智能电网中微电网实时电价的研究

数，考虑各类约束条件，采用智能优化算法求解微电 网的优化运行。在本文中微电网的经济运行成本包括 燃料费用、运行维护费用和环保折算成本，考虑了可 控型微电源的启停控制策略，采用粒子群优化算法进 行优化。
Step2：计算当微电网的负荷功率变化时，微电网 经济优化运行成本的变化情况。
Step3：按照式（15）计算微电网的实时电价。
关键词：智能电网；微电网；实时电价；控制策略
Research of Microgrid Real-time Pricing in Smart Grid
DOU Pengchong,WANG Xubin,LI Peng
(State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources(North China Electric Power University), Baoding
D‐579
中国高等学校电力系统及其自动化专业第 29 届学术年会，湖北宜昌：三峡大学，2013
PMTG 表示微型燃气轮机的输出功率，ηMTG 表示燃气轮
机的效率，其大小与微型燃气轮机输出功率的大小有
关，具体表达式如式（2）所示
η MTG
=
0.0753( PMTG 65
)3
− 0.3095( PMTG 65
)2
+
0.4174( PMTG 65
)
+
0.1068
（2）
排放的情况下，实时电价还应包括发电微增污染物排 放成本。因此在本文计算实时电价时只考虑系统的发 电微增成本、发电微增维护成本和发电微增污染物排 放成本。
3.2 微电网的实时电价
2.2 燃料电池
燃料电池是一种把化学能直接转换成电能的发电
装置，微电网中通常使用的是质子交换膜燃料电池。
PK
(t)
=
∂[CF
+ CM ∂W
+
CP ]
（11）
Step4：根据各时刻微电网负荷功率变化的情况，
按照步骤 3 计算的结果，得到不同时刻微电网的实时
电价。
4 微电网并网运行控制策略
微电网并网点交换功率作为优化变量参与微电网 的优化运行，微电网可以与主网自由双向交换功率。 首先判断微电源的容量能否满足负荷的需要，当微电 网内微电源的输出功率不能满足负荷要求时，由配电 网向微电网供电；如果可以满足则判断微电网的实时 电价和配电网实时电价的大小，如果微电网实时电价 小于配电网的实时电价则微电网可以向配电网供电， 如果大于则不能向配电网供电。该策略的流程图如图 3 所示。
当燃料电池的负荷突变时，燃料电池的电压和电流需
要经过一段时间才能建立起来，而且在新稳态建立的
过程中可能由于温度、气压、湿度等超标而影响电池
的寿命，因此需要给燃料电池发电系统配置辅助储能
环节以弥补燃料电池动态响应上的不足[2]。
燃料电池的燃料成本同样与其自身的工作效率有
关。表达式如式（3）所示：
FFC
2 微电源的数学模型
微电网内含有多种类型的微电源，比较常见的微 电源有光伏电池（PV）、风力发电机组（WG）、蓄电 池（BAT）、微型燃气轮机（MTG）、燃料电池（FC）、 柴油发电机（DEG）等。其中，考虑到光伏发电和风 力发电不可控，存在输出功率波动和机组故障停运等 不确定因素以及具有相应储能设备，光伏发电实行阶 梯电价并制定扶持政策，风力发电实行投标制度并鼓 励竞争和创新。鉴于此，现重点对 MTG 和 FC 进行分 析。
微电网的运行方式分为并网运行和孤岛运行两 种。当微电网并网运行时，根据运行控制策略的不同， 既可以把微电网当做负荷从大电网中接收功率，也可 以把微电网当做电源向大电网输送功率。在微电网与 大电网进行功率交换时，为了更好的发挥微电网的经 济效益，可以将微电网当做一个整体，对微电网的实 时电价进行分析，并与传统电网的实时电价进行比较， 给出微电网并网运行的控制策略。
=
C LHV
PFC ηFC
（3）
其中 FFC 表示燃料电池的燃料成本， PFC 表示燃料
电池机的输出功率，ηFC 表示燃料电池的效率，具体
表达式如式（4）所示： ηFC = −0.0023∗ PFC + 0.6735
3 实时电价理论
（4）
3.1 实时电价的数学模型 Schweppe 教授建立的实时电价的数学表达式如
D‐579
中国高等学校电力系统及其自动化专业第 29 届学术年会，湖北宜昌：三峡大学，2013
60
50
40
费用/元
30
MTG
20
FC
10
01 5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 输出功率/kW
图 1 微型燃气轮机、燃料电池运行成本与输出功率曲线图
运行成本对输出功率的导数
1.8
1.6
பைடு நூலகம்
（9）
其中：FF1C 表示燃料电池的污染物排放和运行维护
总成本；kFC 表示燃料电池的污染物排放成本和运行维
护成本总的折算系数，按文献 16 中，kFC 取 0.0347 元
/kW； PFC 表示燃料电池的输出功率。 图 1 为微型燃气轮机总的运行成本（包括燃料成
本、运行维护成本、污染物排放成本）与微型燃气轮 机输出功率之间关系曲线图、燃料电池总的运行成本 与燃料电池输出功率之间的关系曲线图。图 2 为微型 燃气轮机、燃料电池运行成本对输出功率的导数与输 出功率的关系曲线图。
微电网内微电源的种类众多，本文以微型燃气轮
机和燃料电池为例，不同种类的微电源具有不同的输
出特性，这使得微电网的实时电价也与传统电网的实
时电价不同。
微型燃气轮机的成本如式（6）所示[6]：
⎧ ⎪⎪
FMTG
⎨
=C
1 LHV
PMTG η MTG
⎪⎪⎩η MTG
=
0.0753( PMTG 65
)3
− 0.3095( PMTG 65
)2
+
0.4174( PMTG 65
) + 0.1068
(6)
微型燃气轮机的污染物排放成本和运行维护成本
如式（7）所示：
F1 MTG
= kMTG
• PMTG
（7）
其中，
F1 MTG
表示微型燃气轮机的污染物排放和运
行维护总成本； kMTG 表示微型燃气轮机的污染物排放
成本和运行维护成本总的折算系数，按文献 16 中，kMTG
1.4
1.2
MTG
1
0.8
0.6
FC
0.4
0.2 15
10 15 20 25 30 35 40 45 50 输出功率/kW
图 2 运行成本对输出功率的导数与输出功率的关系曲线图
由图 2 可以看出 MTG 的运行特性与传统的火电 机组有很大的不同。传统火电机组的运行成本对输出 功率的导数曲线可以近似为一条直线，而 MTG 的运 行成本对输出功率的导数曲线则近似为一条抛物线。 FC 的运行成本对输出功率的导数曲线与传统火电机 组类似，可以近似为一条直线。微电网含有不同种类 的微电源，不同种类的微电源运行特性有很大的区别。 由图 2 可以看出 MTG 的边际成本随着输出功率的增 加不是单调递增的，而是呈现抛物线的变化规律；而 FC 的边际成本随着输出功率的增加是单调增加的。因 此微电网内某节点的实时电价变化规律和传统电网有 很大的不同，不再是随着负荷水平的增加而单调增加 的，有可能出现随着负荷水平的增加而减小的情况。
式（5）所示[4]：
PK(t)=γF(t)+γM(t)+γQS(t)+γR(t)+ηLK(t)+ηMK(t)+ηQS(t)+ηKH(t) （5）
其中，PK (t) 表示用户 K 在 t 时刻的实时电价，γ 表
示发电分量， γ F (t)、γ M (t)、γ QS (t)、γ R (t) 分别表示发电微
071003, Hebei Province,China)
Email:744839080@
Abstract: As the two emerging concepts in this century - the smartgrid and microgrid, has become the direction and focus of power system studies. During the Twelfth period of the Five-Year plan, CO2 became the the rigid indicator of of the energy saving and emission reduction. However,with the advantage of environmental conservation, the protection of users, to improve power supply efficiency , the real-time pricing become a research hotspot in the electricity market. In order to take full advantage of the micro grid economic benefits in the smart grid, this paper analyzes real-time pricing, and compares it with the traditional grid . Finally, the control strategy of network operation is given, and the research direction of microgrid real-time pricing is prospected.
Keywords: smart grid; microgrid; real-time pricing ; control strategy
1 引言
众所周知，在追求低碳社会的今天，清洁的可再 生能源发电越来越受到世界各国的重视。随着智能电 网建设的提出和分布式发电渗透率的提高，微电网成 为解决新能源并网发电问题的有效途径。国家发改委 去年启动了 30 个微电网示范工程建设，国家电网公司 也推出了新政策，分布式光伏发电可并入低压电网， 为微电网的发展提出了新的要求，也带来了供电和用 户等方面的新问题，其中实时电价作为电力市场经济 中的热点问题，在推动电网整体转型为节能基础设施， 提高能源效率，降低客户成本，减少温室气体排放， 创造电网价值最大化方面发挥着重要作用，受到了高 度关注，微电网实时电价新问题亟待学者研究和推广。
增燃料成本、发电微增维护成本、发电供电质量成本、 发电收支协调；η 表示输电分量， ηLK (t)、ηMK (t)、ηQS (t)、ηKH (t) 分别表示网损微增成本、
网络微增维护成本、网络供电质量成本、网络收支协
调。 实时电价主要是由式（5）的前三部分组成：第一
部分发电微增燃料成本、第二部分发电微增维护成本 组成和第三部分发电供电质量成本[5]。其中发电供电 质量成本在系统满足电能质量要求的条件下为零，在 不满足要求时该项成本迅速增加。在考虑系统污染物
取 0.0508 元/kW， PMTG 表示微型燃气轮机的输出功率。
燃料电池的燃料成本如式（8）所示：
⎧ ⎪ FFC ⎨
=
C LHV
PFC ηFC
⎪⎩ηFC = −0.0023∗ PFC + 0.6735
（8）
燃料电池的污染物排放成本和运行维护成本可以
折算为如式（9）所示：
FF1C = kFC • PFC
2.1 微型燃气轮机[1]
微型燃气轮机的燃料成本与自身的工作效率有关，
表达式如式（1）所示：
FMTG
=
C
1 LHV
PMTG ηMTG
（1）
其中 FMTG 表示微型燃气轮机的燃料成本， C 表示
燃气轮机采用的燃料气体的单价，本文取 2 元/m3，
LHV 表示天然气的低热热值，本文中取 9.7kwh/m3，
中国高等学校电力系统及其自动化专业第 29 届学术年会，湖北宜昌：三峡大学，2013
智能电网中微电网实时电价的研究
窦鹏冲，王旭斌，李鹏
(新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)，河北省 保定 071003) Email:744839080@
摘 要：作为本世纪新兴的两个概念—智能电网和微电网，已成为电力系统研究的方向和焦点。“十二五”期间， CO2 成为节能减排的硬性指标。然而，研究实时电价（Real-time Pricing,RTP）具有环保节约、保障用户、提高 供电效益等优势，成为电力市场中的研究热点。为了更好的发挥智能电网中微电网的经济效益，对微电网的实 时电价进行分析，并与传统电网的实时电价进行比较，给出微电网并网运行的控制策略，并对微电网实时电价 的研究方向做了展望。