楊秀：微電網能量管理與優化調度

中國儲能網訊：「我國微電網的發展方向具有一定的包容性，對內可以有效接納分散式電源，對外可以與大電網兼容，並提高輔助增值服務，還具備靈活性。」

8月25-26日，首屆全國用戶側儲能細分市場開發與應用高層研討會在江蘇無錫太湖飯店召開。會議由江蘇省電機工程學會、國網江蘇省電力公司電力科學研究院、全國微電網與分散式電源併網標準化技術委員會、中國化學與物理電源行業協會儲能應用分會聯合主辦。會議吸引了國內近400位學術和行業專家及企業高層代表參會。上海電力學院楊秀教授在會議上,就「微電網能量管理與優化調度」發表演講。

演講全文如下：

楊秀：我今天講的題目是微電網能量管理與優化調度，我主要是講能量管理和優化調度方面的內容，從四個部分開始。

這部分有關可再生能源分散式發電。這裡提出了一個對於微電網的主要思路，實際上也是為了分散式能源的併網，因為這裡面大致總結了一下分散式能源併網當中主要的優點。但是如果完全無序併網的話，裡面也會帶來一些缺點。這些缺點因為改變了配網潮流，給我們的保護會帶來困難。這個問題在德國分散式發電發展非常迅速，特別是分散式光伏。從我們跟他們的交流也能看到，德國在大量分散式光伏上網之後，對整個調度部門的管理也帶來了非常大的壓力。微電網大家也提出了理念，這些理念提的都不一樣。微電網基本上首先是要由分散式電源負荷儲構成，並且是在用戶。所以說微電網大多數就是在的用戶層面來進行運行，並且也能夠併網運行也能夠自治運行等等。

在我們國家，我們認為微電網在孤立的海島、城市的片區和偏遠的農村有很大的應用前景。比如說浙江的東山島、南麂島（音）。浙江的沿海島嶼很多通過遠距離送電不大現實，目前這些島嶼上都建有微電網項目。另外還有一些偏遠農村。我從小生活在新疆，在新疆地區有很多農業區域非常偏僻。牧區還有一個問題是流動性。新疆的牧區牧民一個家庭使用的我們認為就是一個小型微電網。這裡面主要就是光伏再配一些儲能。這個成本比較高，讓牧民承擔不大可能，現在主要還是靠新疆政府給予一些支持。另外像南疆地區有非常偏遠的農村，以前都是通過遠距離輸電解決用電，但是這些地方農村人口非常少，遠距離供電的話成本非常大。但新疆光照條件非常好，這也是微電網發展的一個好方向。

我國微電網的發展方向具有一定的包容性，對內可以有效接納分散式電源，對外可以與大電網兼容，並提高輔助增值服務，還具備靈活性。

再下面是定製性。對於微電網來講現在我們經常談一個園區的微電網，我們對於園區的微電網並不要求所有的園區里負荷都拿微電網運行的時候都能供得起，目前來看是不現實的。因此我們要對一個園區的負荷進行分級。一旦電源中斷，對園區裡面不同的負載實行不同的供電模式，某些時候負載也是可以停的。對微網來講最終還是建設商和用戶的利益。最後是自治性，主要是講微網安全可靠運行。

下面我們主要講一下微網的能量管理與優化調度。微網的能量管理基本理念實際上是和大電網能量管理EMS系統轉化過來的。大電網EMS系統主要是對電網進行調度決策、管理以及控制，最終保證電網安全運行和經濟運行，這就是我們說的大電網這一部分。微網能量管理系統基本理念和大電網是類似的，但是我微網規模小很多，同時裡面融合了大量的分散式能源、儲能接入。微網能量管理跟大電網還是有很多不同。我們來看一下微網能量管理。通過管理微網的微源及負荷運行狀況，通過對分散式發電可控、儲能進行有功無功指令，最終是實現能源最佳利用並且使微網長期經濟可靠運行，這是我們對能量管理系統綜合可靠定義。

這裡我們分為兩種，長時間的管理和一個短期能量管理。長期更多是考慮經濟性和安全性，這個時候長期往往可能是以天為單位，甚至時間更長是以周為單位進行能量管理。這裡要考慮環境影響以及發電成本、系統內的可控負荷和大電網的信息等等方面的內容。對於短期能量管理，就要在分甚至是秒的時間段。這裡包括系統內的頻率調節、分散式電源和儲能設備，整個微電網控制是結合起來的，也就是說響應的速度要相對來說快很多。

功能邏輯大致上可以分為這幾部分，包括對微網來負荷預測、大電網能量交換、分散式電源機組出力和負荷的需求側響應等等，對於這一部分統一進行管理就構成了微電網的能量管理系統。

我們把微電網能量管理系統分成了三層：優化層、管理層和設備層三個邏輯層次。有的地方把它分成兩個層次。首先第一個我們將最底層稱之為設備層。這個設備層實際上是屬於微電網的各個單個設備控制部分，比如說儲能接受上級控制指令，還有其他的比如說光伏的逆變器等接受上級的控制指令，我們都把它作為設備層。設備層是各個設備自己控制自己。管理層實際上就是在整個微網網路層，比如說微網控制系統開通了微網控制器、測控這樣一些裝置，我們把它都可以作為一個管理層或者說網路層的設備。

設備層和管理層實際上都應該屬於傳統的系統，也就是控制系統。優化層面實際上是最上面一層。有的時候我們也簡單分兩層，分兩層就是優化層和控制層。下面這一部分時間響應速度很快，比如說毫秒級響應，頂多不超過秒級，上面這一部分就是我們時間更長，比如小時級。

我今天講的重點還是在能量管理。能量管理憂患這一部分首先有一個建模，這個建模更多是從能量優化層面進行，這個時候考慮基本模型。第二部分是可再生能源的發電預測，包括負荷預測。再往下就是分散式電源的控制策略，因為最終執行就是靠分散式能源的控制策略和最上層的能量優化調度方法。

基本上優化調度都是能量管理的重要內容。既然提到優化總要有一個優化目標。目前來講優化目標要麼是環境目標、要麼是安全目標，要麼是這幾種組合，最終最大限度實現可再生能源利用率以及微網運行經濟性。這是常用的目標函數，這是要考慮的經濟成本，最終約束條件就是各個電源已有的運行狀態約束和功率的約束。

微電網的優化調度與傳統電力系統大電網的優化調度有著很大的不同。比如說微電網更多是風光儲，還是以電能調度為主。實際上在國外很多地方，微電網本身的特點就是因地制宜。像美國有很多燃氣資源，冷熱電聯供的形式就比較多，因此在進行調度的時候要保證冷熱電的均衡。微電網再往下發展，如果把冷熱電都考慮下來，我們講的儲能只是單純的儲電，未來再把儲熱、製冷考慮進來，實際上這樣的微電網就已經變成了標準的能源互聯網模型。現在國內一直在推的能源互聯網和示範工程就是跟這一類是有關的。

第二點不同就是功率波動非常顯著，這跟大電網是非常不一樣的。大電網主要是混電機組，對於調動系統來講在一個比較短的時間內保持著一個比較穩定的狀態。但是微電網不一樣。因為風電光伏波動性非常明顯，而且因為微源容量比較小，一個負荷的變化或者說一個單一電源的變化就會對運行造成很大影響。所以微電網有時候能量管理和控制相對來說比大電網要脆弱很多。

第三部分就是在考慮效益方面不是單純考慮經濟效益和安全，還要考慮環境和環保效益。微網有兩種情況：併網和離網運行。併網和離網能量管理運行方式是完全不一樣的。對於併網來講因為要考慮跟大電網能量交換，所以最重要考慮按照大電網的計划進行執行。總的來看還是要考慮經濟方面。如果目前的微電網一旦到了離網運行狀態，更多時候經濟運行不是主要的，主要的是我們要保證安全穩定性，因為在離網運行狀況下，微電網本身還是比較脆弱的。

下面是一些主要的基本控制。底層控制可以看到常用的PQ控制、VF控制和下垂控制。目前來講PQ控制任何分散式電源都是常用的控制，VF控制也是儲能或者主電源單元採用的VF控制。這兩種控制方式在微電網中雖然說用了很多，但如果微電網發展到未來發展應該要考慮靈活性，特別是即插即用，微電源或者負載可以任意增加和減少。這個時候，下垂控制更加適應即插即用的方式，我們現在更多研究就是下垂控制。

第四部分簡單介紹優化調度案例。這個案例是一個380V通過公共連接點接入，接入之後形成一個併網型微電網。分散式電源類型我們考慮了很多，包括風力發電、光伏、熱電聯產，目前來看國內更多是風光儲。在國際上燃氣輪機做冷熱電聯供採用的比較多的，下面還有負荷分極。儲能這部分考慮能量型儲能就是蓄電池，還有一種是功率型儲能就是超級電容。

這部分的運行策略我們跟主電網運行，這時候大部分是從主網吸取電能，當然這一方面設計也是可以給外網進行供電。但是目前的微電網更多還是把它當成可控負荷，微電網更多是完全按照大電網能量交換極化曲線進行運行。風電和光伏在微網當中還是按照最大功率跟蹤的方式進行運行，我們往往不控制它。隨著微電網進一步發展，如果要滿足保證微電網穩定運行，風電光伏現在也慢慢可控了。這幾年可以看到很多廠家提供的分散式小型逆變器開始具有功率可調節功能，功率在有功和無功範圍有一定調節能力，並不是說只有一種MPPT的運行方式。這樣增加了一些調節手段，不至於對於微電網控制來控制去只是不能控制儲能。優化調度思路方面，我們提出一種微網雙重優化調度策略，包括日前調度和實時調度。這兩種調度最終保證兩個目的：日前調度主要保證經濟性，實時調度主要彌補日前調度。因為日前調度往往是拿預測的數據和負荷預測數據進行實時計劃制訂，但這個計劃制訂跟實時數據是有偏差的，因此這裡引入了一個實時調度。我們應該要把實時調度當中偏差的功率在這裡設計的等於說是兩個，也就是說對於我們的蓄電池功率型儲能在進行補償的時候主要是來抑制這種等效負荷的低頻波動，超級電容主要抑制高頻波動。

這是一個大概的結果曲線，總的來說低谷沖段高峰時間的放電是他的方式，實現了聯絡線雙向供電。但是我們在做的過程中也把聯絡線設定為按照電網公司的極化曲線方式運行。包括燃料電池的成本比較高一般來說只作為備用而已，在這裡我們可以看到這一次的濾波，可以看出在這裡採用的蓄電池儲能跟超級電容之間混合的抑制波動功率。在這裡可以看到紅色曲線蓄電池功率出力調整主要是抑制比較慢速的波動。對於負荷，這種整個負荷曲線當中比較高頻的波動建議還是採用超級電容，這兩者之間聯合起來進行濾波，這兩者當中不管是新能源波動還是頻率負荷波動都是很有幫助的。我上周剛剛參加了江蘇電科院提供的項目驗收，新能源實驗室當中也是採用這種方式，鋰電池來抑制低頻波動，超級電容來抑制高頻波動，這兩者聯合動作實際上對於整體的經濟效益包括電池壽命都是有好處的。

最後簡單總結一下，微電網的運行方式靈活，但能量管理是微電網研究重要的組成部分。當然我們也要說一下目前的微電網。現在大批量的小型微電網大多數還只是做到控制，能夠保證安全穩定的控制，220、330小型的微網實驗室因為可控手段比較少，裡面所提的能量管理並沒有充分實現。但是目前來講，以後如果我們是接了十千伏微電網或者微電網規模比較大，一個園區的微電網就必須進行能量管理和優化調度。未來發展形式就是若干個微電網的群，我們要通過研究各個子網之間的能量互進方式，協調優化最終完成大的微電網群的能量管理。

（本文根據會議錄音整理，未經本人審核）

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