智能微網(wǎng)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(fā)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(wǎng)適應我國能源發(fā)展的需求與方向，在我國有著廣闊的發(fā)展前景。大力發(fā)展智能微網(wǎng)可避免或延緩增加能源傳輸成本，減少傳輸能量損耗，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、保護環(huán)境；同時，它可以根據(jù)工業(yè)用能、居民用能等不同用戶需求，提供個性化供能方式，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，從而提高能源利用效率。

1 智能微網(wǎng)高級應用設計

1.1 并網(wǎng)狀態(tài)下的高級應用

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

圖1 并網(wǎng)狀態(tài)下高級應用整體設計

并網(wǎng)狀態(tài)下，微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)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(wǎng)與配電網(wǎng)間協(xié)調(diào)互動的重要程序，其中包括微網(wǎng)自身用電負荷預測和電網(wǎng)負荷預測2部分。微網(wǎng)自身用電負荷預測重點針對微網(wǎng)范圍內(nèi)的用電負荷進行預測，通過實時負荷與歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，對廠用電、用戶用電等進行估計，為微網(wǎng)優(yōu)化程序提供指導。

考慮到電網(wǎng)自身負荷實時數(shù)據(jù)難以采集的特點，電網(wǎng)負荷預測直接采用歷史數(shù)據(jù)和典型日負荷數(shù)據(jù)進行當日負荷預測。負荷預測的主要功能包括原始數(shù)據(jù)預處理、設定周期的短期負荷預報、負荷預測結(jié)果分析和統(tǒng)計、在線自動運行/人工啟動、預測結(jié)果發(fā)布、多類型預測方法智能選取等。

1.1.2 發(fā)電功率預測

發(fā)電功率預測為微網(wǎng)的并網(wǎng)優(yōu)化與孤島運行提供數(shù)據(jù)基礎，利用發(fā)電預測軟件，對未來24 h的能源發(fā)電量有預先的了解，便于改善運行條件，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。發(fā)電功率預測的主要功能包括原始數(shù)據(jù)預處理、發(fā)電預測結(jié)果分析和統(tǒng)計、在線自動運行/人工啟動、預測結(jié)果發(fā)布等。

1.1.3 KPI指標計算

KPI指標計算程序結(jié)合實時數(shù)據(jù)對微網(wǎng)當前運行狀態(tài)進行統(tǒng)計，比如靜態(tài)滲透率、實時滲透率、發(fā)電量、外網(wǎng)功率支撐統(tǒng)計；在上述數(shù)據(jù)的基礎上計算當前微網(wǎng)對配電網(wǎng)的配合能力，比如功率調(diào)節(jié)能力、負荷轉(zhuǎn)供能力、輔助調(diào)節(jié)效果預計等。

1.1.4 電網(wǎng)態(tài)勢感知

電網(wǎng)態(tài)勢感知通過實時數(shù)據(jù)的采集與預測數(shù)據(jù)計算未來微網(wǎng)的運行趨勢，在此基礎上對當前電網(wǎng)的健康情況進行預計。電網(wǎng)態(tài)勢的主要功能包括電網(wǎng)實時狀態(tài)統(tǒng)計、電網(wǎng)運行趨勢估計、電網(wǎng)運行告警等。

1.1.5 微網(wǎng)多模式優(yōu)化運行

多模式優(yōu)化運行是利用微網(wǎng)中的可控能源與可控負荷實現(xiàn)以微網(wǎng)為主體的優(yōu)化運行設計，比如微網(wǎng)自用電優(yōu)先模式或最優(yōu)經(jīng)濟運行模式等，利用峰平谷電價等因素合理安排微網(wǎng)中多類型可控資源的協(xié)調(diào)互動，同時兼顧有功與無功的互動優(yōu)化，保證長時間范圍內(nèi)電網(wǎng)的優(yōu)化運行。

微網(wǎng)多模式優(yōu)化運行的主要功能包括優(yōu)化模式選擇、設定周期的優(yōu)化運行、基于預測信息的微網(wǎng)運行優(yōu)化、在線自動運行/人工啟動、控制參數(shù)設置及結(jié)果發(fā)布、異常處理及運行狀態(tài)記錄等。

1.1.6 微網(wǎng)主體與配電網(wǎng)間的協(xié)調(diào)互動

微網(wǎng)主體與配電網(wǎng)間的協(xié)調(diào)互動主要用于實現(xiàn)微網(wǎng)與配網(wǎng)間的有機互動，包括實時控制和優(yōu)化控制2類控制模式。

微網(wǎng)主體與配電網(wǎng)間的協(xié)調(diào)互動主要功能包括優(yōu)化模式選擇、設定周期的優(yōu)化運行、微網(wǎng)與配電網(wǎng)間的優(yōu)化計算、在線自動運行/人工啟動、控制參數(shù)設置及結(jié)果發(fā)布等。

1.2 離網(wǎng)狀態(tài)下的高級應用

離網(wǎng)運行狀態(tài)啟動條件包括2種，第1種為故障下隨保護動作跳開離網(wǎng)運行范圍的出口開關，第2種為基于上述預警狀態(tài)，由人工決定是否切入計劃孤島狀態(tài)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(tài)生成，當處于預警狀態(tài)時，人工決定進入計劃孤島運行狀態(tài)。該程序根據(jù)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(diào)節(jié)、開關斷開與儲能運行狀態(tài)切換等。當孤島運行結(jié)束時，則進行開關閉合與儲能運行狀態(tài)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(wǎng)恢復等。

1.2.2 非計劃孤島優(yōu)化與供電恢復

非計劃孤島優(yōu)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(shù)設置及結(jié)果發(fā)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(wǎng)管理系統(tǒng)。其功能主要包括2種，一種為系統(tǒng)計算并產(chǎn)生預測電價，通過前置機、路由器、網(wǎng)關最終發(fā)送給智能用戶終端；另一種為系統(tǒng)接收主站為其計算的最優(yōu)功率值，同時接收智能用戶終端發(fā)送的實時功率值、可調(diào)節(jié)的柔性功率范圍，將以上數(shù)據(jù)優(yōu)化計算得到需要調(diào)節(jié)的柔性功率及其方向，并再次下發(fā)給智能用戶終端。②前置機。微網(wǎng)管理系統(tǒng)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(nèi)，提供WiFi信號用于轉(zhuǎn)發(fā)從智能終端發(fā)送給微網(wǎng)管理系統(tǒng)的信息，比如房間內(nèi)實時功率、可調(diào)節(jié)的柔性負荷范圍等。④網(wǎng)關。網(wǎng)關用于接收智能插座檢測的實時功率和電量等信息，并轉(zhuǎn)發(fā)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(xiàn)開/關設備，監(jiān)測實時功率、用電量等。⑥智能用戶終端。通過操作APP來實現(xiàn)查看功率、查詢電費、控制設備、調(diào)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(jié)

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

參考文獻：

［1］中國電力科學研究院.GB/T 33589—2017微電網(wǎng)接入電力系統(tǒng)技術規(guī)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(wǎng)能量管理系統(tǒng)中的CIM模型擴展［C］//中國電機工程學會電力系統(tǒng)自動化專業(yè)委員會三屆一次會議暨學術交流會，2011.