华北电力大学：配售分离环境下高比例分布式能源园区电能日前优化调度

3 算例仿真

3.1 假设

本文由如下假设：1)园内楼宇数为3,即Nh=3。每个楼宇的不可控负荷相同,EV车数相同,室外温度相同,用户用电需求相同。由下文4.2节可知园区售电商对各单元采用相同的电价政策。2)园区内电能交易都以电力市场历史电价信息作为购售电价。本文拟采用对园区日用负荷进行k-means聚类分析,确定了峰谷平时段的TOU作为历史电价信息。3)园区售电商忽略负荷节点电压、网损问题。4)忽略光伏发电的随机性与波动性。

本文在针对智能小区日前调度模型中,EV群采用蒙特卡洛模拟随机模型,PV为统计学数学模型、ESS采用等效集中式虚拟电池模型、温控负荷为通过控制指令作为系统输入量纳入负荷群的状态转换模型。因此结果存在一定误差,但是属于允许范围内,其原因有：1)文中针对园区的日前优化调度,电力市场的历史电价信息与需要获取的日前调度数据都以1 h为跨度,因此虽然各园区售电商根据TOU信息以15 min为尺度进行的日前调度所得到的调度结果存在一定误差,但对于电力市场得到的园区与电网售购电量预测数据的鲁棒性而言是在接受范围内的。2)本文重在说明在售配分离电力市场改革以及电网电能双向流动背景下,描述园区内的分布式能源如何进行合理的功率分配达到多层次主体利益最大。3)随着EV大规模发展和交通历史数据库的不断完善,提取EV用户的出行概率分布会越来越准确。PV、ESS、温控负荷集中式电池模型也会获得更加合理的参数设置。

3.2 参数设定

本文在MATLAB2015a平台下通过YALMIP工具箱调用CPELX12.6软件对算例进行求解。以ΔtΔt= 15 min为一个时段,全天共T=96个时段进行优化调度。其中,EV选取BYDE6,电池容量64 kW•h,充放电效率0.95为例,用户行为习惯参考文献[30]。PV出力情况、室外温度数据以文献[13]数据作为研究对象。由于文献[7]证实光伏用户以规模化的方式实现电能共享,可以获得比单独运行更好的效益,因此本文楼宇内的光伏电池数量与储能设备数量是具有一定规模化的。变压器选用总容量3200 kVA,其最大负载率为0.65[31]。楼宇内其他参数见附录。

本文售电购电电价均采用TOU。电价参考工业电价[13],见附录。由假设2,TOU划分见附录图3。这里说明一点,在园区内,售电商作为服务平台,为各楼宇提供最小日前调度成本计划,楼宇调度成本则是楼宇内部EV-EMS与B-EMS以及楼宇与楼宇、楼宇与电网之间购售电价差值。因此以统一的售购电价作为引导分布式电源的手段以及得到的调度成本结果是合理的。

3.3 楼宇内功率分配分析

图3是楼宇3内EV-EMS管理的EV充放电以及功率分配情况。可以看出为了保证用户的用电需求,同时接受电价响应,大部分EV都处于低谷时段充电、高峰时段放电。此外,EV放电功率、充电功率和实际EV-EMS向楼宇外输送的功率与楼宇外向EV-EMS输送的功率相差很多,这是由于楼宇内B-EMS在响应电价引导后与EV-EMS之间进行了电能的相互流动,以楼宇3内的光伏出力功率去向为例,见附录图4。可以看出PV的功率去向受

电价因素、EV和ESS的充放电情况及其容量因素、甚至变压器限制因素的影响在各时段并不相同。

图4为楼宇3的电能交易情况。在大约11:00和13:00—14:00期间,楼宇3向外进行售电,楼宇内部也没有进行电能共享,这是因为中午时段居民小区没有并网的EV、用电负荷不高,同时也是PV出力最大的时段。在大约21:00时段也出现了少量电能售向楼宇外,这是由于这个时段大部分EV都已经并网,受电价影响进行放电,EV-EMS不仅满足了楼宇内的用户用电需求,同时把多余的电能进行向其他楼宇或者电网输送。B-EMS与EV-EMS电能之间相互流动,受线路因素影响,不可同时进行。在电价引导作用下,在高峰时段,居民负荷处于用电高峰,因此B-EMS不仅要从园区买入功率,也可以购买EV-EMS的电能;而在低谷电价时段,EV-EMS为满足EV用户享受最低电价对电能有大量需求,不仅要从园区和电网侧购电,还要在满足住宅区用户用电需求的同时,购买一部分B-EMS的输送功率。

3.4 园区调度情况分析

图5为楼宇1的功率平衡情况。可以看出合理调度分布式能源,使楼宇购买电网功率发生了巨大改变。EV接受电价引导在低谷电价购买功率,在峰时进行V2B,把多余电能送向楼宇外;热水器在文中属于连续型温控负荷,因此受电价时段的影响;空调在文中属于可中断负荷,在满足居民用户舒适度的前提下,可以关闭空调开关,在即将到达用户舒适度临界点的时候再次启动空调开关;PV属于免费能源,因此在峰时尽量进行PV2B,减少购电量;由于楼宇1任意时段的ESS、EV、PV的最大放电功率并没有满足用户电能需求,因此在经过售电商调度后,在大约11时段和13时段前后可以购买园区内其他楼宇卖出的功率。图6为楼宇3内的功率平衡情况。由于楼宇3的ESS与PV多于其他楼宇的配置,当楼宇3有电能需求时,其他楼宇也需要电能,由附录式(17)(18)可知楼宇3可以把更多的电能送向楼宇外,但没有任何时段可以买来自其他楼宇的电能。说明电能的流向虽然与电价引导有关,但是首先要考虑模型的合理性。举个例子,即使在峰时电价时段,但是园区整体仍然需要电能,在售电商管理下楼宇3发出的功率只能与电网流入的电能一起流向需要电能的楼宇。要强调的是为实现楼宇调度成本最低,电能相互流动,空调在满足居民需求的同时,不同楼宇的开启时段也发生了改变,发生在约17:00。另一个要强调的是ESS作为不同于EV的储能设施,由售电商直接调度,由于变压器功率限制以及优先考虑EV充放电,在综合考虑园区内所有楼宇的ESS充放电计划后、ESS没有完全响应电价。

图7表示园区与电网购售功率以及园区内功率共享情况。11:00左右园区向外输送功率,同时园区楼宇之间进行了功率共享,这是因为园区内有楼宇把多余电能向外输送,不仅满足了其他楼宇的功率需求而且还有多余功率向园区外输送。在13:00、14:00左右也有楼宇之间进行功率共享的情景。