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在能源枯竭與節(jié)能環(huán)保問題日趨嚴重的今天，分布式發(fā)電相關(guān)技術(shù)正得到越來越廣泛的應(yīng)用。微電網(wǎng)可以有效提高分布式電源的利用效率，是分布式發(fā)電的重要發(fā)展趨勢，也是滿足用戶用電個性化需求和提高供電可靠性的關(guān)鍵。

隨著可再生能源成本下降、儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展、化石能源價格上漲和微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的成熟，我國的微電網(wǎng)市場將得到爆發(fā)式增長。而隨著微電網(wǎng)市場規(guī)模的增長，我國的微電網(wǎng)發(fā)展也將逐步從國家主導(dǎo)的大投資、大規(guī)模的示范工程建設(shè)走向社會資本主導(dǎo)的小投資、小規(guī)模的、更合理的市場化經(jīng)營模式。而一旦進入市場化經(jīng)營模式，如何使得微電網(wǎng)項目獲得最大的經(jīng)濟、社會綜合效益，將成為微電網(wǎng)投資運營商最為關(guān)心的問題。

從我國現(xiàn)有微電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計情況來看，對于微電網(wǎng)的優(yōu)化配置問題，已初步形成基本原理、方法及步驟，但也存在一些問題，例如：未能將初始投資費用與后期的運營維護費用統(tǒng)籌考慮，配置方案優(yōu)選目標的選取未能與微電網(wǎng)運營市場的實際利益相契合等問題。導(dǎo)致我國現(xiàn)在已建成的很多微電網(wǎng)工程，有些一直在虧本運行，有些則僅運行了很短的時間即停運，不僅造成了資源、技術(shù)的大量浪費，也阻礙了微電網(wǎng)向市場化經(jīng)營模式的轉(zhuǎn)變。

• 有學者將平準化電力成本引入微電網(wǎng)的電源優(yōu)化配置，建立了以平準化電力成本最小為目標的獨立微電網(wǎng)電源優(yōu)化配置模型，并采用遺傳算法進行求解。
• 有學者將改進的細菌覓食算法應(yīng)用到解決含有風光儲混合的全年孤島運行微網(wǎng)的電源容量優(yōu)化配置問題，建立了計及設(shè)備投資成本、運行維護成本、燃料成本及環(huán)保折算成本的優(yōu)化配置模型。
• 有學者建立了基于分時電價和需求響應(yīng)的家庭型用戶側(cè)微電網(wǎng)優(yōu)化運行模型，以用戶的購電費用和舒適度為優(yōu)化目標，并采用粒子群優(yōu)化算法進行求解。
• 有學者從成本效益分析角度，提出了基于凈效益最大化的微電網(wǎng)電源優(yōu)化配置模型，采用遺傳算法進行求解。
• 有學者以減少饋線網(wǎng)損和提高電壓水平為優(yōu)化目標，提出了一種新的分布式電源優(yōu)化配置方法——改進的免疫克隆選擇算法。
• 有學者將全生命周期管理的概念應(yīng)用到微電網(wǎng)設(shè)備的管理中，開展了微電網(wǎng)設(shè)備管理方法的研究。
• 有學者針對采用階梯電價和峰谷電價2種機制，提出家庭型微電網(wǎng)全壽命周期的經(jīng)濟性分析方法。并以廣州地區(qū)一個家庭型微電網(wǎng)系統(tǒng)為例來分析全壽命周期下的經(jīng)濟性。

關(guān)于微電網(wǎng)的優(yōu)化配置，目標函數(shù)的選擇有平準化電力成本、初始投資成本，有功網(wǎng)損，凈效益，環(huán)境效益，用戶購電費用和舒適度等。求解算法有細菌覓食算法、粒子群算法、遺傳算法以及免疫克隆算法等。

國內(nèi)外學者對于微電網(wǎng)中分布式電源的配置已經(jīng)做了很多的研究，也有不少學者將全壽命周期的概念應(yīng)用到了微電網(wǎng)領(lǐng)域，但目前尚未有學者從全壽命周期成本的角度綜合研究微電網(wǎng)的優(yōu)化配置問題。

南京國電南自電網(wǎng)自動化有限公司的研究人員將基于全壽命周期成本（life cost cycle, LCC）理論對微電網(wǎng)的優(yōu)化配置進行討論，提出全壽命周期框架下的微電網(wǎng)優(yōu)化配置方法，以彌補當前微電網(wǎng)優(yōu)化配置方面的不足，為優(yōu)化微電網(wǎng)工程建設(shè)提供參考，促進微電網(wǎng)市場化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

圖1 微電網(wǎng)項目LCC構(gòu)成

研究人員以如圖2所示的某并網(wǎng)型微電網(wǎng)系統(tǒng)為例進行分析計算。該微電網(wǎng)中共有4種分布式電源可選，分別為光伏（photovoltaic arrays, PV）、風電（wind turbines, WT）、微型燃氣輪機（mind turbines, MT）和儲能（energy storage elements, ES），計算參數(shù)見表1，其中微型燃氣輪機工作于冷熱電三聯(lián)供模式。微電網(wǎng)內(nèi)最大負荷為52kW，平均負荷為31.6kW，與主網(wǎng)交換功率不超過10kW。

研究人員綜合考慮微電網(wǎng)初始投資、運行維護及故障、折舊成本，以及供能、節(jié)能環(huán)保收益，建立了微電網(wǎng)全壽命周期內(nèi)的凈現(xiàn)值收入計算模型。以全壽命周期內(nèi)的凈現(xiàn)值收入為目標函數(shù)，計及分布式電源出力、儲能充放電、運行電壓和頻率、供電可靠性、與主網(wǎng)交換功率等約束條件，建立優(yōu)化配置模型，并采用粒子群算法進行求解。

圖2 微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

表1 分布式電源計算參數(shù)列表

表2、表3分別給出了全壽命周期內(nèi)微電網(wǎng)凈現(xiàn)值收入最大目標、微電網(wǎng)初始投資成本最小目標下，采用粒子群算法求解得到的優(yōu)化配置方案。

表2

表3

分析表2、表3可知：

1）兩種配置方案的全壽命周期凈現(xiàn)值收入都為正，說明雖然微電網(wǎng)的初始投資成本較高，但通過對其進行優(yōu)化配置，是可以為運營商創(chuàng)造利潤的。

2）以初始投資最小為目標獲得的優(yōu)化方案，配置儲能容量較多，這是由于儲能供電可靠性較高，而裝機成本與光伏和風電相差不大，可以在不增加太多初始投資的基礎(chǔ)上滿足微電網(wǎng)系統(tǒng)的供電可靠性約束。但是由于儲能的運行維護成本較高，使得該配置方案在全壽命周期內(nèi)獲得的經(jīng)濟效益并不高。

微型燃氣輪機的初始投資成本雖然較高，且需要支付燃料成本和碳排放成本，但由于其可工作于冷熱電三聯(lián)供模式下，供能效率高，獲得的綜合經(jīng)濟效益比儲能更好，因此基于全壽命周期理論的優(yōu)化配置方案，微型燃氣輪機的配置容量較多。

因此，對微電網(wǎng)項目的規(guī)劃和建設(shè)，應(yīng)從長遠角度出發(fā)，以追求全壽命周期內(nèi)整體收益最大為目標進行投資決策，而不能只考慮初始投資成本。

以上研究成果發(fā)表在2020年第3期《電氣技術(shù)》雜志，論文標題為“基于全壽命周期理論的微電網(wǎng)優(yōu)化配置”，作者為董宸、夏彥輝、孫丹。