王磊 张伦 林永君

摘 要：本文首先确立了住宅型微电网的系统架构，建立住宅建筑中地板辐射参数模型和电转气（P2G）模型。其次建立住宅型微电网双层模型并利用NSGA-II算法进行优化，上层优化目标为微电网运行成本最小，下层优化目标为用户舒适度最好。最后以一栋住宅的冬季供暖场景为例，分析不同天然气价格对微电网调度结果的影响。

关键词：住宅型微电网;P2G;双层优化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.142

1 概述

近年来，我国光伏、风电产业快速发展，但清洁能源消纳问题突出。如何促进多种能源优化互补已经成为能源高效利用的重要研究方向。電转气技术（power to gas，P2G）是电力转换成气体燃料的技术，包括两个过程，即电解水反应和甲烷化反应。关于含P2G的问题研究大多集中在大型综合能源系统，文献[1-3]提出了基于P2G装置和燃气机组的能量流模型，分析P2G技术对电-气综合能源系统运行的各种影响。以上研究大多未涉及考虑天然气价的等市场环境因素，本文主要分析不同天然气价格对微电网调度结果的影响。

2 住宅型微电网系统设计架构及P2G建模

本文研究的住宅微电网系统包括以下单元：可分布式发电单元：风电机组（WT）、光伏（PV）发电设备;能量储存单元：储能系统（ESS）、储气系统（GSS）;能量转换单元：燃气轮机（GB）、电转气（P2G）设备;能量消耗单元：电负荷消耗、热负荷消耗用电;能量管理中心。

本文建立非固定转换效率的质子交换膜电解槽模型和甲烷反应器模型：

式中：为时段电解槽产生氢量，为时段电解槽输入电功率，为转换效率系数，为电解槽额定容量，为时段甲烷反应器生成天然气的功率;为甲烷化反应器的运行效率;为时段输入甲烷反应器的氢量;为天然气低热值;为天然气管道每立方米对应的气体质量。

3 双层优化模型

3.1 上层目标函数及约束条件

3.2 下层目标函数及约束条件

4 算例分析

本文的住宅型微电网日前调度模型，设置调度时段为1小时。本算例验证了不同天然气价格对微电网调度的影响。

由图1和图2可知，天然气价格变化影响了燃气轮机的运行成本，以及电转气的获利。当天然气价格低时，采用天然气作为燃料的燃气轮机供热则更加有优势。反之，当天然气价格高时，燃气轮机的出力随之下降，燃气轮机的电功率也随热功率之下降，从而出售给电网的电量下降。

5 总结

本文对含P2G设备的住宅型微电网进行了研究，P2G技术将多余的发电量转化为天然气，具有一定环境效益。在考虑天然气价格的前提下，微电网系统可以利用不同天然气价格和电价的波动来提高自身收益。

参考文献：

[1]余娟.含电转气的电-气互联系统可靠性评估[J].中国电机工程学报，2017，29（00）：1-9.

[2]李阳.基于综合能源协同优化的配电网规划策略[J].电网技术，2018，42（05）：1393-1400.

[3]刘沁哲.考虑液化天然气供应风险的气电联合系统运行分析[J].电网技术，2016，40（09）：2831-2837.