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摘要：随着世界经济的快速发展，各国对能源的需求不断增大，-方面造成全球能源供应的日益紧张，另一方面也带来了诸如气候恶化、温室效应等严重的环境问题：以集中式互联的传统供电方式在提供高效便捷电能的同时，也带来了诸如运行难度大、电网可靠性低以及输配电成本高等问题。为了有效缓解这些问题，多能互补微电网系统的发展得到了广泛应用。随着对多能互补微电网研究的深入，如何对系统内部的能量进行优化，并提出系统性的多能互补微电网运行控制策略已是重点解决的问题。

关键词：微电网；能源管理；调度优化

引言：随着能源危机、环境约束以及用户对供电可靠性要求的提高，微网越来越受到人们的关注，微电网能量管理技术是微电网研究的关键技术之一。能量管理系统（EMS）的主要任务为：在满足本地负荷需求与电能质量的基础上，对网内各分布式电源、储能设备以及不同类型的负荷进行统一、合理的调度管理，并结合相应的环保、可靠性指标，优化供用电计划，确保微电网的安全性、稳定性和可靠性，实现微电网能够高效、经济地运行。

一、微电网的概念

随着分布式发电技术的不断发展，分布式发电技术本身存在的一些问题也逐渐显现出来。比如运行不稳定、不容易控制、给大电网造成冲击等。为了弥补分布式发电的缺点，协调大量分布式发电并网与大电网之间的矛盾，将分布式发电的优势发挥到最大，近几年国内外专家学者提出了微电网的概念。虽然各国学者对微电网都进行了研究，但是还没有一个较为完整的定义，目前对微电网的普遍说法是：微电网是一种新型网络结构，是由微电源、储能系统、负荷、以及控制系统组成的一个单一可控的系统单元。这样一个主要由微电源和负荷组合成的微电网系统，它可以提供多种形式的能量，如热能、电能等，其不仅满足用户的需求，而且还能实时向大电网输送电能，表现出了电能质量高、绿色环保、供电可靠安全等特点。

微电网的运行方式比较灵活，可以在孤网方式下运行，也可以并网方式运行，并且两种运行方式可以通过静态开关来进行转换。微电网在孤网方式运行时，可以自给自足，在并网方式下运行时又可以与外部大电网相连，在一定程度上既弥补了大电网在成本上的一些不足，又发挥了分布式发电绿色环保，灵活控制等优势，是近年来智能电网重要的发展方向。微电网属于智能电网的一种，未来智能电网将会向着复杂的和大规模的综合系统的方向发展，这个系统不仅包括电力系统，还将融入控制、通信、计算机网络技术等。

二、微电网的运行方式

微电网通过静态开关与外部大电网断开或连接，故系统存在两种运行方式。

2.1并网运行

并网运行方式，即微电网通过联络线与外部电网相连接。作为外部电网的补充，微电网可由外部电网向其注入功率，同时在需要时微电网也能向外部电网提供能量，即联络线上的潮流可以自由双向流动，这取决于负荷与微电网内部微电源的供需情况。并网型系统的优势是可以省去储能装置，而将电网作为自己的备用单元，但是并网型系统对电网的干扰较大，当并网型系统的装机容量小于所并入电网的装机容量，这种影响可以忽略不计，但当容量相近时，就必须考虑其它措施降低干扰。

2.2孤网运行

孤网运行方式包含两种情况：计划孤网运行和紧急孤网运行。计划孤网运行方式是指改变运行方式、检修或一些客观条件下（高寒偏远地区），微电网有计划的实施孤网运行；紧急孤网运行方式是指当外部电网发生扰动、故障或者是电能质量不满足要求时，静态开关迅速做出反应，自动的将微电网隔离出来，实现微电网的自治运行。孤网运行方式保证了微电网供电可靠性以及灵活性。通常情况下，在靠近城市公共电网的地区，风光互补微电网系统一般直接与外部电网连接。对于远离公共电网的农牧地区，一般是通过从变电站架设电网线路来接入公共电网，其成本较高，因此针对此情况，我国采用孤网型的方式来安装。微电网系统所在农牧地区，日照充足，地广人稀，风速较高，不管是在地面还是房顶都有足够的空间安装风力发电机和太阳能电池板，可以为住户提供充足的生活用电。

三、多微网能源管理研究

能源是现代社会赖以生存和发展的基础。随着能源危机和环保问题的日趋凸显，各国对可持续、高效、清洁能源应用的要求越来越强烈，能源结构的变革已势在必行。近年来，国内外学者对包含新能源和化石能源在内的电力网、热力网等多种能源网络系统的整合利用进行了广泛深入的研究。伴随着先进互联网技术的快速发展，能源与信息的广泛深度融合催生了能源互联网这一新型能源利用体系，不同于综合能源系统独立运行，多微网联合运行体系被提出，因此掀起了新一轮工业革命的浪潮。其中，多微网联合运行框架如图1。

微网联合运行无论是否与大电网互联，均具备良好的经济特性。这是因为在多微网合系统中，各微网相比于从电网处可以以更便宜的价格购买其他微网多余的电能，同样对于热力系统而言，微网从其他互联微网处购买多余热能时也比从第三方热力公司处购能便宜。因此，对于负荷需求较大的微网而言，其在微网联合运行中收益。同时，各微网相比于将多余能源出售给大电网或第三方热力公司而言，可以以更贵的价格出售给其他微网。因此，对于负荷需求较小的微网而言，其在微网联合运行中收益。其次与微网独立运行模式相比，多微网系统联合运行模式更适合智能电网未来的发展趋势。随着可再生能源在微网中大规模部署，多个互联微网进行能源交互将有效的提高可再生能源利用率。同时，多微网互联系统有效减轻和大电网负担，减轻输电线率拥堵，并提高自身电网和大电网可靠性和自身电网的灵活性。第三，当出现故障或自然灾害导致地理区域中断时，智能配电多微电网系统通常具有很高的自我修复功能，可以将自身微网与故障点隔离。通过与其他相连的微网共享额外的能量和备用资源来稳定地运行。还可以将配电系统自动划分为多个微网，以提高微网的运行和可靠性。相邻微网通过相互进行能源交互实现最小化削减负荷。

尽管具有上述优点，但是在实现多微网系统的稳定仍然存在许多挑战。首先，与独立运行微网相比，多微网中可再生能源的渗透率很高。在多位网系统中，可再生能源发电的间歇性以及微网内负荷的时变性在时间和空间上都很强。在多微网系统中，其中一部分研究侧重点在减少此类波动对能源管理的影响。其次，多微网系统中各微网相互连接的特性导致能量交易期间存在强烈的耦合关系，当一个微网进行优化能量调度时，其结果会对多微网系统中其他微网产生影响。随着多微网中微网数量的增加，能量调度问题的规模增加，问题变得越来越复杂。第三，大电网和微网可以由具有不同目标的不同运营商所有。通常，这些所有者对微网进行自治管理，并在共享剩余能量时保护隐私。因此，优化调度算法将改变用户使用能源的方式以及他们购买或出售能源的方式。上述挑战促使人们进行研究以设计适用于不同情况的多种能源管理策略和算法。

四、孤岛型微电网的优化调度策略

针对在孤岛运行模式下的多能互补微电网优化调度策略，通常应用微电网能量管理方法，进行多时间段共同协调。由于风机和光伏发电系统波动性较强，必须对风能和太阳能进行短期预测，降低风机发电和光伏发电输出功率的误差，确保输出功率的准确性。将风机、光伏发电系统和负荷的预测数据得到后，应用调度策略进行判断分析。

（1）当风机、光伏发电系统输出功率满足负荷的需求时，先判断蓄电池储能系统是否需要充电，如果蓄电池需要充电，则将过剩的电能给蓄电池充电，有多少充多少，Ｓ蓄电池充足还有剩于电能时，则通过弃风、弃光来减少风机、光伏发电系统的输出功率；Ｓ蓄电池储能系统电量充足，不需要充电时，直接通过弃风、弃光来减少风机、光伏发电系统的输出功率；若没有剩余电能，则风机、光伏发电系统满足负荷的需求既可。

（2）当风机、光伏发电系统输出功率不满足负荷的需求时，首先判断蓄电池储能系统是否能够放电为负荷提供电能，若蓄电池放电能满足负荷要求，则不

需要启动柴油发电机；若蓄电池电能放电不能满足负荷要求，则启动柴油发电机发电来满足负荷需求；若柴油发电机满发时都不能满足负荷需求时，则需要通过丢弃一些不重要的负荷来满足微电网系统的稳定性

五、多能互补微电网并网运行模式下的优化调度

5.1不同时段的调度策略

分时电价策略是将一天24小时的负荷电量变化按照大小分成峰时段、谷时段和平时段，根据不同的时段制定不同的电价。分时电价可以清楚的反映出不同时段购买、售电的成本，更加合理完成微电网系统的优化调度。为了降低微电网系统运行成本，应该在用电高峰时段尽量向大电网售电，用电低谷时段尽量向蓄电池系统多充电，用电正常时段正常调度。其具体的调度策略：首先先将预测好的风机、光伏电池以及负荷的数据输入，分别运用峰时段、谷时段和平时段三种时段进行调度分析。

当用电在正常情况时，首先判断风机、光伏发电输出功率是否满足负荷需求，当满足负荷需求，则柴油发电机不开机，剩余电量给蓄电池充电，如还有剩余电量，则向大电网售电；当不满足负荷需求，先将蓄电池放电，若还是不能满足负荷需求，则开启柴油发电机，若还是不能满足负荷需求，则向大电网购电来满足负荷需求。

当用电在负荷高峰期时，先将蓄电池按照最大电量进行放电，若满足负荷需求，则不需要开启柴油发电机；反之，以柴油发电机最大情况发电，若满足负荷需求，有剩余电量＃则给蓄电充电，还有剩余，向大电网售电；若不满足负荷儒求，则向大电网购电满足负荷需求。

当用电在负荷低谷期时，首先判断风机、光伏发电是否满足负荷需求，若满足，有剩余电量给蓄电池充电，还有剩余向大电网售电。若不满足，由于低谷时期电价较低，直接向大电网购电来满足负荷需求既可。

5.2不同运行策略下的微电网的优化调度

（1）开启柴油发电机，允许微电网系统和大电网系统双向购电、售电。在该策略下，当微电源发出的功率以及蓄电池系统放电不满足负荷需求时，可以开启柴油发电机和向大电网购电来满足负荷需求。微电源、蓄电池、柴油发电机以及大电网共同完成微电网的优化调度。

开启柴油发电机，只允许大电网系统向微电网系统售电。在该策略下，当微电网系统发出的功率不满足负荷需求时，与策略一相同；当微电网系统发出的功率大于负荷需求时，只能通过弃风、弃光来满足微电网系统的稳定性。策略三：关闭柴油发电机，允许微电网系统和大电网系统双向购电、售电。在该策略下，当微电网系统发出的功率不满足负荷需求时，只能通过向大电网购电来满足负荷需求。当微电网系统发出的功率大于负荷需求时，可以通过向大电网售电，减少弃风、弃光。策略四：关闭柴油发电机，只允许大电网系统向微电网系统售电。在该策略下，当微电网系统发出的功率不满足负荷需求时，与策略三相同；当微电网系统发出的功率大于负荷需求时，与策略二相同。通过对四种策略进行分析，可以得出并网时各种情况下微电网的合理优化调度。与孤网型微电网系统相比，并网型微电网系统具有更高的灵活性。微电网系统主要以清洁能源发电为主，通过与大电网配合，清洁能源的消耗率会有一定的增加，当不能满足负荷需求时，大电网可以提供充足的电能来满足负荷需求。

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