微电网并网运行优化调度策略及应用谷松

微电网并网运行优化调度策略及应用谷松

谷松郭文亮

(国网天津市电力公司城东供电分公司天津市300000)

摘要：微电网优化调度的主要任务是在满足网内负荷需求及电能质量的前提下，对微网内部各微源、储能及不同类型负荷进行合理的出力分配，保证微网低成本、高电能质量、高稳定性运行。因此，在把握各个分布式单元工作原理和特性的基础上，对系统进行有效地运行控制与能量优化管理是研究微电网的关键。本文对微电网并网运行优化调度策略进行了分析。

关键词：微电网;并网；调度

引言

近年来，新能源发电发展迅速，人们通过建立微电网优化调度方法来实现微网经济运行和微网内各可控单元的功率优化分配。然而，风、光等新能源出力具有波动性，基于历史数据的负荷预测也存在偏差，对单一时间尺度下的微电网优化调度策略而言，这些不确定性因素易造成微网调度计划备用不足或运行经济性变差等后果。所以，亟需建立考虑更为全面的微电网优化调度策略。

1微电网结构

微电网的构成可以很简单，但也可能比较复杂。例如：光伏发电系统和储能系统可以组成简单的用户级光/储微电网，风力发电系统、光伏发电系统、储能系统、冷/热/电联供微型燃气轮机发电系统可组成满足用户冷/热/电综合能源需求的复杂微电网。一个微电网内还可以含有若干个规模相对小的微电网，微电网内分布式电源的接入电压等级也可能不同，如图1所示，也可以有多种结构形式。

图1微电网结构示意图

按照接入配电系统的方式不同，微电网可分为用户级、馈线级和变电站级微电网。用户级微电网与外部配电系统通过一个公共连接点连接，一般由用户负责其运行及管理；馈线级微电网是指将接入中压配电系统某一馈线的分布式电源和负荷等加以有效管理所形成的微电网；变电站级微电网是指将接入某一变电站及其出线上的分布式电源及负荷实施有效管理后形成的规模较大的微电网。后两者一般属于配电公司所有，是智能配电系统的重要组成部分。

按照微电网内主网络供电方式不同，还可分为直流型微电网、交流型微电网和混合型微电网。在直流型微电网中，大量分布式电源和储能系统通过直流主网架，直接为直流负荷供电；对于交流负荷，则利用电力电子换流装置，将直流电转换为交流电供电。在交流型微电网中，将所有分布式电源和储能系统的输出首先转换为交流电，形成交流主干网络为交流负荷直接供电；对于直流负荷，需通过电力电子换流装置将交流电转换为直流电后为负荷供电。在混合型微电网中，无论是直流负荷还是交流负荷，都可以不通过交直流间的功率变换直接由微电网供电。

2并网运行状态分布式电源控制方法

在并网运行的微电网中，主网作为平衡节点来稳定交流母线的电压和频率稳定，每个分布式电源均使用PQ控制方法，按照指定的有功、无功功率输出。PQ控制方法主要在并网状态下锂电池、超级电容、燃料电池等可控分布式电源上应用。PQ控制即对有功和无功功率解耦之后进行相应控制。在并网运行状态下，主网维持交流母线电压和频率在很小误差内，则分布式电源的有功出力和无功出力值可以保持于给定参考值输出。如图2所示为PQ控制原理。

图2PQ控制原理

由图2可看出，当频率在允许范围内发生波动时，频率下垂特性曲线在有功功率控制器的调整下，使得分布式电源的输出有功稳定于给定有功参考值；当电压在允许范围内发生波动时，电压下垂特性曲线在无功功率控制器的调整下，使得分布式电源的输出无功稳定于给定无功参考值。

3微电网优化调度策略

微电网实验室包含分布式电源、储能和负载部分。分布式电源部分包括：额定功率为4.23kW的光伏发电系统，每相由6块光伏板分别经微型逆变器并联后接入配电柜中，工作于MPPT状态；额定功率为2kW的水平轴和垂直轴风力发电机各一个，分别经整流和逆变环节接入配电柜中；额定功率为22kW的模拟双馈风机平台，可根据设定的风速曲线灵活模拟风机启停和运行；额定功率为3kW的氢氧燃料质子交换膜燃料电池，由48V外置直流电源作控制电，可输出直流和交流电。储能部分包括：容量为50Ah的锂电池，其额定电压为480V，最大充放电功率限值为25kW；容量为16.7F的超级电容器，工作区间为260V~450V，最大充放电功率限值为25kW，储能系统工作区间及充放电功率限值可在最大限制基础上进行修改。负载部分包括：最大6.6kW电阻负载箱2台；最大6.6kVar电感负载箱2台；最大33kW程控电阻负载箱1台，可实现单位间隔1kW从0-33kW范围的调节。

微电网实验室的基本设备接线汇集于由一个主柜、三个配电柜和三个测控柜组成的配电系统。其中，主柜的断路器与静态开关组合可以控制微电网工作于并网状态或离网状态，静态开关处可将远程操控信息和监测到的开、关信息、电压电流频率信息、交换功率信息与上位机实现数据交换，其输出与配电柜一的交流母线Ⅰ相连；每个配电柜各含10个静态开关，开关1~5实现主柜及配电柜之间的互联及结构变化，开关7~10分别接入分布式电源、储能和负载；每个测控柜在各节点处配有AP2008电能质量监测仪表，均可进行对应通信地址分配和修改、可设置电压电流保护值、可以监测所在节点处的电能质量信息，并且可以将远程操控信息和监测到的电能质量信息通过路由器与上位机实现数据交换。

微电网能量管理系统采用分层控制的结构，包括中央控制层、调度控制层和本地控制层。中央控制层基于分时电价信息、分布式电源发电预测信息、调度控制层提供来的本地设备状态、功率流动信息等，根据已建立的优化调度方案，计算出可控微源输出参考值，并将调度指令传达给调度控制层。调度控制层是联系中央控制层和本地控制层的关键环节，主要实现分布式电源、储能和负荷的电能质量数据监控和传输、设备启停机以及状态反馈。本地控制层直接与分布式电源、储能和负载相连，按照调度控制层的指令，完成各单元对输出功率的控制。

结束语

只有当微电网具有足够的发电容量以支撑其负荷时，并网运行和离网运行两种运行方式才算可行的。在并网模式下，微电网可以从主电网购电和售电。此时，微电网被视为整个电力系统中的一个可控负载或者作为主电网的电源供给。并网模式一般设计为无系统故障情况下运行，旨在保证微电网优化运行，降低备用容量、减少系统损失、提高供电可靠性。

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