微電網能量管理解決方案

武 星 宮芳濤 趙陽杰

（西安高壓電器研究院有限責任公司，西安 710077）

微電網是由分布式電源、儲能系統、能量轉換裝置、監控和保護裝置、負荷等匯集而成的小型發、配、用電系統[1]，是一個具備自我控制和自我能量管理的自治系統，既可以與外部電網并網運行，也可以孤立運行。從微觀看，微電網可以看作小型的電力系統；從宏觀看，微電網可以認為是配電系統中的一個“虛擬”的電源或負荷[2]。

微電網概念的興起主要是解決分布式電源并網帶來的技術、市場和政策上的問題。為了最大限度地發揮分布式發電技術在經濟、能源和環境中的優勢,很多國家都將微電網納入未來電網發展的日程中[3]。歐洲以及美國、日本等國家都針對本國實際提出了微電網的概念并積極開展研究,到目前為止，微電網在理論與應用上都取得了豐碩的成果。中國的微電網發展起步較晚，目前主要處在實驗室及示范工程階段。

西安高壓電器研究院有限責任公司（以下簡稱西高院）在微電網發展初期開始關注該領域的動態，并結合自身的生產發展實際于2011年開始籌備組建用于微電網及相關配套新能源產品研究的示范平臺。為了能夠更加深入的研究微電網的運行特性，西高院項目組自主研發了用于微電網的能量管理系統，實現了對微電網內各個微電源、混合儲能、可分級調控負荷及其他相關設備的綜合管理。

1 微電網系統簡述

西高院微電網系統的主要組成有，太陽能光伏發電和模擬風力發電組成的微源模塊，由電池和超級電容組成的混合儲能模塊，可以進行分級控制的負荷模塊，可以實現自動檢測和無縫切換的并網模塊。系統主要組成見圖1。

圖1 微電網結構示意圖

該系統一期建設容量為22kW,以交流母線為主，直流母線預留接口，方便后期擴建。系統建成后為西高院綜合辦公樓提供照明用電，在充分利用新能源的同時，也為用電負荷提供了雙重供電的保障。

根據初步的統計測算數據，該系統年發電量超過三萬千瓦時，減少碳排放量約為兩萬七千五百余千克。系統的建成不僅能夠為相關新能源領域內的研究提供平臺，同時提供了清潔能源的電能，為環境的凈化貢獻了一份力量。

2 能量管理解決方案

西高院微電網的能量管理解決方案是項目組自主研發的一套系統，軟件系統完全自主開發，硬件系統主要由CAN 通信網絡組成，并配置了適當的控制設備。它是一個一體化信息處理平臺，將微電網監控和能量管理結合起來，實現了對微電網各個設備狀態的監控，微電網內部能量運行的管理，系統運行模式及策略的優化，對系統的控制保護等功能集合在一起的綜合管理系統。

系統的主體結構由微電網能量管理中心、微電網智能管理單元和本地能量控制器（微電源控制器和負荷控制器）三部分構成。微電網能量管理中心為能量管理系統的最高層，也是整個能量管理系統的“大腦”，一方面它可以通過微電網智能管理單元采集各個微電源控制器及負荷控制器的設備狀態信息、系統實時運行參數；另一方面它可以和大電網的調度中心進行信息交換，結合本地微電網的運行狀況及市場數據信息進行控制策略、運行計劃的修改或制定。

其中，運行模式及策略的優化是由能量管理系統在已知各種運行信息的基礎上制定完成。目的是根據分布式電源出力預測、微電網內能源需求、市場信息等數據，按照不同的優化運行目標和約束條件做出決策，實時制定微電網運行調度策略，通過對分布式電源、儲能設備和負荷的靈活調度來實現系統的優化運行。

圖2 西高院微電網能量管理系統結構示意圖

3 實際應用情況

微電網能量管理系統以保證用電連續性、可靠性為前提，對分布式電源、混合儲能單元、負荷、大電網及微電網的當前數據和歷史數據進行分析，繼而對他們的運行狀態進行科學的評估和預測，以當前數據和預測數據作為能量管理模型的參考輸入，根據微電網的不同運行模式選擇不同的能量管理策略，綜合考慮分布式電源預測發電量、儲能單元預測剩余容量、電網電價信息和預測本地負荷需求，采用有效的算法求解未來一段時間內微電網的最優運行計劃，并評估及經濟性，根據評估結果，進一步改善微電網的運行策略及運行計劃。

圖3 系統主界面

西高院微電網能量管理解決方案已經在院內的微電網示范平臺中投入使用，目前使用情況良好，預計系統在微電網擴建后會進一步優化并增加相應的模塊。系統整體采用模塊化設計，因此可以廣泛適用于各種配置不同的微電網系統。針對具體的工程，只需將管理系統中相應的模塊進行合理的配置即可滿足不同工程實際的需求。

[1] 王成山,王守相.分布式發電供能系統若干問題研究[J]. 電力系統自動化,2008,32(20): 1-4.

[2] 王成山,李鵬.分布式發電、微網與智能配電網的發展與挑戰[J]. 電力系統自動化,2010,34(2): 10-14.

[3] European Commission. European smart grids technology platform2 vision and strategy for Europe’s electricity networks of the future [R/OL]. [2009208204]. http://www.eurosfaire.prd.fr/7pc/doc/1144859476_smartg rids_en_etp_2006.pdf