孔昱凯S 温步瀛1，朱振山S 唐雨晨2
(1.福州大学 电气工程与自动化学院，福建福州 350108；
2.国网福建省电力有限公司经济技术研究院，福建福州350012)
摘 要：孤岛微电网系统无主网支持，仅依靠内部微源自给自足，因此制定合理的
运行方案对于孤岛微电网的安全经济运行 重要 。 储能系统参与微电网
运行所发挥的不同作用，以微电网经济性、 性、能源利用效率、等值
和
波动性为优化目标
目标微电网运行优化 。 在 风电、光 与负荷预
测 的基础上，从日前、日 个 度对微电网运行进行优化。日 优化方案以日前优化方案为
，
必要
日前运行方案。应用 理论、二 比定权法
转化为单目标优化问题，调用CPLEX 软件求解线性化后的混合整数 ，
孤岛微电网运行最优方案。所提
提升微电网运行 性并提高能源
用效率，
证 提运行方案的 性。
关键词：孤岛微电网；储能 ；多目标优化；混合整数规划
中图分类号：TM 732 文献标志码：A 文章编号：2095-8188(2021)02-0065-10
DOI ： 10.16628/j. cnki. 2095-8188. 2021.02. 013
孔昱凯(1996-)， 男，硕士研究生，研
究方向为电力系统 优化运行。
Coordinated Optimization for Day-Ahead and Intra-Day Opertation of
Island Micro-GriZ ConsiZering Energy Storagr
KONG Y&Q-1， ER ； M&').1，
Zhenshrn 1， L4NG Y&A d 2
(1. College of Electrical Engineering and Automation ，Fuzhou University ，Fuzhou 350108，China ；
2. Economy and Technology Institute ，Stato Grid Fujian Electria Power Co.，Ltd.，Fuzhou 350012，China )
Abstract : The islanded micro-arid system has no support from the main grid and only relics on internal micro sources to feed itself Therefore ，X it of great sianificancc to develop a reasonabie operation scheme for islanded
micro-arid to operate safeiy and economically. Considering the dXferent roles of the eneray storage system in the operation of the micro-arid ，the multi-objective optimai operation modd of micro-arid was established with the optimization objectives reearding economy ，reliability ，eneray utilization efficiency, peak-velley diferenco ，and
fluctuation of equivalent load. Based on the forecast of wind power ，photovoltaic power ，and load ，the modd optimizes the operation of
at both day-ahead and within-day scales. The day-ahead optimization scheme is taken as
a reference for withirn-day optimization scheme and can be revised if necessary. The modd is transformed into a
singee objective optimization problem by using fuzzy theoro and binary contrast weighting method. The mixed inteaer proaI■amming modd is solved by CPLEX soOwaro to obtain optimai scheme for the operation of the islanded micro-
geod.Themodeecan ompeoeetheeeeoaboeotyand eocoencyoAmoceo-geod.Somueatoon anaeysososconducted toeeeoy
theopeeatoon schemepeoposed on thospapee.
Key wordt : island m icro-griZ system ； energy storagr system ； multi-objectivr optimization ； mixed integrr programming
温步瀛(1967-)，男，教授，研究方向为电力系统优化运行。
朱振山(1989-)，男，讲师，博士，硕士生导师，研究方向为电力系统运行与控制、电力系统规划等。
*基金项目：国家自然科学基金资助项目(51707040)； 福 省电 科技项目(52130N8000T )
—65
—
0引言
年来，统能源的枯竭，以及国家新能源的大力扶持，风电、光生能源发展迅速，以电源为能源主要来源的微电网到了人们的广泛关注(T°微电电
、离、能低、点，在解决偏远山区能源供应不足的同时，可以促进节能，并提升清洁能源利用，成为
支和偏远地区供电的段％制定合理的发电计划与运行方，孤微电的稳定运行重要%
微电运行优化是微电稳定运行的重要支，目前已进行大量研究％[4)微电网运行效益出发，引入的需应，转化为经济效益，制定微电网运行方案；文[5-5]发电与环境治理的角度出发,
微电目标优化，目标转化与遗法制定最优运行方案；[8]在上基础上加入能源利用效率最优，混微电电源优化配置％但上单一度优化微电网运行，无法微电网运行中不同度运行特性的％[9]项目与单位运行周个度出发，考虑源机定性与测定性，双层耦合优化，但微电测
化；[10]日前阶段随机优化系统运行鲁棒性，日的滚动优化，降低日前预测日内运行优化的；
[11]微电网电源分为基础电源与调频电源，日前优化确定基础电源的方保-，在基上制定调频电源的日运行方%但该方制基础电源的调节能力，降低了日内优化的调节范围，不能发挥微电运行的性%
储能系统作为孤岛微电网的重要，
储能系统应、调节迅，用储能
频率稳定，在运行中仅参与调频充发挥储能系统的调节能%储能系统与调频，同用与调节曲线、促
生能源消，调动储能的调节能力，并结微电微源运行中的动态率，
微电运行的性%风光测偏——66—
逼降低的，从日前、日个时
度目标函数优化微电网运行％中储能系统与日前、日阶段优化，中日前优化以1h为，优化各微源，蓄电池充放电率和；日优化以15min为，以日前优化方案中确定的各单元运行状态为进行调整，在必要改满足微电网运行要
资源运行状态，调用各微源的性，制定孤岛微电优运行方案％
1孤岛微电网的构成
孤微电系统要微源与
成％微电拓扑如图1%
[______________如迤____________
图1微电网结构拓扑图
其中，风电机组(Wind Turbine,WT)、光伏发电系统(Photo Voltaio,PV)是微电网运行的重要支撑，但
运行定性与随机性，对微电网稳定运行一定%微燃气轮机(Micro Turbine,MT)与燃料电池(Fuel Cel t,FC)作为微电系统的调峰单元，能改变机，提升微电网运行稳定性；储能系统(Enecy Storage System,ESS)同备源、性，收微电网运行的率，满足系统供需％
2孤岛微电网运行策略
测偏逼，本文日前、日2个度孤岛微电目标优化方案，降低预测偏微电网运行的%
在日前优化阶段，以1h为，微电中风光与的日前测，微电目标优化，定孤微电日前优化方；在日优化阶段，以15min为，在日前优化的基础上微电网中风、光与的预测偏差,
确定孤岛微电网日内运行方案％
为了降低运行方案的调整单元生产计的，避免过度调节引起微电动性增大，日内优化过程中MT、FC等机组的日内运行方案能地日前运行计划，仅在必要情况'其进行调整。必要情况是指在WT、FC、ESS均达到无法率，必调整日前优化中MT、FC的出力，以满足微电网需求，在直至MT&FC达出力上限，在仍未满足功率平衡的前提下进行处理以 微电网稳定运行。
上，微电网中各微源调整优先度如下：调节风电、光发电>ESS的放电功率〉改变MT与FC的日前优化结果〉进行处理以微电网稳定。储能多目标的孤岛微电度优化策略如图2%
图2考虑储能多目标的孤岛微电网多尺度优化策略
3微电网多目标优化模型
ESS具有响应速度快、调节范围广、不受地理资源条件限制的优点。ESS用自身、转移电能的特性，可以地提升生能源的消纳量，进行削峰填谷，降低微电网负
电率，参与调频、充当备用％，以微电网经济性、环保性、性、性、能源利用率等为目标，制定含储能的微电网优化运行策略。3.1孤岛微电网日前运行优化
孤微电日前优化储能在微电中发挥的不同作用，以风、光、的日前预测
为基础，以1h为，同的微电网优化运行目标，微源的运行，优化ESS、MT、FC与风光单，制定微电日前运行方案％橡胶护套
3.1.1优化目标
孤岛微电网的日前运行优化，一天为24个时间段进行，日前优化总目标为
mC6111/1,2
,
3,4，虫3(1)式中：I J2、
人J4二——微电网运行经济性、可
性、能源用率、
值、生能源
动性的目标
数。
(1)目标1为微电网运行的经济性最优。
孤岛微电网的经济性最优(12-8)，日前运行成本最低，对于WT、PV等可再生能源与ESS不消耗燃料，仅计及运，微源运、燃料、启、环境，经济性目标数为
f\1H wt2Cw+C ess2H mt2H fc2
H Fu2C On2C En(2)式中：C wt———风电机组的运；
C PV—光伏发电系统的运；
C ESS储冃匕系统的运；聚氨酯防滑链
C MT
"MT运；
C FC"""FC运；
C Fu—
"微源燃料；
C On"""微源启；
C En—-环境治理成本％
中，
C WT1&Q WT.T WT(t0.
t#T
宋殿权
(3)
C PV—&Q PV.T PV(00
t#T
(4)
C ESS1&Q e-\P e(t)-/
t#T
(5)
C MT二&&Q MT P i(0.
i#/mt t#T
(6)
C FC二1&&Q fc•P i(0•/
i#I*C tT
(7)
C Fu1
&&C・Q y,q・空0•/
i#I t#T
(8)
C On1&&C—up"-up(02C q down"i,dowi
i#I/T t#T电视棒原理
(t)
(9)
—67
—
C En1&&H厂T(0(10)
t#T i#A
式中：T-------运行周期；
I—微电网中MT&FC的集合；
A t、A fc—微电网中MT&FC的集合；
Q t、Q v—WT&PV单元电量运行维护成本；Q e、Q mt、Q c——ess、mt、FC单位电量运行维护
；
T WT(0-------1时段WT的上网功率；
/---运行时段的时间间隔；
T pv(t)-----1时段PV实际的上网功率；
T e(t)—t时段ESS充放电功率；
T-(t)-----1时段微源-的出力；
C—天然气单价，取2.5元/m3；
Q”一微源-单位做功消耗燃料量；
)—
—微源i的发电效率；
C-up、C,d°”n——微源i开机成本、停机成本；
"-up(t------0~1变量，取值为1表不微源i
在t时段的开机；
"-don(t)------0~1变量，取值为1表不微源
在t段的机；
j—不同污染气体CO2、SO2、NO”所
对应的种类；
C-—微源i产生相应气体j的治理
费用。
(2)目标2为微电网运行的可靠性最优。
本文将微电网运行可靠性通过负荷供应不足的电量来衡量，即微电网切负荷电量，可靠性目标函数为
I1&T oss(t)-/t(11)
t#T
式中：T loss(i)——t时段孤岛微电网切负荷功率。
(3)目标3为微网能源利用率最高。
孤岛型微电网主要能量来源为风、光发电，提高可再生能源的上网电量等同于提升微电网能源利用率，本文转化为微电网运行过程中弃风弃光最少。
min1&T wt,p(°)•_T wt(t)•/+
t#T
&T pv,p(t)•/t_T pv(t)•/t(12)
t#T
式中：T wt,p(t)、T pv,p(t)——t时段风、光预测
出力。
(4)目标4为微电网等效峰谷差最小。—68—
电网运行过程中，峰谷差是难以消除的，而在调节过程中会引起微电网频率波动，甚至造成微电网的波动，通过储能系统削峰填谷以降低微电网峰谷差。
mV fi1&&T[(rn)_T[())(13)
m#T)#T
T L(t)1T L(t)_T WT(t)_T PV(t)_T E(t)
(14)式中：T l(0)——t时段孤岛微电网等值负荷；
T(t)—t时段孤岛微电网供应负荷％
(5)目标5为可再生能源的波动量最小。
硅基动态从微电网安全稳定运行的角度考虑，储能系统跟踪风、光出力曲线，能有效降低其上网电量的波动性，提升微电网供电连续性与可靠性。
min I&l T WT(t)•/_T WT(t_1)•/+ #T
&T PV(t)•/t_T PV(t_1)•/t
#T
(15) 3.1.2约束条件
针对孤岛微电网的日前运行优化，本文将一天划分为24个时间段进行，日前优化总目标如下％
(1)率为
T L()T WT()+T PV()+T MT()+T FC()
+T e(°)+T10SS(t)(16)式中：T i oss(o)-----------1时段孤岛微电网切负荷
功率。
(2)各电源出力约束。
①可再生能源：
0$T WT(t)$T WT,p()(17)
0$T pv(t)$T pv, p(t)(18)
②可控微源。
运行状态约束为
"(t+1)1",(t)+"-up(t)_"-down(t)
(19)式中："(t)—
—0〜1变量，表示t时段微源i
运行态值为1表微源
处于运行状态。
运行态与为
t-1t-1
&"-up(z)$&"-up(Z)"(Q)(20)
z=t-T on-T on
(22)(23)
t-1
t-1
& "p up (z)
$ 1 - & "p d°”n (z)
z=tT o n
z=t -T off
(21)
式中：L n &L ff —MT 最小运行时间、最小停机
时间。
出力约束为
psho
0 $ P/ t $ P /ax • "/Q )-
(P
.max - P /up #
' "p up ( t - 1)
0 $ P( t) $ P -s - "i
( Q )-
(P i max
P l , down ) " l , down (')
式中：P -vx ——微源i 出力上限；
P /up —微源i 开机时刻允许的最大
；
P /down ----------微源i 关机前一时刻允许的最
大出力％
③储能运行约束。
功率约束为
0 $ P e (/ $ P er / (24)
式中：P er /——储能系统最大充放电功率。
通常将储能的剩余能量定义为荷电状态
(SOC )，数值为储能剩余可放电的容量与其额定
容量的比值。
SOC ( t + 1) 1 (1 - d) SOC ( t) + PJR
(25)
式中：SOC ( t)———寸刻ESS 荷电状态；
d —ESS 自放电率；
)------ESS 充放电效率；
E ex —ESS 额定容量%
SOC mm - E ex $ E(t) $ SOC m/t - E e N (26)
式中：SOC mn 、SOC m/t —ESS 荷电状态上、
下限％
末状态约束为
SOC (0) = SOC ( T ) (27)
(3)负荷约束％微电网运行中要保证负荷稳 定供应，仅在必要情况，切除部分负荷以满足电网
平衡，具体约束如下：
min [P L,m … , P gn (o ) ] $ P l (
t) $ P L,m/t (28)
P GN ( t
) 1 P
WT (
t ) + P PV ( t ) + P E ( t )
+ & P p max
mm
(29)
式中：P L,max —微电网负荷最大需求；
P gn (/ —t 时段微电网各微源出力上限
之和％
3.2孤岛微电网日内运行优化
随着时间的不断逼近，微电网中各单元的预 测偏差逐渐减小，与日前优化所制定的运行方案
存在一定的偏差，待日内优化进行修正％为降低 对微电网中各单元的生产活动造成的影响，尽可
能减少日前优化中各微源运行方案的变动。依据 所提调节顺序，调整微电网内各微源出力计划，维
持微电网稳定运行％
3.2.1 优化目标
日内优化15 min 为一个时段，以日前运行方 案为参考，为约束不同微源的调节顺序，在目标函 数中加入罚函数，所构建的优化目标为
mm62 1 1/1 ,/> ,3 ,f $ ,fs 3 +f f
(30)mm f f 1 K& P r -P d\
(31 )
r #G
式中：K —第r 种微源调节顺序的权重系数,
根据运行中调节的先后顺序(调 节顺序见第2节)设置数量级差
另IJ，即权重系数大小相差10的6 指数倍；
G ―微电网不同微源集合；
P r —第r 种微源日前优化出力； P d —第「种微源日内优化出力％
3.2.2 约束条件
WT 、PV 、FC 、ESS 和负荷的运行约束与日前
优化相同，同式(16) ~式(28)%日内优化中，仅
MT 需额外考虑爬坡约束(日前优化为1 h ，有足
够的爬坡时间)：
-P a $ P mt (/ -P mt (t + 1) $ P c (32)
式中:P c 、P"d ---------微燃机i 在15 min 内的最大增、
减出力％
4模型求解
4.1多目标转化为单目标
本文构建的各优化目标为不同量纲导致多目 标求解过程较复杂，利用文献:19 ]中方法进行简
化，基于模糊理论利用隶属度函数将不同目标转 化为0、1之间的函数，其值越力、，表明该目标更接
近最优方案％并通过二元对比与语气算子确定不 同目标权重，归一化处理后得到单目标优化模型％
—69 —
