含冷热电联产的微网系统的经济优化运行

Economical Operation of Micro-grid System with CCHP
Li Rui,Zhou Juanjuan,Li Peng,
School of Electrical & Electronic Engineering，North China Electric Power University，Baoding , China 1130407682@
式中，Pjt、Pit、Plt、Nd、Nnd 分别为微网系统中不 可调度型 DG 单元的功率输出、微网系统中可调度型 DG 单元的功率输出、负荷需求功率（kW） 、微网系统 中可调度型 DG 单元的数量、微网系统中不可调度型 DG 单元的数量。 2)DG 单元功率输出功率限值
P i min ≤ P it ≤ P i max
光伏组件的功率输出一般以标准测试条件（太阳 辐照强度为 1000W/m2，电池温度为 25℃）下的系统 出力为标准进行修正，具体可表示为 ：
PPV = PSTC G ING [1 + k PV (TC − Tr )]× COPhe Qco = QMT × COPco VMT = Pe t1 ηe × LHV NG
QMT = Pe (1 − η e − η l )
式中： PWG 为风力发电机组的输出功率，Pr_WG 为风力发 电机组的额定功率，vci、vco、vr、v 分别为切入风速、 切出风速、额定风速、实际风速。系数 a、b、c 可由 厂家提供的风机输出功率曲线通过 Matlab 拟合得到。
1.2 光伏发电发电模型
1.3 燃料电池模型
燃料电池是举世公认的高效、便捷及有益于环境 的绿色能源装置。它利用物质发生化学反应时释放的 能量直接将其变换为电能，工作时需要连续不断地向 其供给活物质——燃料与氧化剂。因为是将燃料通过 化学反应释放出能量变为电能输出，所以被称为“燃 料电池” 。 燃料电池是利用水的电解的逆反应的 “发电 机” ，由正、负极以及夹在中间的电解质构成。燃料和 空气分别被送进燃料电池，之后电能就可以被地生产 出来。它从表面上看有正负极和电解质等，像是一个 蓄电池，但实质上它并不能存储电能而是一个发电装 置。其模型如下[7]：
PLi =
N
∑
d
i =1
Pit +
N
nd ∑
j =1
Pjt
min C ENV ( Pt ) =
式中： ， CENV 为微网系统的污染物排放治理成本（元） M 为优化计算系统运行所排放污染物类型总数，βk 为 治理污染物所消耗的费用系数（元/kg） ，αi k 为不同分 布式电源所对应的各种污染物排放系数（g/kWh） 。 3)微网的综合效益最高，即总成本最低。
中国高等学校电力系统及其自动化专业第 29 届学术年会，湖北宜昌：三峡大学，2013
含冷热电联产的微网系统的经济优化运行
李锐，周娟娟，李鹏，
华北电力大学电气与电子工程学院，河北 保定 071003 1130407682@
摘 要：微网作为大电网的有效补充和分布式能源的有效利用形式，是智能电网的重要组成部分，其经济运行获 得了广大学者的关注，阻碍微网发展的一个重要因素就是微网经济效益的不确定性。考虑各种分布式电源的发 电成本、环境成本和微网设备维护成本，在满足微网运行约束条件的基础上，优化微网内不同分布式电源和储 能系统的功率输出，使系统的总运行成本最小。采用冷热电联产的微网，可以有效提高微网中分布式电源的效 率，从而提高其经济性。最后通过 Matlab 数值计算工具，验证一个含冷热电联产的微网系统模型的经济性。 关键词：微网；经济运行；冷热电联产；分布式电源
本章所建立的含冷热电联供的微网系统模型如 图 1 所示，DG 由光伏发电装置 PV(10kw)、微型燃气 轮机 MT(65kw)、风力发电机 WT(20kw)、燃料电池
发电效率。
1.4 微型燃气轮机
微型燃气轮机（microturbine）作为一种新型的燃 气轮机，在当今得到了高度关注和迅速发展。它的功 率一般不超过 1000kW ，它的发电效率高、燃料适应 性强、燃料消耗率低，而且具有污染排放低、可靠性 高、可遥控操作、低噪音、寿命长、低振动、具有自 诊断功能等先进技术特征，非常适合用于冷热电联供 可用于冷热电联供的微燃机数学模型 的微网系统[8-10]。 如下[11]：
Abstract: micro-grid as an effective complement to large power grids and distributed form of efficient use of energy is an important part of the smart grid, and its economic performance gained the attention of scholars,hinder the development of micro-grid is economic uncertainty of micro-grid.Considering various distributed power generation costs, environmental costs and micro-grid equipment maintenance costs,To meet the constraints of micro-grid operation, optimization of the different micro-grid distributed power and energy storage system power output, make the system's total operating costs are HP use into micro-grid can effectively improve the micro-grid distributed power efficiency, thereby improving its economy.Finally, use Matlab numerical calculation tool to verify the econimy of a micro-grid model contain CCHP. Keywords:micro-grid;economical operation;CCHP;distributed generation.
D-396
中国高等学校电力系统及其自动化专业第 29 届学术年会，湖北宜昌：三峡大学，2013
的运行时段，Cf 为微网系统中 DG 单元运行时的能源 消耗成本（元） ，Pit 为微网系统中编号为 i 的 DG 单元 在运行时段 t 内输出的有功功率（kW） ，COM 为微网 系统中 DG 单元的运行维护成本（元） ，CPEt 为微网系 统从主网系统购电的支出 （元） ， Pgridt 为微网系统与主 网系统之间的交互功率（kW） ，ISEt 为微网系统向主网 系统售电收益（元） ，KOM 为微网系统中 DG 单元的运 行管理系数 （元/kWh） ， Δt 为优化运行的时间间隔 （h） ， ， Cst 为微网系统向主网系统售电时的电价（元/kWh） 。 Cpt 为微网系统从主网系统购电时的电价（元/kWh） 2）微网系统的污染物处理成本最低。
C f _ FC ( PFC ) = C fuel ∑
t
2 微网经济优化运行的数学模型
2.1 目标函数
1）目标 1：运行成本最低。
min COPE ( Pt ) =
N i =1
∑
[C (P ) + C
f it
OM
( Pit ) +
]
C PE ( Pgridt ) + I SE ( Pgridt )
C OM ( Pit ) = K OMi Pit Δt 0 Pgridt < 0 ⎧ C PE ( Pgridt ) = ⎨ ⎩C pt Pgridt Δt Pgridt ≥ 0 ⎧C st Pgridt Δt Pgridt < 0 I SE ( Pgridt ) = ⎨ 0 Pgridt ≥ 0 ⎩
0 引言
随着智能电网的推广，微网得到的越来越多的关 注。微网是一种由负荷和分布式电源共同组成的系统， 分布式电源包括风力发电、光伏发电、燃料电池、微型 燃气轮机等等。微网靠近负荷侧，可以减少电能传输过 程中的损耗，减少输电线路建设成本。冷热电联供系统 建立在能源梯级利用的概念基础上， 统一解决了电能和 （冷）热能的供应问题，提高了各种分布式电源的使用 效率，从而有着良好的经济性，含冷热电联产的微网是 一种经济节能、环境友好的方式，具有良好的社会和经 济效益，在国内外引起广泛关注[1-3]。 建立一个微型冷热电联产微电网系统与外部电网 相连状态下的经济运行的数学模型， 并给出了公式实现 成本优化。每个功率单元的燃料消耗成本，系统的操作 和维护成本均是成本函数要综合考虑的。 优化是满足当 地供热和电力负荷的需求的前提下， 使系统的运行成本
i =1
N
min max 、 Pline 分别为微网系统与主网系统间 Plinet、 Pline
的实时交互功率、微网系统与主网系统间能够允许交 互的容量下限和上限。
minC ( Pt ) = COPE ( Pt ) + C ENV ( Pt )
式中为 C 为微网运行的总成本。
3 算例分析
3.1 算例系统
∑
式中： PPV 是光伏组件的实际输出功率，GING 是太阳的 实际辐射强度， GSTC 是标准测试条件下太阳辐射强度， kPV PSTC 是标准条件下光伏电池组件的最大输出功率， 是功率温度系数，Tc 是电池温度。
式中： Qhe 燃气轮机提供的 QMT:为燃气轮机排气余热量， 制热量，Qco 为燃气轮机提供的制冷量，ηl 散热损失 系数，COPco 制冷系数，COPhe 制热系数，t 燃气轮机 运行时间 ， VMT 是运行时间内燃气轮机所消耗的天然 气量，LHVNG 为天然气热值，一般取 9.7kwh/m3。