武 星 宮芳濤 趙陽杰

（西安高壓電器研究院有限責(zé)任公司，西安 710077）

微電網(wǎng)是由分布式電源、儲能系統(tǒng)、能量轉(zhuǎn)換裝置、監(jiān)控和保護(hù)裝置、負(fù)荷等匯集而成的小型發(fā)、配、用電系統(tǒng)[1]，是一個具備自我控制和自我能量管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可以孤立運行。從微觀看，微電網(wǎng)可以看作小型的電力系統(tǒng)；從宏觀看，微電網(wǎng)可以認(rèn)為是配電系統(tǒng)中的一個“虛擬”的電源或負(fù)荷[2]。

微電網(wǎng)概念的興起主要是解決分布式電源并網(wǎng)帶來的技術(shù)、市場和政策上的問題。為了最大限度地發(fā)揮分布式發(fā)電技術(shù)在經(jīng)濟(jì)、能源和環(huán)境中的優(yōu)勢,很多國家都將微電網(wǎng)納入未來電網(wǎng)發(fā)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(wǎng)的概念并積極開展研究,到目前為止，微電網(wǎng)在理論與應(yīng)用上都取得了豐碩的成果。中國的微電網(wǎng)發(fā)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(zé)任公司（以下簡稱西高院）在微電網(wǎng)發(fā)展初期開始關(guān)注該領(lǐng)域的動態(tài)，并結(jié)合自身的生產(chǎn)發(fā)展實際于2011年開始籌備組建用于微電網(wǎng)及相關(guān)配套新能源產(chǎn)品研究的示范平臺。為了能夠更加深入的研究微電網(wǎng)的運行特性，西高院項目組自主研發(fā)了用于微電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了對微電網(wǎng)內(nèi)各個微電源、混合儲能、可分級調(diào)控負(fù)荷及其他相關(guān)設(shè)備的綜合管理。

1 微電網(wǎng)系統(tǒng)簡述

西高院微電網(wǎng)系統(tǒng)的主要組成有，太陽能光伏發(fā)電和模擬風(fēng)力發(fā)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(jìn)行分級控制的負(fù)荷模塊，可以實現(xiàn)自動檢測和無縫切換的并網(wǎng)模塊。系統(tǒng)主要組成見圖1。

圖1 微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

該系統(tǒng)一期建設(shè)容量為22kW,以交流母線為主，直流母線預(yù)留接口，方便后期擴(kuò)建。系統(tǒng)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(fù)荷提供了雙重供電的保障。

根據(jù)初步的統(tǒng)計測算數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)年發(fā)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(tǒng)的建成不僅能夠為相關(guān)新能源領(lǐng)域內(nèi)的研究提供平臺，同時提供了清潔能源的電能，為環(huán)境的凈化貢獻(xiàn)了一份力量。

2 能量管理解決方案

西高院微電網(wǎng)的能量管理解決方案是項目組自主研發(fā)的一套系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)完全自主開發(fā)，硬件系統(tǒng)主要由CAN 通信網(wǎng)絡(luò)組成，并配置了適當(dāng)?shù)目刂圃O(shè)備。它是一個一體化信息處理平臺，將微電網(wǎng)監(jiān)控和能量管理結(jié)合起來，實現(xiàn)了對微電網(wǎng)各個設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控，微電網(wǎng)內(nèi)部能量運行的管理，系統(tǒng)運行模式及策略的優(yōu)化，對系統(tǒng)的控制保護(hù)等功能集合在一起的綜合管理系統(tǒng)。

系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)由微電網(wǎng)能量管理中心、微電網(wǎng)智能管理單元和本地能量控制器（微電源控制器和負(fù)荷控制器）三部分構(gòu)成。微電網(wǎng)能量管理中心為能量管理系統(tǒng)的最高層，也是整個能量管理系統(tǒng)的“大腦”，一方面它可以通過微電網(wǎng)智能管理單元采集各個微電源控制器及負(fù)荷控制器的設(shè)備狀態(tài)信息、系統(tǒng)實時運行參數(shù)；另一方面它可以和大電網(wǎng)的調(diào)度中心進(jìn)行信息交換，結(jié)合本地微電網(wǎng)的運行狀況及市場數(shù)據(jù)信息進(jìn)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(yōu)化是由能量管理系統(tǒng)在已知各種運行信息的基礎(chǔ)上制定完成。目的是根據(jù)分布式電源出力預(yù)測、微電網(wǎng)內(nèi)能源需求、市場信息等數(shù)據(jù)，按照不同的優(yōu)化運行目標(biāo)和約束條件做出決策，實時制定微電網(wǎng)運行調(diào)度策略，通過對分布式電源、儲能設(shè)備和負(fù)荷的靈活調(diào)度來實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化運行。

圖2 西高院微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 實際應(yīng)用情況

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)以保證用電連續(xù)性、可靠性為前提，對分布式電源、混合儲能單元、負(fù)荷、大電網(wǎng)及微電網(wǎng)的當(dāng)前數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，繼而對他們的運行狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)的評估和預(yù)測，以當(dāng)前數(shù)據(jù)和預(yù)測數(shù)據(jù)作為能量管理模型的參考輸入，根據(jù)微電網(wǎng)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(yù)測發(fā)電量、儲能單元預(yù)測剩余容量、電網(wǎng)電價信息和預(yù)測本地負(fù)荷需求，采用有效的算法求解未來一段時間內(nèi)微電網(wǎng)的最優(yōu)運行計劃，并評估及經(jīng)濟(jì)性，根據(jù)評估結(jié)果，進(jìn)一步改善微電網(wǎng)的運行策略及運行計劃。

圖3 系統(tǒng)主界面

西高院微電網(wǎng)能量管理解決方案已經(jīng)在院內(nèi)的微電網(wǎng)示范平臺中投入使用，目前使用情況良好，預(yù)計系統(tǒng)在微電網(wǎng)擴(kuò)建后會進(jìn)一步優(yōu)化并增加相應(yīng)的模塊。系統(tǒng)整體采用模塊化設(shè)計，因此可以廣泛適用于各種配置不同的微電網(wǎng)系統(tǒng)。針對具體的工程，只需將管理系統(tǒng)中相應(yīng)的模塊進(jìn)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(fā)電供能系統(tǒng)若干問題研究[J]. 電力系統(tǒng)自動化,2008,32(20): 1-4.

[2] 王成山,李鵬.分布式發(fā)電、微網(wǎng)與智能配電網(wǎng)的發(fā)展與挑戰(zhàn)[J]. 電力系統(tǒng)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