S01E02 微电网灵活性资源优化评价指标:经济性、可靠性、环保性

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为什么需要灵活性资源规划与运行评价指标

微电网灵活性资源是指在经济约束和运行约束下,某一时间尺度内,能够被微电网快速而有效地的优化调配,用以及时响应微电网内功率变化、控制关键运行参数的现有资源[52],具体包括储能系统联络线功率交换分布式可控电源以及需求侧响应等。计及多种不确定性因素时空耦合下的微电网具有与传统微电网不同的特性,如何构建适合此类微电网的灵活性资源规划与运行评价指标,对灵活性资源的配置方案和运行策略进行评判、选出最优,成为一个迫切需要研究的问题[53]。国内外针对考虑可再生电源出力不确定、电力负荷需求不确定及市场电价参数不确定等不确定性因素的微电网灵活性资源优化评价指标已有了一定成果。

经济性指标

在经济性指标方面,已有文献针对微电网灵活性资源的优化目标多聚焦于投资成本运行成本最小化,具体包括初期建设成本、运行维护成本,燃料费用以及考虑在未来电力市场环境下储能系统“低储高发”的预期收益折算成现值的比率。例如,文献[54]提出一种适用于工业园区的含小型光伏发电和储能系统的微电网优化规划模型,该模型的目标函数由分级能源成本、减排效益和投资回收期三个经济评价指标构成,用以全面评估微电网的经济表现和投资风险,算例部分基于一个微电网的实际运行数据仿真验证了所提微电网优化规划方法能够满足相应的技术要求和经济性要求;针对孤岛微电网中分布式可控电源的最佳功率分配问题,文献[55]采用一种基于多代理系统架构的分布式协调控制方法对各分布式可控电源的出力进行控制,在实现各分布式可控电源经济运行的同时,有效提升了微电网的整体运行经济性;文献[56]针对不同投资主体,分别建立了考虑微电网运营商经济指标(分布式电源投资成本和维护成本)和用户需求指标(供电缺失概率指标)的分布式电源优化配置模型,以获得使各利益方总体经济性最优的分布式电源优化配置方案;文献[57]为实现分布式柴油发电机组拥有者和微电网运营商的利益均衡,建立了分布式柴油发电机组单位成本收益和其接入后改善微电网运行状况所得收益最大化的多目标优化模型;文献[58]基于博弈均衡理论构建了一个风电商和电动汽车聚合商联合组成虚拟电厂参与电力市场投标竞争的随机博弈均衡模型,用以定量分析电力市场各参与方的经济利益。

可靠性指标

在可靠性指标方面,不少文献采用解析法或基于蒙特卡洛模拟对微电网的可靠性进行评估,并分析可再生电源出力负荷需求特性以及储能系统容量配置等对可靠性指标的影响[53]-[56]。例如,文献[59]提出一种基于解析法的含多微电网的主动配电网可靠性评估方法,通过对IEEE测试系统和实际工程中的主动配电网络进行大量数值测试,验证了所提方法的有效性;以风电、太阳能为代表的可再生能源在为系统提供清洁、经济、高效供能的同时,其出力的不确定性也会对系统的可靠性参数较大的不利影响,为对上述不利影响进行定量描述,文献[60]提出一种基于蒙特卡洛模拟的微电网可靠性评价指标,用以指导小型孤岛微电网的规划设计与运行决策;文献[61]提出了一系列关于微电网可靠性和经济性的评价新指标,包括孤岛模式下微电网的可靠性参数(用于描述分布式发电和负荷需求的特性)、微电网经济性指标以及基于用户的微电网可靠性指标,基于IEEE-RBTS测试系统的算例结果表明所提可靠性和经济性指标对相关问题评价的有效性,从而为微电网的规划与运行优化提供了科学的指导;文献[62]提出归一化的能量可靠性指标(如微电网不可用能量指标)作为微电网最佳运行状态的评价标准,并通过大量基于不同最大年负荷和不同负荷类型组合的敏感性分析,验证了所提微电网可靠性指标的有效性;文献[63]采用马尔科夫链模型对分布式电源出力和负荷需求的不确定性变化过程进行刻画,并提出一种可评估含有分布式可再生电源的孤岛微电网本地发电量充足性评价指标;文献[64]采用一种基于概率密度的方法来评估计及分布式可再生电源接入的孤岛微电网运行可靠性;文献[65]同时分别利用解析法和蒙特卡洛法对考虑分布式可再生电源的微电网在并网和孤岛两种模型下的可靠性进行了分析。

环保性指标

低碳环保是分布式可再生能源的最大优势[54],由于其不用燃烧化石燃料,可有效减少碳排放,缓解温室效应。环保性指标的引入,改变了传统的微电网储能系统规划与运行模式。在深入分析各类污染气体排放约束对传统电源规划模型的影响机制与作用机理的基础上,文献[66]提出将污染气体排放量引入传统微电网分布式可控电源优化运行问题,构建以经济性和环保性为指标的多目标优化模型;文献[67]在充分计及电力系统安全、可靠和经济运行相关约束的前提下,构建含碳捕集电厂的低碳电源规划模型,重点在规划层面计及了碳捕集技术的不同配置选项和发展路径,以实现对碳捕集和碳捕集预留技术的建模,最后基于某省实际数据仿真验证了所提模型与方法的合理性;为提高所得优化结果的环保性,文献[68]将环境成本加入所建微电网电源规划模型,并进一步分析了不同污染气体排放量约束对微电网电源规划结果的影响;考虑到微型燃气轮机发电可能会对当地空气质量造成极大的损害,文献[69]对柴油发电机组污染气体排放特性进行了深入分析,所得结论可为相关监管机构和规划决策者提供重要参考;文献[70]探究了绿色微电网经济调度模型的主体框架,分析了环境保护背景下技术、经济与政策等因素对微电网规划的影响。

上述文献基于经济性、可靠性或环保性等单一评价指标作为衡量单个灵活性资源规划方案的依据,并不能反映出微电网系统整体的运行状态及自治性要求,而且灵活性资源规划运行要求与其应用场景密切相关

参考文献:计及多尺度不确定性耦合的自治型微电网储能系统容量协调优化_谢鹏.pdf