我國微電網(wǎng)的發(fā)展方向具有一定的包容性，對內(nèi)可以有效接納分布式電源，對外可以與大電網(wǎng)兼容，并提高輔助增值服務(wù)，還具備靈活性。”

8月25-26日，首屆全國用戶側(cè)儲能細(xì)分市場開發(fā)與應(yīng)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(jī)工程學(xué)會、國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院、全國微電網(wǎng)與分布式電源并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會、中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會聯(lián)合主辦。會議吸引了國內(nèi)近400位學(xué)術(shù)和行業(yè)專家及企業(yè)高層代表參會。上海電力學(xué)院楊秀教授在會議上,就“微電網(wǎng)能量管理與優(yōu)化調(diào)度”發(fā)表演講。

演講全文如下：

楊秀：我今天講的題目是微電網(wǎng)能量管理與優(yōu)化調(diào)度，我主要是講能量管理和優(yōu)化調(diào)度方面的內(nèi)容，從四個部分開始。

這部分有關(guān)可再生能源分布式發(fā)電。這里提出了一個對于微電網(wǎng)的主要思路，實際上也是為了分布式能源的并網(wǎng)，因為這里面大致總結(jié)了一下分布式能源并網(wǎng)當(dāng)中主要的優(yōu)點。但是如果完全無序并網(wǎng)的話，里面也會帶來一些缺點。這些缺點因為改變了配網(wǎng)潮流，給我們的保護(hù)會帶來困難。這個問題在德國分布式發(fā)電發(fā)展非常迅速，特別是分布式光伏。從我們跟他們的交流也能看到，德國在大量分布式光伏上網(wǎng)之后，對整個調(diào)度部門的管理也帶來了非常大的壓力。微電網(wǎng)大家也提出了理念，這些理念提的都不一樣。微電網(wǎng)基本上首先是要由分布式電源負(fù)荷儲構(gòu)成，并且是在用戶。所以說微電網(wǎng)大多數(shù)就是在的用戶層面來進(jìn)行運行，并且也能夠并網(wǎng)運行也能夠自治運行等等。

在我們國家，我們認(rèn)為微電網(wǎng)在孤立的海島、城市的片區(qū)和偏遠(yuǎn)的農(nóng)村有很大的應(yīng)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(yuǎn)距離送電不大現(xiàn)實，目前這些島嶼上都建有微電網(wǎng)項目。另外還有一些偏遠(yuǎn)農(nóng)村。我從小生活在新疆，在新疆地區(qū)有很多農(nóng)業(yè)區(qū)域非常偏僻。牧區(qū)還有一個問題是流動性。新疆的牧區(qū)牧民一個家庭使用的我們認(rèn)為就是一個小型微電網(wǎng)。這里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(dān)不大可能，現(xiàn)在主要還是靠新疆政府給予一些支持。另外像南疆地區(qū)有非常偏遠(yuǎn)的農(nóng)村，以前都是通過遠(yuǎn)距離輸電解決用電，但是這些地方農(nóng)村人口非常少，遠(yuǎn)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(wǎng)發(fā)展的一個好方向。

我國微電網(wǎng)的發(fā)展方向具有一定的包容性，對內(nèi)可以有效接納分布式電源，對外可以與大電網(wǎng)兼容，并提高輔助增值服務(wù)，還具備靈活性。

再下面是定制性。對于微電網(wǎng)來講現(xiàn)在我們經(jīng)常談一個園區(qū)的微電網(wǎng)，我們對于園區(qū)的微電網(wǎng)并不要求所有的園區(qū)里負(fù)荷都拿微電網(wǎng)運行的時候都能供得起，目前來看是不現(xiàn)實的。因此我們要對一個園區(qū)的負(fù)荷進(jìn)行分級。一旦電源中斷，對園區(qū)里面不同的負(fù)載實行不同的供電模式，某些時候負(fù)載也是可以停的。對微網(wǎng)來講最終還是建設(shè)商和用戶的利益。最后是自治性，主要是講微網(wǎng)安全可靠運行。

下面我們主要講一下微網(wǎng)的能量管理與優(yōu)化調(diào)度。微網(wǎng)的能量管理基本理念實際上是和大電網(wǎng)能量管理EMS系統(tǒng)轉(zhuǎn)化過來的。大電網(wǎng)EMS系統(tǒng)主要是對電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)度決策、管理以及控制，最終保證電網(wǎng)安全運行和經(jīng)濟(jì)運行，這就是我們說的大電網(wǎng)這一部分。微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)基本理念和大電網(wǎng)是類似的，但是我微網(wǎng)規(guī)模小很多，同時里面融合了大量的分布式能源、儲能接入。微網(wǎng)能量管理跟大電網(wǎng)還是有很多不同。我們來看一下微網(wǎng)能量管理。通過管理微網(wǎng)的微源及負(fù)荷運行狀況，通過對分布式發(fā)電可控、儲能進(jìn)行有功無功指令，最終是實現(xiàn)能源最佳利用并且使微網(wǎng)長期經(jīng)濟(jì)可靠運行，這是我們對能量管理系統(tǒng)綜合可靠定義。

這里我們分為兩種，長時間的管理和一個短期能量管理。長期更多是考慮經(jīng)濟(jì)性和安全性，這個時候長期往往可能是以天為單位，甚至?xí)r間更長是以周為單位進(jìn)行能量管理。這里要考慮環(huán)境影響以及發(fā)電成本、系統(tǒng)內(nèi)的可控負(fù)荷和大電網(wǎng)的信息等等方面的內(nèi)容。對于短期能量管理，就要在分甚至是秒的時間段。這里包括系統(tǒng)內(nèi)的頻率調(diào)節(jié)、分布式電源和儲能設(shè)備，整個微電網(wǎng)控制是結(jié)合起來的，也就是說響應(yīng)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(wǎng)來負(fù)荷預(yù)測、大電網(wǎng)能量交換、分布式電源機(jī)組出力和負(fù)荷的需求側(cè)響應(yīng)等等，對于這一部分統(tǒng)一進(jìn)行管理就構(gòu)成了微電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)。

我們把微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)分成了三層：優(yōu)化層、管理層和設(shè)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(shè)備層。這個設(shè)備層實際上是屬于微電網(wǎng)的各個單個設(shè)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(shè)備層。設(shè)備層是各個設(shè)備自己控制自己。管理層實際上就是在整個微網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層，比如說微網(wǎng)控制系統(tǒng)開通了微網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)層的設(shè)備。

設(shè)備層和管理層實際上都應(yīng)該屬于傳統(tǒng)的系統(tǒng)，也就是控制系統(tǒng)。優(yōu)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(yōu)化層和控制層。下面這一部分時間響應(yīng)速度很快，比如說毫秒級響應(yīng)，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(yōu)化層面進(jìn)行，這個時候考慮基本模型。第二部分是可再生能源的發(fā)電預(yù)測，包括負(fù)荷預(yù)測。再往下就是分布式電源的控制策略，因為最終執(zhí)行就是靠分布式能源的控制策略和最上層的能量優(yōu)化調(diào)度方法。

基本上優(yōu)化調(diào)度都是能量管理的重要內(nèi)容。既然提到優(yōu)化總要有一個優(yōu)化目標(biāo)。目前來講優(yōu)化目標(biāo)要么是環(huán)境目標(biāo)、要么是安全目標(biāo)，要么是這幾種組合，最終最大限度實現(xiàn)可再生能源利用率以及微網(wǎng)運行經(jīng)濟(jì)性。這是常用的目標(biāo)函數(shù)，這是要考慮的經(jīng)濟(jì)成本，最終約束條件就是各個電源已有的運行狀態(tài)約束和功率的約束。

微電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)大電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度有著很大的不同。比如說微電網(wǎng)更多是風(fēng)光儲，還是以電能調(diào)度為主。實際上在國外很多地方，微電網(wǎng)本身的特點就是因地制宜。像美國有很多燃?xì)赓Y源，冷熱電聯(lián)供的形式就比較多，因此在進(jìn)行調(diào)度的時候要保證冷熱電的均衡。微電網(wǎng)再往下發(fā)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、制冷考慮進(jìn)來，實際上這樣的微電網(wǎng)就已經(jīng)變成了標(biāo)準(zhǔn)的能源互聯(lián)網(wǎng)模型。現(xiàn)在國內(nèi)一直在推的能源互聯(lián)網(wǎng)和示范工程就是跟這一類是有關(guān)的。

第二點不同就是功率波動非常顯著，這跟大電網(wǎng)是非常不一樣的。大電網(wǎng)主要是混電機(jī)組，對于調(diào)動系統(tǒng)來講在一個比較短的時間內(nèi)保持著一個比較穩(wěn)定的狀態(tài)。但是微電網(wǎng)不一樣。因為風(fēng)電光伏波動性非常明顯，而且因為微源容量比較小，一個負(fù)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(wǎng)有時候能量管理和控制相對來說比大電網(wǎng)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(jīng)濟(jì)效益和安全，還要考慮環(huán)境和環(huán)保效益。微網(wǎng)有兩種情況：并網(wǎng)和離網(wǎng)運行。并網(wǎng)和離網(wǎng)能量管理運行方式是完全不一樣的。對于并網(wǎng)來講因為要考慮跟大電網(wǎng)能量交換，所以最重要考慮按照大電網(wǎng)的計劃進(jìn)行執(zhí)行。總的來看還是要考慮經(jīng)濟(jì)方面。如果目前的微電網(wǎng)一旦到了離網(wǎng)運行狀態(tài)，更多時候經(jīng)濟(jì)運行不是主要的，主要的是我們要保證安全穩(wěn)定性，因為在離網(wǎng)運行狀況下，微電網(wǎng)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控制任何分布式電源都是常用的控制，VF控制也是儲能或者主電源單元采用的VF控制。這兩種控制方式在微電網(wǎng)中雖然說用了很多，但如果微電網(wǎng)發(fā)展到未來發(fā)展應(yīng)該要考慮靈活性，特別是即插即用，微電源或者負(fù)載可以任意增加和減少。這個時候，下垂控制更加適應(yīng)即插即用的方式，我們現(xiàn)在更多研究就是下垂控制。

第四部分簡單介紹優(yōu)化調(diào)度案例。這個案例是一個380V通過公共連接點接入，接入之后形成一個并網(wǎng)型微電網(wǎng)。分布式電源類型我們考慮了很多，包括風(fēng)力發(fā)電、光伏、熱電聯(lián)產(chǎn)，目前來看國內(nèi)更多是風(fēng)光儲。在國際上燃?xì)廨啓C(jī)做冷熱電聯(lián)供采用的比較多的，下面還有負(fù)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(wǎng)運行，這時候大部分是從主網(wǎng)吸取電能，當(dāng)然這一方面設(shè)計也是可以給外網(wǎng)進(jìn)行供電。但是目前的微電網(wǎng)更多還是把它當(dāng)成可控負(fù)荷，微電網(wǎng)更多是完全按照大電網(wǎng)能量交換極化曲線進(jìn)行運行。風(fēng)電和光伏在微網(wǎng)當(dāng)中還是按照最大功率跟蹤的方式進(jìn)行運行，我們往往不控制它。隨著微電網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展，如果要滿足保證微電網(wǎng)穩(wěn)定運行，風(fēng)電光伏現(xiàn)在也慢慢可控了。這幾年可以看到很多廠家提供的分布式小型逆變器開始具有功率可調(diào)節(jié)功能，功率在有功和無功范圍有一定調(diào)節(jié)能力，并不是說只有一種MPPT的運行方式。這樣增加了一些調(diào)節(jié)手段，不至于對于微電網(wǎng)控制來控制去只是不能控制儲能。優(yōu)化調(diào)度思路方面，我們提出一種微網(wǎng)雙重優(yōu)化調(diào)度策略，包括日前調(diào)度和實時調(diào)度。這兩種調(diào)度最終保證兩個目的：日前調(diào)度主要保證經(jīng)濟(jì)性，實時調(diào)度主要彌補(bǔ)日前調(diào)度。因為日前調(diào)度往往是拿預(yù)測的數(shù)據(jù)和負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實時計劃制訂，但這個計劃制訂跟實時數(shù)據(jù)是有偏差的，因此這里引入了一個實時調(diào)度。我們應(yīng)該要把實時調(diào)度當(dāng)中偏差的功率在這里設(shè)計的等于說是兩個，也就是說對于我們的蓄電池功率型儲能在進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臅r候主要是來抑制這種等效負(fù)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(jié)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(xiàn)了聯(lián)絡(luò)線雙向供電。但是我們在做的過程中也把聯(lián)絡(luò)線設(shè)定為按照電網(wǎng)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，在這里我們可以看到這一次的濾波，可以看出在這里采用的蓄電池儲能跟超級電容之間混合的抑制波動功率。在這里可以看到紅色曲線蓄電池功率出力調(diào)整主要是抑制比較慢速的波動。對于負(fù)荷，這種整個負(fù)荷曲線當(dāng)中比較高頻的波動建議還是采用超級電容，這兩者之間聯(lián)合起來進(jìn)行濾波，這兩者當(dāng)中不管是新能源波動還是頻率負(fù)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(dāng)中也是采用這種方式，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(lián)合動作實際上對于整體的經(jīng)濟(jì)效益包括電池壽命都是有好處的。

最后簡單總結(jié)一下，微電網(wǎng)的運行方式靈活，但能量管理是微電網(wǎng)研究重要的組成部分。當(dāng)然我們也要說一下目前的微電網(wǎng)。現(xiàn)在大批量的小型微電網(wǎng)大多數(shù)還只是做到控制，能夠保證安全穩(wěn)定的控制，220、330小型的微網(wǎng)實驗室因為可控手段比較少，里面所提的能量管理并沒有充分實現(xiàn)。但是目前來講，以后如果我們是接了十千伏微電網(wǎng)或者微電網(wǎng)規(guī)模比較大，一個園區(qū)的微電網(wǎng)就必須進(jìn)行能量管理和優(yōu)化調(diào)度。未來發(fā)展形式就是若干個微電網(wǎng)的群，我們要通過研究各個子網(wǎng)之間的能量互進(jìn)方式，協(xié)調(diào)優(yōu)化最終完成大的微電網(wǎng)群的能量管理。