智能微網高級應用及負荷管理設計方法

董智峰

（陜西天恒眾鑫新能源發展有限公司，陜西 西安 710119；中廣核新能源投資（深圳）有限公司，陜西 西安 710119）

微網適應我國能源發展的需求與方向，在我國有著廣闊的發展前景。大力發展智能微網可避免或延緩增加能源傳輸成本，減少傳輸能量損耗，調整能源結構、保護環境；同時，它可以根據工業用能、居民用能等不同用戶需求，提供個性化供能方式，實現資源的優化配置，從而提高能源利用效率。

1 智能微網高級應用設計

1.1 并網狀態下的高級應用

并網狀態是微網的運行常態，一般系統接入包括光伏設備、風電設備、儲能設備、充電樁和天然氣發電等幾部分。并網狀態下的核心高級應用及其關系可用圖1來展示。

圖1 并網狀態下高級應用整體設計

并網狀態下，微網能量管理系統所涉及的高級應用包括以下幾項。

1.1.1 負荷預測

短期負荷預測是確保微網與配電網間協調互動的重要程序，其中包括微網自身用電負荷預測和電網負荷預測2部分。微網自身用電負荷預測重點針對微網范圍內的用電負荷進行預測，通過實時負荷與歷史數據的統計，對廠用電、用戶用電等進行估計，為微網優化程序提供指導。

考慮到電網自身負荷實時數據難以采集的特點，電網負荷預測直接采用歷史數據和典型日負荷數據進行當日負荷預測。負荷預測的主要功能包括原始數據預處理、設定周期的短期負荷預報、負荷預測結果分析和統計、在線自動運行/人工啟動、預測結果發布、多類型預測方法智能選取等。

1.1.2 發電功率預測

發電功率預測為微網的并網優化與孤島運行提供數據基礎，利用發電預測軟件，對未來24 h的能源發電量有預先的了解，便于改善運行條件，提高系統運行的穩定性和經濟性。發電功率預測的主要功能包括原始數據預處理、發電預測結果分析和統計、在線自動運行/人工啟動、預測結果發布等。

1.1.3 KPI指標計算

KPI指標計算程序結合實時數據對微網當前運行狀態進行統計，比如靜態滲透率、實時滲透率、發電量、外網功率支撐統計；在上述數據的基礎上計算當前微網對配電網的配合能力，比如功率調節能力、負荷轉供能力、輔助調節效果預計等。

1.1.4 電網態勢感知

電網態勢感知通過實時數據的采集與預測數據計算未來微網的運行趨勢，在此基礎上對當前電網的健康情況進行預計。電網態勢的主要功能包括電網實時狀態統計、電網運行趨勢估計、電網運行告警等。

1.1.5 微網多模式優化運行

多模式優化運行是利用微網中的可控能源與可控負荷實現以微網為主體的優化運行設計，比如微網自用電優先模式或最優經濟運行模式等，利用峰平谷電價等因素合理安排微網中多類型可控資源的協調互動，同時兼顧有功與無功的互動優化，保證長時間范圍內電網的優化運行。

微網多模式優化運行的主要功能包括優化模式選擇、設定周期的優化運行、基于預測信息的微網運行優化、在線自動運行/人工啟動、控制參數設置及結果發布、異常處理及運行狀態記錄等。

1.1.6 微網主體與配電網間的協調互動

微網主體與配電網間的協調互動主要用于實現微網與配網間的有機互動，包括實時控制和優化控制2類控制模式。

微網主體與配電網間的協調互動主要功能包括優化模式選擇、設定周期的優化運行、微網與配電網間的優化計算、在線自動運行/人工啟動、控制參數設置及結果發布等。

1.2 離網狀態下的高級應用

離網運行狀態啟動條件包括2種，第1種為故障下隨保護動作跳開離網運行范圍的出口開關，第2種為基于上述預警狀態，由人工決定是否切入計劃孤島狀態運行。

1.2.1 計劃孤島運行啟動與恢復

該應用的核心目標是用于計劃孤島狀態生成，當處于預警狀態時，人工決定進入計劃孤島運行狀態。該程序根據設定的運行時間進行智能孤島邊界劃分，設定設備如何切除以維持目標時間的孤島運行。在此基礎上，按照計劃孤島流程依次進行出口開關功率調節、開關斷開與儲能運行狀態切換等。當孤島運行結束時，則進行開關閉合與儲能運行狀態恢復。計劃孤島運行啟動與恢復程序的主要功能包括孤島運行時間設定、孤島運行范圍劃分、計劃孤島運行啟動、孤島并網恢復等。

1.2.2 非計劃孤島優化與供電恢復

非計劃孤島優化與供電恢復的主要功能包括孤島運行支撐設備設置、孤島范圍擴大計算、控制參數設置及結果發布等。

2 負荷管理設計

對一個典型的智能用戶終端而言，其負荷布置圖如圖2所示，主要設備包括：①微網管理系統。其功能主要包括2種，一種為系統計算并產生預測電價，通過前置機、路由器、網關最終發送給智能用戶終端；另一種為系統接收主站為其計算的最優功率值，同時接收智能用戶終端發送的實時功率值、可調節的柔性功率范圍，將以上數據優化計算得到需要調節的柔性功率及其方向，并再次下發給智能用戶終端。②前置機。微網管理系統控制整個樓宇的服務器，通過前置機分路給每個房間。③路由器。路由器安置在每個房間內，提供WiFi信號用于轉發從智能終端發送給微網管理系統的信息，比如房間內實時功率、可調節的柔性負荷范圍等。④網關。網關用于接收智能插座檢測的實時功率和電量等信息，并轉發給智能用戶終端；將用戶下達的控制信號傳送給智能用電設備。⑤智能插座。智能插座直接連接被控用電設備，實現開/關設備，監測實時功率、用電量等。⑥智能用戶終端。通過操作APP來實現查看功率、查詢電費、控制設備、調整運行模式等基本功能，以及實時響應附加合約、計算碳排放等高級功能。

圖2 智能用戶終端

3 總結

智能微網旨在突破高滲透率間歇式新能源接入條件下的經濟運行控制、發電設備與充電設施的有機互動等微網分析與運行關鍵技術，解決我國電網普遍存在的可再生能源消納能力不足、上網電能質量較差、配電環節相對薄弱、用電互動化水平較低等問題，實現電動汽車和儲能技術發展對智能微網技術的迫切需求，實現源-網-荷等多種類型主體的聯合優化運行。

參考文獻：

［1］中國電力科學研究院.GB/T 33589—2017微電網接入電力系統技術規定［S］.北京：中國標準出版社，2017.

［2］劉海璇，吳福保，董大興.微電網能量管理系統中的CIM模型擴展［C］//中國電機工程學會電力系統自動化專業委員會三屆一次會議暨學術交流會，2011.