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微电网下考虑分布式电源消纳的电动汽车互动响应控制策略

北极星储能网  来源:电气技术    2018/4/23 8:42:57  我要投稿  

北极星储能网讯:浙江工业大学信息工程学院、国网浙江省电力公司电力科学研究院的研究人员杨晓东、张有兵、蒋杨昌等,在2018年第2期《电工技术学报》上撰文,针对含电动汽车(EV)与高渗透率光电并网型微电网的协同增效利用问题,为提高分布式电源消纳水平,提出一种动态EV互动响应控制策略。

首先,基于微电网内分布式光伏出力与负荷之间的供需情况,结合实时电价与倾斜分档率发展了虚拟电价机制;其次,在虚拟电价的引导下转换最大化光电消纳的目标,构建EV互动响应的混合整数规划架构;在此基础上,为应对微电网中光伏输出不确定性所带来的不利影响,引入模型预测控制方法实现动态EV互动响应控制;最后,以某办公区域微电网为例进行仿真分析。

算例结果表明,所提EV互动响应控制策略能够使需求侧主动匹配供电侧光伏出力,改善负荷特性,有效促进光伏电源消纳,实现多方面的经济效益。

微电网作为可再生能源(Renewable Energy Sources, RES)接入配电网的有效缓冲,凭借自身运行控制和能量管理等关键技术可以实现其并网或孤岛运行[1],既能充分利用分布式可再生能源降低间歇性分布式电源给配电网带来的不利影响,又能提高供电可靠性和改善电能质量[2,3],因此受到了广泛关注[4-6]。

随着RES(如风电、光电)的不断接入,其出力不确定性对微电网优化运行的影响日益明显,因此有必要进一步研究高渗透RES下,如何适应RES出力的不确定性提升新能源消纳率,进而实现微电网的优化运行。

电力市场环境下,具有节能性和低排放的电动汽车(Electric Vehicle, EV)[7]作为一种需求侧资源接入微电网时,能够基于V2G(vehicle-to-grid)互动响应技术参与系统能量调控[8],将供电侧的新能源发电系统和需求侧的资源进行综合规划,减弱RES发电随机性带来的不利影响,保证微网系统的供电可靠性和电能质量,提高系统经济性[9,10]等。因此,微电网系统中,建立一种能够充分发挥EV能量调控作用的控制策略,成为最大限度提高系统内RES消纳水平的关键之一。

目前国内外对于RES与EV的集成利用方面的研究已经取得一些进展。其中,通过电价的方式引导EV有序充放电是微电网实现需求侧管理、促进分布式消纳的有效手段。

文献[11]综合考虑EV充电需求和随机时间等因素,以促进光伏功率最大化就地消纳和减少充电行为对配电网的影响为原则提出一种光伏充电站实时运行策略。文献[12]从经济运行的角度,研讨了联络线功率控制对微电网运行成本的影响。文献[13]根据微网内典型日风光发电和负荷数据,制定价格型激励机制管理EV充放电。

文献[12,13]在利用EV实现微电网能量管理时微网内RES出力不确定性对微电网能量管理的影响分析较少。在不确定性分析方面,文献[14]为了实现含RES的并网型微电网的经济运行,提出了RES出力不确定集,并综合考虑“源储荷”协调调控,构建了广义能量优化鲁棒模型。

文献[15]基于需求响应建立了两阶段随机规划风电消纳调度模型,并且通过两种需求响应的协调优化能够自动匹配风电不确定性程度。文献[16]针对微网内RES出力不确定性以及负荷的波动性,建立了基于机会约束规划的经济优化模型,基于峰谷分时电价优化一体化电站和燃料电池出力。文献[14-16]虽考虑了微网内RES出力不确定性,但电价形式较为单一,在反映系统动态供需关系方面有失灵活性。

相比于分时电价,实时电价(Real-Time Pricing,RTP)机制在反映系统动态供需关系以及引导用户行为方面具有更好的灵活性[17]。文献[18]采用实时电价的形式引导EV用户的充放电行为,通过控制EV和储能系统(Energy StorageSystem,ESS)的充放电行为来平抑风电场的出力不确定性。但在实时电价引导下,易在低电价时段产生新的负荷尖峰或难以有效改善负荷峰均比(Peak-to-AverageRatio, PAR)[19]。

在上述背景下,本文针对含EV和高渗透率光电的并网型微电网,以提高光电消纳水平为目的提出一种动态EV互动响应控制策略。基于虚拟电价构建了EV互动响应的混合整数规划架构;在此基础上,引入模型预测控制(Model PredictiveControl, MPC)方法实现动态EV互动响应控制,应对微电网中光伏输出的不确定性所带来的不利影响。

算例遵循电力市场运行情况,以负荷特性、经济性等微电网运行性能评价指标验证了发展的EV互动响应控制策略的有效性。

图1 含电动汽车的光储微电网架构

结论

本文以分布式电源消纳为目的、结合虚拟电价机制和MPC方法提出了一种EV互动响应控制策略。通过仿真分析,得出了以下结论:

1)基于虚拟电价机制的EV互动响应控制策略,能够在满足用户用电需求的基础上改善负荷特性、大幅消纳光伏出力,减少分布式光伏并网对上级电网的冲击。

2)相对于日前调度模式,基于MPC方法的动态EV响应控制策略性能更好,且随着不确定度等级的升高,总成本的增加速度更慢。因此基于MPC方法的EV能量流控制策略具有更强的鲁棒性。

3)通过对EV用户成本和微电网运行成本的精细分析显示,所提方法能够有效提高供需两侧的经济性,降低双边成本。关键参数的设置将直接影响两侧收益情况,实际应用中,应综合考虑系统实际需求及用户响应度对其进行合理管控。

原标题:微电网下考虑分布式电源消纳的电动汽车互动响应控制策略

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