時刻 MT 排氣余熱量；ηe（t）為 t時刻MT 的發(fā)電效率；η1為 MT 散熱損失系數(shù)；Pe（t）為 t時刻MT輸出的電功率；Qhe（t）為t時刻MT煙氣余熱提供的制熱量；Khe為溴冷機的制熱系數(shù)；VMT為MT消耗的天然氣量；Δt為MT的運行時間；L為天然氣低熱熱值，取 9.7 kW·h／m3。

MT的燃料成本計算式為：

其中，Cn1為天然氣價格，本文取為2.5元／m3。

本文算例基于Capstone公司的C65型MT，其ηe（t）與 Pe（t）的函數(shù)參見文獻[12]。

1.1.2 FC模型

FC發(fā)電過程中的燃料消耗費用計算公式如下：

其中，PFC（t）、ηFC（t）分別為 t時刻 FC 的輸出功率與總效率。

本文算例基于質(zhì)子交換膜FC（40 kW IFC PC-29），其 ηFC（t）與 PFC（t）的函數(shù)參見文獻[12]。

1.1.3 SB模型

SB[13]在t時刻的剩余電量與SB在t-1時刻的剩余電量、t-1時刻到t時刻SB的充放電量和電量衰減量有關(guān)。

設(shè)SB在t時刻的充放電功率為PSB（t），放電時，PSB（t）≥0，t時刻的剩余容量為：

SB 充電時，PSB（t）≤0，t時刻的剩余容量為：

其中，SOC（t）為 t時刻 SB 的剩余容量；ηC、ηD分別為充、放電效率；DB為SB單位時間間隔的自放電比例；QSB為SB的總?cè)萘俊?/p>

PV的出力模型參見文獻[14-15]，WT的出力模型參見文獻[16]。

1.2 目標函數(shù)

本文未考慮微源的運行狀態(tài)變化快等特點，仍采用常規(guī)的日前調(diào)度模型[17]，目標函數(shù)為微網(wǎng)一天內(nèi)由發(fā)電成本（包括燃料成本、投資折舊成本、運行維護成本）、污染排放物對環(huán)境的影響成本、微網(wǎng)與外網(wǎng)的交互成本以及熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的制熱收益所構(gòu)成的綜合成本[18-21]最低。

其中，Cf（t）、CDP（t）、COM（t）、Ce（t）分別為 t時刻各微源的燃料成本、投資折舊成本、運行維護成本、環(huán)境成本總和；Cgrid為微網(wǎng)與外網(wǎng)的交互成本；Csh為熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的制熱收益；Fi為第i個微源的燃料成本函數(shù)；Pi（t）為第 i個微源 t時刻的有功出力；n為微源的個數(shù)；Caz，i為第i個微源的單位容量安裝成本；ki為第i個微源的容量因數(shù)，ki=第i個微源的年發(fā)電量／（8760×該微源的額定功率）；r為年利率；ni為第i個微源的投資償還期；KOM，i為第i個微源的單位電量運行維護成本系數(shù)；Vej為第j項污染物的環(huán)境價值；Vj為第j項污染物所受罰款；Qij為第i個微電源單位電量的第j項污染物排放量；m為污染物的種類；CP（t）、CS（t）分別為 t時刻微網(wǎng)向外網(wǎng)的購電電價和售電電價；CGP（t）、CSP（t）分別為 t時刻微網(wǎng)向外網(wǎng)的購電量和售電量；Qhe為熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的制熱量；Kph為單位制熱量的售價。

1.3 約束條件

a.潮流約束。

其中，Pfs、Qfs分別為節(jié)點 f（f=1，2，…，h）給定的有功和無功功率值，h 為系統(tǒng)節(jié)點數(shù)；Gfg、Bfg、θfg分別為節(jié)點f和節(jié)點g之間的導(dǎo)納和相角差；g?f表示與節(jié)點f相連的節(jié)點。

b.運行電壓約束。

其中，Uf，min、Uf，max分別為節(jié)點 f上運行電壓的最小、最大值。

c.PV、WT和MT的有功出力約束。

其中，Pi，min、Pi，max分別為第 i個微源有功功率的最小、最大值。

d.MT 爬坡率約束[22]。

增負荷時：

減負荷時：

其中，Rup，MT、Rdown，MT分別為 MT 增加和降低有功功率的限值。

e.微網(wǎng)與外網(wǎng)允許交互的傳輸功率約束。

其 中 ，PGrid，min、PGrid，max、QGrid，min、QGrid，max分 別 為 微 網(wǎng) 與 外網(wǎng)允許交互傳輸?shù)淖钚　⒆畲笥泄β屎妥钚?、最大無功功率；cos φ為聯(lián)絡(luò)線傳輸功率的功率因數(shù)；c為聯(lián)絡(luò)線傳輸功率的功率因數(shù)限值。

式（19）—（21）表明將微網(wǎng)作為外部電網(wǎng)的一個“可控負荷”，保證聯(lián)絡(luò)線與微網(wǎng)交互傳輸?shù)墓β时３衷谝欢ǖ姆秶?，且具有較高的功率因數(shù)，確保了聯(lián)絡(luò)線傳輸功率的安全性且更符合供電公司對接入微網(wǎng)的要求。

f.SB運行約束。

其 中，PSB，max、PSB，min分別為SB的最大和最小有功功率；Sinv，SB為 SB 逆變器的容量；PSB（t）、QSB（t）分別為 t時刻SB交流側(cè)的充放電有功功率和無功功率；SOCmin、SOCmax分別為SB的最小和最大剩余容量。

從式（24）可以看出，SB的無功出力僅受逆變器容量的限制，與設(shè)備本身的容量無關(guān)[23]。

g.FC運行約束。

其中，PFC，min、PFC，max分別為 FC 有功功率的最小、最大值；PFC（t）、QFC（t）分別為 t時刻 FC 交流側(cè)的有功功率和無功功率；Sinv，F(xiàn)C為FC逆變器的容量。

式（23）、（24）及（27）、（28）表明 SB 和 FC 逆變器的容量優(yōu)先分配給有功出力。

h.旋轉(zhuǎn)備用約束。

其中，PD（t）、Ploss（t）、RD（t）分別為 t時刻微網(wǎng)系統(tǒng)的總負荷、總網(wǎng)損和所需備用容量。

微源和外網(wǎng)的無功出力影響系統(tǒng)的網(wǎng)損，而網(wǎng)損與系統(tǒng)總有功負荷之和與微源和外網(wǎng)的總有功出力相等，從而無功出力影響了微源和外網(wǎng)的有功出力，進而影響各項成本。 從式（24）、（28）可看出，微源的有功出力又影響其無功出力的變化范圍，故本文模型是在有功與無功相互影響的基礎(chǔ)上優(yōu)化求解的。

1.4 系統(tǒng)運行調(diào)度模式

微網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度模型需要基于一種確定的運行調(diào)度模式進行優(yōu)化，本文根據(jù)微網(wǎng)與外網(wǎng)間的能量交互方式及微網(wǎng)內(nèi)分布式電源是否享受優(yōu)先調(diào)度權(quán)，將微網(wǎng)與外網(wǎng)間的交互運行分為以下3種典型的調(diào)度模式[24]。

（1）模式1：優(yōu)先利用微源來滿足微網(wǎng)內(nèi)的負荷需求，若存在功率缺額，可以從外網(wǎng)吸收功率，但不可以向外網(wǎng)輸出功率。調(diào)度策略為：

a.由于PV和WT發(fā)電具有不可控性，且作為可再生能源不直接消耗燃料，不污染環(huán)境，故優(yōu)先利用其出力，跟蹤控制最大功率輸出；

b.為使熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)運行效率最高，其采用“以熱定電”的方式，由熱負荷確定MT的有功出力；

c.當(dāng)WT、PV和MT的有功出力超過微網(wǎng)電負荷和網(wǎng)損時，超出的部分給SB充電，同時監(jiān)視SB的充放電狀態(tài)，當(dāng)SB充滿時依次切除部分發(fā)電成本較高的PV或WT；

d.當(dāng)WT、PV和MT的有功出力無法滿足微網(wǎng)電負荷和網(wǎng)損時，首先令SB輸出有功，同時檢測SB的充放電狀態(tài)；

e.若SB在出力范圍內(nèi)無法確保微網(wǎng)安全可靠運行（在不切負荷的基礎(chǔ)上，微網(wǎng)能在滿足所有約束條件下運行），則優(yōu)先調(diào)用FC的有功出力，若在FC出力范圍內(nèi)仍無法滿足微網(wǎng)安全可靠運行，則再從外網(wǎng)購電。

（2）模式2：微源與外網(wǎng)共同參與系統(tǒng)的運行優(yōu)化，但仍只可以從外網(wǎng)吸收功率，不可以倒送功率。調(diào)度策略為：

a.前4條調(diào)度策略同模式1；

b.若SB在出力范圍內(nèi)無法確保微網(wǎng)安全可靠運行，則比較FC的發(fā)電成本與購電成本，若FC的發(fā)電成本高于電價，則FC不發(fā)有功，微網(wǎng)從外網(wǎng)購電，此時若在聯(lián)絡(luò)線交換功率范圍內(nèi)仍無法滿足微網(wǎng)安全可靠運行，則再調(diào)度FC發(fā)有功來滿足微網(wǎng)安全可靠運行需求；

c.反之，若FC的發(fā)電成本低于電價，微網(wǎng)優(yōu)先調(diào)用FC的有功出力，若在FC出力范圍內(nèi)仍無法滿足微網(wǎng)安全可靠運行，則再從外網(wǎng)購電。

（3）模式3：微網(wǎng)可與外網(wǎng)自由雙向交換功率，谷時電價較低不向外網(wǎng)售電，峰時電價較高，微網(wǎng)在安全可靠運行的基礎(chǔ)上，可向外網(wǎng)售電。調(diào)度策略為：

a.前2條調(diào)度策略同模式1；

b.當(dāng)WT、PV和MT的有功出力超過微網(wǎng)電負荷和網(wǎng)損時，超出的部分在峰時向外網(wǎng)出售，在谷時向SB充電（峰時電價高，谷時電價低，而SB的儲能有限，采用此運行策略能取得更好的經(jīng)濟效益），若SB充滿則向外網(wǎng)售電，此時若FC發(fā)電成本低于電價，可在容量范圍內(nèi)增加出力向外網(wǎng)售電來獲益；

c.當(dāng)WT、PV和MT的有功出力無法滿足微網(wǎng)電負荷和網(wǎng)損時，首先令SB輸出有功，同時監(jiān)視SB的充放電狀態(tài)；

d.若SB在出力范圍內(nèi)可滿足微網(wǎng)安全可靠運行，若在峰時可考慮增加SB的有功功率向外網(wǎng)售電，否則維持原出力；

e.若SB在出力范圍內(nèi)無法確保微網(wǎng)安全可靠運行，則再比較FC的發(fā)電成本與購電成本，若FC的發(fā)電成本高于電價，則FC不發(fā)有功，微網(wǎng)從外網(wǎng)購電，此時若在聯(lián)絡(luò)線交換功率范圍內(nèi)仍無法滿足微網(wǎng)安全可靠運行，則再調(diào)度FC發(fā)有功來滿足微網(wǎng)安全可靠運行需求；

f.反之，若FC的發(fā)電成本低于電價，微網(wǎng)優(yōu)先調(diào)用FC的有功出力，若FC在出力范圍內(nèi)能滿足微網(wǎng)安全可靠運行，可繼續(xù)增加FC的有功出力向外網(wǎng)售電來獲取收益，此時若在FC出力范圍內(nèi)仍無法滿足微網(wǎng)安全可靠運行，則再從外網(wǎng)購電。

本文所提的經(jīng)濟調(diào)度策略與國家節(jié)能減排的政策相符，在滿足節(jié)能環(huán)保調(diào)度的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)微網(wǎng)的經(jīng)濟效益最好。本文利用經(jīng)濟調(diào)度策略確定各微源的出力以及外網(wǎng)和微網(wǎng)之間傳輸功率的運行狀態(tài)（即確定有功出力的狀態(tài)變量），與下述改進遺傳算法相結(jié)合，共同對模型進行優(yōu)化求解。

2 模型求解算法

遺傳算法是一種基于自然選擇和基因遺傳學(xué)原理的隨機并行搜索算法，是一種尋求全局最優(yōu)解而不需要任何初始化信息的高效優(yōu)化算法。遺傳算法的參數(shù)中交叉概率Pc和變異概率Pm的選擇是影響遺傳算法性能的關(guān)鍵，Pc越大，新個體產(chǎn)生的速度越快，然而Pc過大時遺傳模式被破壞的可能性越大，Pc過小，會使得搜索過程緩慢。對于變異概率Pm，Pm過小，不容易產(chǎn)生新的個體結(jié)構(gòu)，而Pm過大，遺傳算法變成了純粹的隨機搜索算法。M.Srinvivas等提出了一種自適應(yīng)算法，Pc和Pm能隨適應(yīng)度自動改變，但此算法對個體適應(yīng)度接近或等于最大適應(yīng)度時，Pc和Pm接近或等于0，這對進化初期是不利的，使得進化初期的優(yōu)良個體處在一種不發(fā)生變化的狀態(tài)，導(dǎo)致進化走向局部最優(yōu)解的可能性增加[25]。本文對Pc和Pm做如下改進：

其中，fmax、fmin和favg分別為種群中的最大、最小和平均適應(yīng)度；f′為要交叉的兩個體中較大的適應(yīng)度。取Pc1=0.85、Pc2=0.5、Pc3=0.2、Pm1=0.09、Pm2=0.05、Pm3=0.01。

改進算法使群體中最大適應(yīng)度個體的Pc和Pm不為0，分別提高到Pc3和Pm3，使優(yōu)良個體不處于一種停滯狀態(tài)，從而使算法跳出局部最優(yōu)解。而當(dāng)個體的適應(yīng)度小于平均適應(yīng)度時，適應(yīng)度值比較集中，容易陷入局部最優(yōu)解，此時改進算法增大了Pc和Pm，從而增加了種群的多樣性。

本文運用改進自適應(yīng)遺傳算法并采取輪盤賭選擇、多點交叉和多點變異來求解以下算例。群體規(guī)模為30，迭代次數(shù)為300。由于遺傳算法屬于啟發(fā)式優(yōu)化算法，本身具有隨機性，每次優(yōu)化會有不同的結(jié)果，故下文結(jié)果均是重復(fù)計算20次得到的平均值。

3 算例分析

3.1 微網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文在文獻[26]中微網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖的基礎(chǔ)上進行了相應(yīng)的改動，如圖1所示。

圖1 微網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 System structure of microgrid

圖1中，電負荷1為居民負荷，最大有功功率為15 kW；電負荷2為商業(yè)負荷，最大有功功率為30 kW；電負荷3為工業(yè)負荷，最大有功功率為2×15 kW，屬于可中斷負荷；電負荷4為工業(yè)負荷，最大有功功率為40 kW。3種負荷的功率因數(shù)都取0.85?？紤]到配網(wǎng)輻射狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與低壓線路參數(shù)的特點，取線路電阻 R=0.64 Ω／km，X=0.1 Ω／km。

3.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

本文中制熱收益取為 0.1 元／（kW·h）[12]；電壓允許偏差為-5%～＋5%；微網(wǎng)與外網(wǎng)傳輸?shù)挠泄蜔o功功率上、下限分別為50 kW、-50 kW和30.987kVar、-30.987kVar（外網(wǎng)向微網(wǎng)注入功率為正，反之為負），聯(lián)絡(luò)線傳輸功率的功率因數(shù)限值為0.85；SB逆變器的容量為60kV·A，SB的最大、最小剩余容量和初始容量分別為100%、30%、70%的額定容量，其額定容量為900 kW·h；FC逆變器的容量為40kV·A；峰時為 09∶00 — 24∶00，谷時為 01∶00 — 08∶00。 各微源的相關(guān)信息如表1所示，WT出力、PV出力、熱負荷、由熱負荷求出的MT有功出力曲線以及3種性質(zhì)電負荷的日負荷曲線（與該日最大電負荷百分比）如圖2所示。實時電價參見文獻[24]，各微源污染物排放數(shù)據(jù)、污染物價值標準、罰款等級參見文獻[21]。

表1 各微源的參數(shù)Tab.1 Parameters of various micro sources

圖2 已知機組出力及熱／電負荷Fig.2 Unit outputs known and heating／electric loads

3.3 優(yōu)化結(jié)果

本文假設(shè)各時段微網(wǎng)不能僅與外網(wǎng)交互傳輸無功功率，且MT不提供無功出力。

3.3.1 考慮／不考慮聯(lián)絡(luò)線功率的功率因數(shù)限制對比

并網(wǎng)運行時，由于節(jié)點1連接配網(wǎng)，潮流計算時將其看成平衡節(jié)點，同時取它的電壓作為微網(wǎng)的參考電壓，MT、FC和SB都采用功率（PQ）控制。微網(wǎng)運行調(diào)度采用模式2時，不考慮聯(lián)絡(luò)線傳輸功率的功率因數(shù)限制（即式（21））的有功優(yōu)化結(jié)果如圖3所示，無功優(yōu)化結(jié)果如圖4所示；考慮聯(lián)絡(luò)線傳輸功率的功率因數(shù)限制的有功優(yōu)化結(jié)果如圖5所示，無功優(yōu)化結(jié)果如圖6所示，其中有功缺額=總有功負荷-PV有功出力-WT有功出力-MT有功出力，無功缺額=總無功負荷。

從圖3可以看出，采用調(diào)度模式2時，能量只能由外網(wǎng)系統(tǒng)向微網(wǎng)系統(tǒng)傳輸，微網(wǎng)內(nèi)部的電源與外網(wǎng)共同參與系統(tǒng)的優(yōu)化運行。17∶00之前微網(wǎng)的有功缺額主要由SB提供，當(dāng)17∶00時SB剩余電量到達下限后，系統(tǒng)的有功缺額主要由外網(wǎng)來提供，聯(lián)絡(luò)線傳輸功率主要起到了調(diào)峰的作用，F(xiàn)C僅在發(fā)電成本低于購電電價時才提供有功出力。

從圖4可以看出，SB和FC在優(yōu)先滿足有功需求基礎(chǔ)上所提供的無功，配合聯(lián)絡(luò)線無功來滿足微網(wǎng)的無功需求。微網(wǎng)負荷較輕的時段（01∶00—07∶00和 23∶00—24∶00），微網(wǎng)系統(tǒng)的無功需求主要由 SB 來提供，而其他時段主要由FC和外網(wǎng)來提供。

微網(wǎng)運行調(diào)度采用模式2且不考慮式（21）的約束時，一天內(nèi)SB只需充電2次、放電1次，延長了SB的使用壽命。一天內(nèi)聯(lián)絡(luò)線傳輸功率的最低功率因數(shù)為0.000377，綜合成本為1323.7元。

圖3 模式2時微網(wǎng)有功出力優(yōu)化結(jié)果（不考慮式（21））Fig.3 Results of active power optimization of microgrid in mode 2（neglect formula（21））

圖4 模式2時微網(wǎng)無功出力優(yōu)化結(jié)果（不考慮式（21））Fig.4 Results of reactive power optimization of microgrid in mode 2（neglect formula（21））

圖5 模式2時微網(wǎng)有功出力優(yōu)化結(jié)果（考慮式（21））Fig.5 Results of active power optimization of microgrid in mode 2（consider formula（21））

圖6 模式2時微網(wǎng)無功出力優(yōu)化結(jié)果（考慮式（21））Fig．6 Results of reactive power optimization of microgrid in mode 2（consider formula（21））

微網(wǎng)運行調(diào)度采用模式2時，考慮式（21）約束與不考慮式（21）約束時，各微源的有功出力及外網(wǎng)提供的有功出力具有相似的規(guī)律。

從圖6可以看出，在微網(wǎng)負荷較輕時段（01∶00—07∶00 和 23∶00—24∶00），系統(tǒng)的無功需求主要由 SB來提供，而其他時段主要由SB和FC共同提供，微網(wǎng)只從外網(wǎng)吸收較少的無功，且外網(wǎng)向微網(wǎng)傳輸功率的功率因數(shù)較高，與微網(wǎng)作為一個可控負荷接入配網(wǎng)，配網(wǎng)對負荷電能質(zhì)量的要求相符。

微網(wǎng)在采用模式2且考慮式（21）約束時，一天內(nèi)SB需充電2次、放電1次，各時段聯(lián)絡(luò)線傳輸功率的功率因數(shù)都不低于0.85，綜合成本為1344.1元。

微網(wǎng)運行調(diào)度采用模式2時，不考慮式（21）相比于考慮式（21）更有經(jīng)濟優(yōu)勢，但聯(lián)絡(luò)線傳輸功率的功率因數(shù)較差，與微網(wǎng)作為一個可控負荷接入配網(wǎng)，配網(wǎng)對負荷電能質(zhì)量的要求不符。

3.3.2 系統(tǒng)運行時采用不同調(diào)度模式對比

在考慮式（21）的約束下，微網(wǎng)運行調(diào)度采用模式1時有功優(yōu)化結(jié)果如圖7所示，無功優(yōu)化結(jié)果如圖8所示；微網(wǎng)運行調(diào)度采用模式3時有功優(yōu)化結(jié)果如圖9所示，無功優(yōu)化結(jié)果如圖10所示。

圖7 模式1時微網(wǎng)有功出力優(yōu)化結(jié)果（考慮式（21））Fig．7 Results of active power optimization of microgrid in mode 1（consider formula（21））

圖8 模式1時微網(wǎng)無功出力優(yōu)化結(jié)果（考慮式（21））Fig．8 Results of reactive power optimization of microgridin mode 1（consider formula（21））

圖9 模式3時微網(wǎng)有功出力優(yōu)化結(jié)果（考慮式（21））Fig．9 Results of active power optimization of microgridin mode 3（consider formula（21））

圖10 模式3時微網(wǎng)無功出力優(yōu)化結(jié)果（考慮式（21））Fig．10 Results of reactive power optimization of microgrid in mode 3（consider formula（21））

從圖7可以看出，采用調(diào)度模式1時，能量只能由外網(wǎng)向微網(wǎng)系統(tǒng)傳輸，當(dāng)微網(wǎng)中存在有功缺額時，優(yōu)先調(diào)用微源的出力，當(dāng)所有微源的出力范圍內(nèi)仍無法滿足微網(wǎng)安全可靠運行時才向外網(wǎng)購電。17∶00之前微網(wǎng)的有功缺額主要由SB提供，當(dāng)17∶00時SB剩余電量到達下限后，有功缺額主要由FC來提供，F(xiàn)C在這里主要起到了調(diào)峰的作用，微網(wǎng)只在僅由內(nèi)部電源無法滿足微網(wǎng)安全可靠運行的時段（13∶00—14∶00）才向外網(wǎng)購電。

從圖8可以看出，在微網(wǎng)負荷較輕時段（01∶00—07∶00 和 23∶00—24∶00），系統(tǒng)的無功需求主要由 SB來提供，而其他時段主要由SB和FC共同提供，微網(wǎng)只在僅由內(nèi)部電源無法滿足微網(wǎng)安全可靠運行的時段（13∶00 —14∶00）才向外網(wǎng)吸取少量的無功，且外網(wǎng)向微網(wǎng)傳輸功率的功率因數(shù)較高。

從圖9可以看出，采用調(diào)度模式3時，能量在微網(wǎng)系統(tǒng)與外網(wǎng)系統(tǒng)間可雙向自由交互，峰時微源在滿足微網(wǎng)安全可靠運行的基礎(chǔ)上，在出力范圍內(nèi)可增加出力向外網(wǎng)售電來獲益。17∶00之前微網(wǎng)系統(tǒng)的有功缺額主要由SB來提供，當(dāng)17∶00時SB剩余電量到達下限后，有功缺額主要由外網(wǎng)來提供，F(xiàn)C只在發(fā)電成本低于電價的時段（14∶00）才提供有功出力。

從圖10可看出，在微網(wǎng)負荷較輕時段（01∶00—07∶00），系統(tǒng)的無功需求主要由SB來提供，而其他時段主要由SB和FC共同提供，微網(wǎng)僅在峰時段才向外網(wǎng)吸取少量的無功，且外網(wǎng)向微網(wǎng)傳輸功率的功率因數(shù)較高。

對比負荷需求全部由外網(wǎng)系統(tǒng)提供的模式，在滿足微網(wǎng)與外網(wǎng)交互功率約束的基礎(chǔ)上，采用上述3種調(diào)度模式所需費用對比情況如下：外網(wǎng)供電、調(diào)度模式1、調(diào)度模式2、調(diào)度模式3所需費用分別為995.889、1404、1344.1、1317.8 元。 可以看出，微網(wǎng)系統(tǒng)相比于外網(wǎng)供電模式在經(jīng)濟上不占優(yōu)勢，但微網(wǎng)提高了用戶的供電可靠性和供電質(zhì)量，有效利用了可再生能源，提高了環(huán)境效益。對比微網(wǎng)運行調(diào)度分別采用模式1、2、3，可知：采用模式3時，在滿足微網(wǎng)安全可靠運行的基礎(chǔ)上，微網(wǎng)在峰時利用成本較低的分布式電源可向外網(wǎng)售電來獲取收益，較之采用模式1和模式2，使微網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟效益有所提高；采用模式2時，在電價低于微源發(fā)電成本的時段，可優(yōu)先從外網(wǎng)購電來滿足微網(wǎng)功率缺額，較之采用模式1，使微網(wǎng)更具有經(jīng)濟優(yōu)勢。

4 結(jié)論

本文建立了考慮微源同時提供有功和無功出力并計及制熱收益的熱電聯(lián)產(chǎn)型微網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度模型，以一個包含 WT、PV、SB、MT、FC 以及熱／電負荷的具體微網(wǎng)為例，提出了不同運行調(diào)度模式下的經(jīng)濟調(diào)度策略，運用改進遺傳算法優(yōu)化了考慮實時電價的并網(wǎng)運行方式下各微源的有功、無功出力，并對比分析了微網(wǎng)與外網(wǎng)交互功率的約束以及不同運行調(diào)度模式對微網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度的影響，驗證了所提模型和算法的有效性。

本文提出由微源本身提供無功出力配合外網(wǎng)向微網(wǎng)提供的無功出力來滿足系統(tǒng)無功需求，降低了安裝無功補償裝置的額外投資，確保外網(wǎng)無需向微網(wǎng)提供過大的無功支撐且保證外網(wǎng)與微網(wǎng)間傳輸?shù)墓β示哂休^高的功率因數(shù)，較好地符合了供電公司對接入微網(wǎng)的要求。