微电网能量管理解决方案

武 星 宫芳涛 赵阳杰

（西安高压电器研究院有限责任公司，西安 710077）

微电网是由分布式电源、储能系统、能量转换装置、监控和保护装置、负荷等汇集而成的小型发、配、用电系统[1]，是一个具备自我控制和自我能量管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。从微观看，微电网可以看作小型的电力系统；从宏观看，微电网可以认为是配电系统中的一个“虚拟”的电源或负荷[2]。

微电网概念的兴起主要是解决分布式电源并网带来的技术、市场和政策上的问题。为了最大限度地发挥分布式发电技术在经济、能源和环境中的优势,很多国家都将微电网纳入未来电网发展的日程中[3]。欧洲以及美国、日本等国家都针对本国实际提出了微电网的概念并积极开展研究,到目前为止，微电网在理论与应用上都取得了丰硕的成果。中国的微电网发展起步较晚，目前主要处在实验室及示范工程阶段。

西安高压电器研究院有限责任公司（以下简称西高院）在微电网发展初期开始关注该领域的动态，并结合自身的生产发展实际于2011年开始筹备组建用于微电网及相关配套新能源产品研究的示范平台。为了能够更加深入的研究微电网的运行特性，西高院项目组自主研发了用于微电网的能量管理系统，实现了对微电网内各个微电源、混合储能、可分级调控负荷及其他相关设备的综合管理。

1 微电网系统简述

西高院微电网系统的主要组成有，太阳能光伏发电和模拟风力发电组成的微源模块，由电池和超级电容组成的混合储能模块，可以进行分级控制的负荷模块，可以实现自动检测和无缝切换的并网模块。系统主要组成见图1。

图1 微电网结构示意图

该系统一期建设容量为22kW,以交流母线为主，直流母线预留接口，方便后期扩建。系统建成后为西高院综合办公楼提供照明用电，在充分利用新能源的同时，也为用电负荷提供了双重供电的保障。

根据初步的统计测算数据，该系统年发电量超过三万千瓦时，减少碳排放量约为两万七千五百余千克。系统的建成不仅能够为相关新能源领域内的研究提供平台，同时提供了清洁能源的电能，为环境的净化贡献了一份力量。

2 能量管理解决方案

西高院微电网的能量管理解决方案是项目组自主研发的一套系统，软件系统完全自主开发，硬件系统主要由CAN 通信网络组成，并配置了适当的控制设备。它是一个一体化信息处理平台，将微电网监控和能量管理结合起来，实现了对微电网各个设备状态的监控，微电网内部能量运行的管理，系统运行模式及策略的优化，对系统的控制保护等功能集合在一起的综合管理系统。

系统的主体结构由微电网能量管理中心、微电网智能管理单元和本地能量控制器（微电源控制器和负荷控制器）三部分构成。微电网能量管理中心为能量管理系统的最高层，也是整个能量管理系统的“大脑”，一方面它可以通过微电网智能管理单元采集各个微电源控制器及负荷控制器的设备状态信息、系统实时运行参数；另一方面它可以和大电网的调度中心进行信息交换，结合本地微电网的运行状况及市场数据信息进行控制策略、运行计划的修改或制定。

其中，运行模式及策略的优化是由能量管理系统在已知各种运行信息的基础上制定完成。目的是根据分布式电源出力预测、微电网内能源需求、市场信息等数据，按照不同的优化运行目标和约束条件做出决策，实时制定微电网运行调度策略，通过对分布式电源、储能设备和负荷的灵活调度来实现系统的优化运行。

图2 西高院微电网能量管理系统结构示意图

3 实际应用情况

微电网能量管理系统以保证用电连续性、可靠性为前提，对分布式电源、混合储能单元、负荷、大电网及微电网的当前数据和历史数据进行分析，继而对他们的运行状态进行科学的评估和预测，以当前数据和预测数据作为能量管理模型的参考输入，根据微电网的不同运行模式选择不同的能量管理策略，综合考虑分布式电源预测发电量、储能单元预测剩余容量、电网电价信息和预测本地负荷需求，采用有效的算法求解未来一段时间内微电网的最优运行计划，并评估及经济性，根据评估结果，进一步改善微电网的运行策略及运行计划。

图3 系统主界面

西高院微电网能量管理解决方案已经在院内的微电网示范平台中投入使用，目前使用情况良好，预计系统在微电网扩建后会进一步优化并增加相应的模块。系统整体采用模块化设计，因此可以广泛适用于各种配置不同的微电网系统。针对具体的工程，只需将管理系统中相应的模块进行合理的配置即可满足不同工程实际的需求。

[1] 王成山,王守相.分布式发电供能系统若干问题研究[J]. 电力系统自动化,2008,32(20): 1-4.

[2] 王成山,李鹏.分布式发电、微网与智能配电网的发展与挑战[J]. 电力系统自动化,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