• ISSN 0258-2724
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计及需求侧的风-光-氢多能互补微电网优化配置

陈维荣 傅王璇 韩莹 李奇 黄兰佳 许程鹏

陈维荣, 傅王璇, 韩莹, 李奇, 黄兰佳, 许程鹏. 计及需求侧的风-光-氢多能互补微电网优化配置[J]. 西南交通大学学报, 2021, 56(3): 640-649. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200163
引用本文: 陈维荣, 傅王璇, 韩莹, 李奇, 黄兰佳, 许程鹏. 计及需求侧的风-光-氢多能互补微电网优化配置[J]. 西南交通大学学报, 2021, 56(3): 640-649. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200163
CHEN Weirong, FU Wangxuan, HAN Ying, LI Qi, HUANG Lanjia, XU Chengpeng. Optimal Configuration of Wind-Solar-Hydrogen Multi-Energy Complementary Microgrid with Demand Side[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(3): 640-649. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200163
Citation: CHEN Weirong, FU Wangxuan, HAN Ying, LI Qi, HUANG Lanjia, XU Chengpeng. Optimal Configuration of Wind-Solar-Hydrogen Multi-Energy Complementary Microgrid with Demand Side[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(3): 640-649. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200163

计及需求侧的风-光-氢多能互补微电网优化配置

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200163
基金项目: 国家自然科学基金(51977181);四川省科技计划(19YYJC0698)
详细信息
    作者简介:

    陈维荣(1965—),男,教授,博士,研究方向为电力系统及其自动化、新能源并网发电技术、燃料电池技术与应用等,E-mail:wrchen@swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: V242.3

Optimal Configuration of Wind-Solar-Hydrogen Multi-Energy Complementary Microgrid with Demand Side

  • 摘要: 针对多能互补微电网经济成本最优问题,提出一种计及需求侧响应的风-光-氢多能互补微电网优化配置方法. 首先,在相关功率约束和控制原则下制定运行控制策略;接着,为最大化直接消纳风光发电,引入激励型需求侧响应,利用混合整数规划优化负荷曲线;进而,建立考虑需求侧响应的优化配置模型,基于等年值成本最小的优化目标,综合考虑系统的必要约束条件,利用粒子群算法迭代寻优求解最优配置. 为验证有效性,结合某一地区的历史数据,求解优化配置方案,并开展微电网不同运营方式、自平衡率约束与建设成本影响因素下的技术经济分析. 分析结果表明:引入氢能发电系统和考虑需求侧响应后,当自平衡率为81.64%时,达到等年值成本最低为314.37万元;将自平衡率控制在合理水平,随着科技发展建设成本的降低均有助于提高微电网经济效益.

     

  • 图 1  风-光-氢多能互补微电网系统拓扑结构

    Figure 1.  Topological structure of wind-solar-hydrogen multi-energy complementary AC/DC microgrid

    图 2  优化配置求解流程

    Figure 2.  Solution process of optimization configuration

    图 3  年度光照、风速及交直流负载数据

    Figure 3.  Annual light,wind speed and AC and DC load data

    图 4  全年典型日交直流负荷需求响应前后对比

    Figure 4.  Comparison of typical daily AC and DC load response

    图 5  不同自平衡率约束对等年值成本的影响

    Figure 5.  Effect of different self-balance rate constraints on equivalent annual cost

    图 6  降低新能源设备成本对等年值成本的影响

    Figure 6.  Effect of reducing new energy costs on equivalent annual costs

    表  1  不同设备的成本参数

    Table  1.   Cost parameters of different equipment

    设备相关参数数值设备相关参数数值
    光伏 额定功率/kW 1 燃料电池 额定功率/kW 1
    初始投资成本/(元•kW−1 8 800 初始投资成本/(元•kW−1 14 000
    寿命/a 20 寿命/a 10
    风机 额定功率/kW 10 储氢罐 容量/(kW•h) 1
    初始投资成本/(元•kW−1 12 000 初始投资成本/(元•(kW•h)−1 1 800
    寿命/a 20 寿命/a 20
    蓄电池 容量/(A•h) 85 电解槽 额定功率/kW 1
    最大电压/V 12 初始投资成本/(元•kW−1 20 000
    初始投资成本/(元•(kW•h)−1 1 000 寿命/a 10
    换流器 额定功率/kW 1
    初始投资成本/(元•kW−1 2 000
    寿命/a 10
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    表  2  分时电价数据

    Table  2.   Time-of-use electricity price

    时段
    类型
    具体时段购电价格/
    (元•(kW•h)−1
    售电价格/
    (元•(kW•h)−1
    低谷 00:00~08:00 0.37 0.28
    尖峰 08:00~12:00,
    17:00~21:00
    0.87 0.72
    高峰 12:00~17:00,
    21:00~24:00
    0.69 0.53
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    表  3  不同运营方式

    Table  3.   Different modes of operation

    运营方式是否考虑氢能
    发电系统
    是否考虑负荷
    需求侧响应
    方式一
    方式二
    方式三
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    表  4  不同运营方式下的优化配置方案

    Table  4.   Optimized configuration schemes in different modes of operation

    运营
    方式
    方案光伏/
    风机/
    蓄电
    池/个
    换流
    器/台
    燃料电
    池/个
    储氢
    罐/个
    电解
    槽/个
    等年值成
    本/万元
    总换流损
    耗/MW
    自平衡
    率/%
    用电满
    意度/%
    用户满
    意度/%
    方式一 1 800 57 210 729 0 0 0 316.11 150.85 74.06 100.00 87.03
    2 575 71 211 723 0 0 0 315.37 142.57 76.52 100.00 88.26
    方式二 3 750 62 158 687 3 6 3 314.62 147.76 75.40 100.00 87.70
    4 594 87 112 704 3 25 3 314.49 141.22 80.12 100.00 90.06
    方式三 5 743 60 82 648 2 5 2 314.39 146.22 79.65 89.01 84.33
    6 537 74 81 649 2 4 2 312.99 139.60 82.46 91.43 86.95
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    表  5  不同自平衡率约束范围内的优化配置方案

    Table  5.   Optimized configuration schemes within constraints of different self-balance rates

    方案自平衡率范围光伏/台风机/台蓄电池/个换流器/台燃料电池/个储氢罐/个电解槽/个等年值成本/万元
    0.1~0.279642724252337.63
    0.2~0.31311314378233092343.94
    0.3~0.4232211139353123338.64
    0.4~0.5325281508073163330.82
    0.5~0.64633819870441954326.10
    0.6~0.7517522717075575322.51
    0.7~0.8645551028007327320.20
    0.8~0.98328651777262314.37
    0.9~1.0970368209697448522378.93
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-04-04
  • 修回日期:  2020-06-17
  • 网络出版日期:  2020-08-25
  • 刊出日期:  2021-06-15

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