王磊 張倫 林永君

摘 要：本文首先確立了住宅型微電網(wǎng)的系統(tǒng)架構，建立住宅建筑中地板輻射參數(shù)模型和電轉氣（P2G）模型。其次建立住宅型微電網(wǎng)雙層模型并利用NSGA-II算法進行優(yōu)化，上層優(yōu)化目標為微電網(wǎng)運行成本最小，下層優(yōu)化目標為用戶舒適度最好。最后以一棟住宅的冬季供暖場景為例，分析不同天然氣價格對微電網(wǎng)調(diào)度結果的影響。

關鍵詞：住宅型微電網(wǎng);P2G;雙層優(yōu)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.142

1 概述

近年來，我國光伏、風電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，但清潔能源消納問題突出。如何促進多種能源優(yōu)化互補已經(jīng)成為能源高效利用的重要研究方向。電轉氣技術（power to gas，P2G）是電力轉換成氣體燃料的技術，包括兩個過程，即電解水反應和甲烷化反應。關于含P2G的問題研究大多集中在大型綜合能源系統(tǒng)，文獻[1-3]提出了基于P2G裝置和燃氣機組的能量流模型，分析P2G技術對電-氣綜合能源系統(tǒng)運行的各種影響。以上研究大多未涉及考慮天然氣價的等市場環(huán)境因素，本文主要分析不同天然氣價格對微電網(wǎng)調(diào)度結果的影響。

2 住宅型微電網(wǎng)系統(tǒng)設計架構及P2G建模

本文研究的住宅微電網(wǎng)系統(tǒng)包括以下單元：可分布式發(fā)電單元：風電機組（WT）、光伏（PV）發(fā)電設備;能量儲存單元：儲能系統(tǒng)（ESS）、儲氣系統(tǒng)（GSS）;能量轉換單元：燃氣輪機（GB）、電轉氣（P2G）設備;能量消耗單元：電負荷消耗、熱負荷消耗用電;能量管理中心。

本文建立非固定轉換效率的質(zhì)子交換膜電解槽模型和甲烷反應器模型：

式中：為時段電解槽產(chǎn)生氫量，為時段電解槽輸入電功率，為轉換效率系數(shù)，為電解槽額定容量，為時段甲烷反應器生成天然氣的功率;為甲烷化反應器的運行效率;為時段輸入甲烷反應器的氫量;為天然氣低熱值;為天然氣管道每立方米對應的氣體質(zhì)量。

3 雙層優(yōu)化模型

3.1 上層目標函數(shù)及約束條件

3.2 下層目標函數(shù)及約束條件

4 算例分析

本文的住宅型微電網(wǎng)日前調(diào)度模型，設置調(diào)度時段為1小時。本算例驗證了不同天然氣價格對微電網(wǎng)調(diào)度的影響。

由圖1和圖2可知，天然氣價格變化影響了燃氣輪機的運行成本，以及電轉氣的獲利。當天然氣價格低時，采用天然氣作為燃料的燃氣輪機供熱則更加有優(yōu)勢。反之，當天然氣價格高時，燃氣輪機的出力隨之下降，燃氣輪機的電功率也隨熱功率之下降，從而出售給電網(wǎng)的電量下降。

5 總結

本文對含P2G設備的住宅型微電網(wǎng)進行了研究，P2G技術將多余的發(fā)電量轉化為天然氣，具有一定環(huán)境效益。在考慮天然氣價格的前提下，微電網(wǎng)系統(tǒng)可以利用不同天然氣價格和電價的波動來提高自身收益。

參考文獻：

[1]余娟.含電轉氣的電-氣互聯(lián)系統(tǒng)可靠性評估[J].中國電機工程學報，2017，29（00）：1-9.

[2]李陽.基于綜合能源協(xié)同優(yōu)化的配電網(wǎng)規(guī)劃策略[J].電網(wǎng)技術，2018，42（05）：1393-1400.

[3]劉沁哲.考慮液化天然氣供應風險的氣電聯(lián)合系統(tǒng)運行分析[J].電網(wǎng)技術，2016，40（09）：2831-2837.