[论文解读] Optimal Operation of PV-Diesel MicroGrid with Multiple Diesel Generators under Grid Blackouts

Mansour Alramlawi, Ayeni Femi Timothy+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 26, 2018

Microgrid Control and Optimization参考文献 22被引用 3

一句话总结

本文提出了一种混合整数非线性规划（MINLP）模型，用于在电网停电期间对无电池的光伏-柴油微电网进行最优运行，以最小化能源成本和光伏弃用。该策略通过动态调度多个不同容量的柴油发电机，降低燃料消耗并提高光伏利用率，与单台柴油发电机系统相比实现43.97%的成本降低，与光伏加单台柴油发电机配置相比实现29.64%的成本降低。

ABSTRACT

This paper addresses the optimal operation problem of a PV-diesel microgrid considering grid blackouts, which is a usual case of discontinuous power supply in developing countries. The model of a grid-connected PV-diesel microgrid is enhanced, and new practical constraints are added. In addition, a new mixed-integer nonlinear programming (MINLP) problem is formulated to optimize the power flow in the microgrid for covering the load while minimizing the power consumption cost as well as maximizing the dispatched power from the PV-array. To demonstrate the applicability of the developed model and the optimal operation strategy, a comparison between different system configurations is made. The results show that the proposed microgrid can reduce the dispatched power cost while decreasing the power curtailment from the PV-array. Moreover, installing multiple diesel generators (DGs) can significantly reduce the fuel consumption by the

研究动机与目标

• 为解决电网停电期间多柴油发电机光伏-柴油微电网缺乏优化的问题。
• 为电网供应不可靠的发展中国家开发一种经济高效、无电池的微电网解决方案。
• 在最大化光伏功率利用的同时最小化总能源调度成本，并减少柴油燃料消耗。
• 纳入实际约束条件，如柴油发电机最小输出功率和逆变器并网馈电能力限制。

提出的方法

• 建立了混合整数非线性规划（MINLP）问题，以优化并网型光伏-柴油微电网中的功率流。
• 整合了三组分太阳辐照度模型（直接、散射、反射），以准确估算光伏输出。
• 采用考虑温度和辐照度依赖关系的单二极管光伏电池模型，计算实时最大功率。
• 纳入技术约束：柴油发电机最小输出功率、逆变器并网馈电能力以及负荷功率平衡。
• 实施一种动态调度策略，根据负荷和光伏可用性选择最优的多台柴油发电机组合。
• 通过强制执行并网逆变器约束，确保电压和频率稳定，避免在无电网形成电源时出现孤岛运行。

实验结果

研究问题

• RQ1 在电网停电期间，使用多台柴油发电机如何影响光伏-柴油微电网的燃料消耗和能源成本？
• RQ2 最优调度对光伏功率利用和弃用减少有何影响？
• RQ3 与单台柴油发电机或传统系统相比，所提出的MINLP模型在成本效率方面有何改进？
• RQ4 该微电网在最小化电网和柴油能源调度的同时，能在多大程度上维持负荷供电？
• RQ5 技术约束——尤其是逆变器并网馈电能力限制——在系统运行中起什么作用？

主要发现

• 在包含三台柴油发电机（200、150、150 kVA）的Case 3中，与单台500 kVA柴油发电机（Case 1）相比，总年能源成本降低了43.97%。
• 总年成本从Case 1的862.25千美元降至Case 3的483.08千美元，降幅达43.97%。
• 柴油发电机年能源调度量从Case 1的1176.9 MWh降至Case 3的770.59 MWh，减少34.5%。
• 采用多台发电机的光伏-柴油系统，调度的光伏功率从Case 2的766.18 MWh增至Case 3的915.60 MWh，有效减少了弃用。
• 在Case 2和Case 3中，电网调度量均降至667.32 MWh，表明光伏与柴油协调运行有效替代了对电网的依赖。
• 最优调度策略确保在停电期间至少有一台柴油发电机保持运行，满足最小输出约束的同时实现燃料消耗最小化。