中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：全球應(yīng)對(duì)氣候變化的共同行動(dòng)推動(dòng)了以可再生能源發(fā)展為主體、以交通和熱力部門電氣化為支撐的綠色電氣化浪潮。分布式能源與電動(dòng)汽車等近年來(lái)得到快速發(fā)展，進(jìn)一步助推了向能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展轉(zhuǎn)型。本文以此為背景，結(jié)合我國(guó)微電網(wǎng)發(fā)展的管理政策、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和市場(chǎng)化改革環(huán)境，從管理、技術(shù)、市場(chǎng)三個(gè)維度入手，提出與我國(guó)能源轉(zhuǎn)型變革相適應(yīng)、與能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展理念相契合的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)三維框架。并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了微電網(wǎng)兩階段魯棒優(yōu)化模型，以應(yīng)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中的不確定性，并通過(guò)案例分析驗(yàn)證了分布式發(fā)電運(yùn)營(yíng)模式、電動(dòng)汽車智能充電等對(duì)提升微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性的積極作用。
面向能源互聯(lián)網(wǎng)的微電網(wǎng)能量管理體系設(shè)計(jì)
執(zhí)筆人：洪博文
國(guó)網(wǎng)能源院新能源與統(tǒng)計(jì)研究所
1、微電網(wǎng)及其能量管理系統(tǒng)的定位
為應(yīng)對(duì)大規(guī)模分布式能源和電動(dòng)汽車接入所帶來(lái)的技術(shù)、市場(chǎng)和監(jiān)管等諸多挑戰(zhàn)，未來(lái)電力系統(tǒng)的架構(gòu)將發(fā)生根本性的變化，向“能源互聯(lián)網(wǎng)”的方向演化。微電網(wǎng)是能源互聯(lián)網(wǎng)重要的“細(xì)胞（cell）單元”，而微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)是微電網(wǎng)有效運(yùn)行及實(shí)現(xiàn)對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)支撐作用的核心環(huán)節(jié)。
如圖1所示，能源互聯(lián)網(wǎng)以智能電網(wǎng)（包括智能輸電網(wǎng)和智能配電網(wǎng)）為中心，其邊緣接入了包括虛擬電廠、工商業(yè)和居民負(fù)荷聚合體、電動(dòng)汽車聚合體及微電網(wǎng)等在內(nèi)的細(xì)胞單元，通過(guò)從輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)到細(xì)胞單元的層次化能量管理體系進(jìn)行協(xié)調(diào)和管理。在能源互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)中，微電網(wǎng)為高滲透率分布式能源和電動(dòng)汽車的接入提供了重要的解決方案，對(duì)內(nèi)協(xié)調(diào)各種特性各異的設(shè)備，對(duì)外與其他單元互動(dòng)、交易或?yàn)檎麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)提供輔助服務(wù)，支撐能源互聯(lián)網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
圖1 能源互聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)示意圖
2、微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的三維構(gòu)架
盡管微電網(wǎng)被認(rèn)為是一種技術(shù)解決方案，微電網(wǎng)發(fā)展面臨的主要問(wèn)題和挑戰(zhàn)卻不是技術(shù)問(wèn)題，而是成本和經(jīng)濟(jì)性。事實(shí)上，我國(guó)微電網(wǎng)的發(fā)展經(jīng)歷了從技術(shù)驗(yàn)證到工程應(yīng)用的發(fā)展歷程，應(yīng)用場(chǎng)景也從實(shí)驗(yàn)室到偏遠(yuǎn)山區(qū)和獨(dú)立島嶼，再到城市園區(qū)的發(fā)展歷程。盡管一些場(chǎng)景下離網(wǎng)微電網(wǎng)雖然相比并網(wǎng)方案更加經(jīng)濟(jì)和可行，但離網(wǎng)微電網(wǎng)并未獲得好的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。相反，并網(wǎng)型微電網(wǎng)由于電價(jià)原因反而具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，這也是并網(wǎng)型微電網(wǎng)近年來(lái)受到示范工程和商業(yè)應(yīng)用青睞的原因之一。因此，微電網(wǎng)在我國(guó)的發(fā)展不能簡(jiǎn)單理解為技術(shù)問(wèn)題，而是與政策和市場(chǎng)密切相關(guān)的綜合性問(wèn)題。
作為微電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式能源、負(fù)荷和通訊保護(hù)設(shè)施的管理和控制等各項(xiàng)功能的大腦，微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成為關(guān)鍵要素。從技術(shù)、管理和市場(chǎng)三個(gè)層面對(duì)微電網(wǎng)的發(fā)展環(huán)境進(jìn)行剖析，是進(jìn)行微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本出發(fā)點(diǎn)。
①技術(shù)維度：微電網(wǎng)概念的核心，也是構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)框架的基礎(chǔ)，更多的反映在能量流。微電網(wǎng)以一種更加靈活高效的組織方式控制和平衡本地的分布式能源和負(fù)荷，為用戶提供更加可靠的能源供應(yīng)，同時(shí)也更為充分的利用系統(tǒng)中的靈活性資源，對(duì)接入的配電網(wǎng)更為友好，可有效緩解分布式能源和電動(dòng)汽車等大量接入對(duì)配電網(wǎng)的技術(shù)沖擊（兩個(gè)友好：用戶友好、電網(wǎng)友好）。
②市場(chǎng)維度：體現(xiàn)微電網(wǎng)商業(yè)價(jià)值的關(guān)鍵，更多的反映在資金流，也是能源互聯(lián)網(wǎng)開放、共享、對(duì)等理念的重要內(nèi)容。與傳統(tǒng)的微電網(wǎng)認(rèn)識(shí)不同，在能源互聯(lián)網(wǎng)的理念中，微電網(wǎng)同時(shí)也成為一類分布式能源集成商，而不僅僅是技術(shù)概念。
③管理維度：體現(xiàn)微電網(wǎng)管理優(yōu)勢(shì)的重要內(nèi)容，更多的體現(xiàn)在信息流。微電網(wǎng)作為能源互聯(lián)網(wǎng)中的一個(gè)基本單元，承擔(dān)著大量分散、獨(dú)立分布式能源和靈活性負(fù)荷的管理任務(wù)，大大降低了配電網(wǎng)的調(diào)度管理難度（避免維數(shù)災(zāi)），通過(guò)微電網(wǎng)與微電網(wǎng)、微電網(wǎng)與配電網(wǎng)的通訊和分層管理，更方便有效的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體的管理目標(biāo)。
三個(gè)維度互相交織，不可分割。例如，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)技術(shù)層面的優(yōu)勢(shì)離不開能量管理系統(tǒng)對(duì)信息的跟蹤和決策?？梢哉J(rèn)為，技術(shù)層面、市場(chǎng)層面、管理層面的價(jià)值都是微電網(wǎng)能源管理系統(tǒng)不可或缺的組成部分，也是其價(jià)值所在。因此，本章我們將結(jié)合中國(guó)的技術(shù)、市場(chǎng)、政策等實(shí)際，提出對(duì)微電網(wǎng)能源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)架。
如圖2所示，該框架充分發(fā)揮和展示了微電網(wǎng)作為分布式能源、靈活負(fù)荷和電動(dòng)汽車管理者和集成商的作用，在服務(wù)用戶、融入電網(wǎng)、參與市場(chǎng)等方面具有的經(jīng)濟(jì)可靠、安全友好、靈活高效等特征。
圖2 面向能源互聯(lián)網(wǎng)的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)架構(gòu)
3、微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性分析
在所構(gòu)建的面向能源互聯(lián)網(wǎng)的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，考慮可再生能源及用電負(fù)荷的不確定性，構(gòu)建了多能微電網(wǎng)的兩階段魯棒優(yōu)化模型。對(duì)圖3所示的工業(yè)園實(shí)際微電網(wǎng)進(jìn)行仿真分析，結(jié)果如表1所示。
圖3 某工業(yè)園實(shí)際微電網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)和組成
表1 不同場(chǎng)景下的運(yùn)營(yíng)成本（單位：元）
結(jié)果表明，微電網(wǎng)余電上網(wǎng)和直售電模式（表1場(chǎng)景二）相比傳統(tǒng)模式（表1場(chǎng)景一）能顯著提升微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，電動(dòng)汽車的智能充電管理（表1場(chǎng)景三）也能進(jìn)一步提升微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性。此外，仿真結(jié)果還表明所提魯棒優(yōu)化方法以犧牲非最差場(chǎng)景經(jīng)濟(jì)性為代價(jià)，提升了微電網(wǎng)運(yùn)行方案的適應(yīng)性。
需要指出的是，由于微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)離不開通訊和信息網(wǎng)絡(luò)的支撐，未來(lái)還需要從信息物理系統(tǒng)的視角對(duì)其進(jìn)行分析。此外，隨著我國(guó)電力體制改革不斷深入，市場(chǎng)機(jī)制和政策體系日趨成熟，仍需要不斷對(duì)所提的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)構(gòu)架。
