中國儲能網(wǎng)訊：全球應(yīng)對氣候變化的共同行動推動了以可再生能源發(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。分布式能源與電動汽車等近年來得到快速發(fā)展，進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)合我國微電網(wǎng)發(fā)展的管理政策、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和市場化改革環(huán)境，從管理、技術(shù)、市場三個維度入手，提出與我國能源轉(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)對系統(tǒng)運行中的不確定性，并通過案例分析驗證了分布式發(fā)電運營模式、電動汽車智能充電等對提升微電網(wǎng)經(jīng)濟性的積極作用。
面向能源互聯(lián)網(wǎng)的微電網(wǎng)能量管理體系設(shè)計
執(zhí)筆人：洪博文
國網(wǎng)能源院新能源與統(tǒng)計研究所
1、微電網(wǎng)及其能量管理系統(tǒng)的定位
為應(yīng)對大規(guī)模分布式能源和電動汽車接入所帶來的技術(shù)、市場和監(jiān)管等諸多挑戰(zhàn)，未來電力系統(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“細胞（cell）單元”，而微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)是微電網(wǎng)有效運行及實現(xiàn)對能源互聯(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、電動汽車聚合體及微電網(wǎng)等在內(nèi)的細胞單元，通過從輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)到細胞單元的層次化能量管理體系進行協(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汽車的接入提供了重要的解決方案，對內(nèi)協(xié)調(diào)各種特性各異的設(shè)備，對外與其他單元互動、交易或為整個網(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)濟運行。
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)展面臨的主要問題和挑戰(zhàn)卻不是技術(shù)問題，而是成本和經(jīng)濟性。事實上，我國微電網(wǎng)的發(fā)展經(jīng)歷了從技術(shù)驗證到工程應(yīng)用的發(fā)展歷程，應(yīng)用場景也從實驗室到偏遠山區(qū)和獨立島嶼，再到城市園區(qū)的發(fā)展歷程。盡管一些場景下離網(wǎng)微電網(wǎng)雖然相比并網(wǎng)方案更加經(jīng)濟和可行，但離網(wǎng)微電網(wǎng)并未獲得好的經(jīng)濟回報。相反，并網(wǎng)型微電網(wǎng)由于電價原因反而具有一定的經(jīng)濟優(yōu)勢，這也是并網(wǎng)型微電網(wǎng)近年來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)在我國的發(fā)展不能簡單理解為技術(shù)問題，而是與政策和市場密切相關(guān)的綜合性問題。
作為微電網(wǎng)實現(xiàn)對分布式能源、負(fù)荷和通訊保護設(shè)施的管理和控制等各項功能的大腦，微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的設(shè)計成為關(guān)鍵要素。從技術(shù)、管理和市場三個層面對微電網(wǎng)的發(fā)展環(huán)境進行剖析，是進行微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)設(shè)計的基本出發(fā)點。
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)，同時也更為充分的利用系統(tǒng)中的靈活性資源，對接入的配電網(wǎng)更為友好，可有效緩解分布式能源和電動汽車等大量接入對配電網(wǎng)的技術(shù)沖擊（兩個友好：用戶友好、電網(wǎng)友好）。
②市場維度：體現(xiàn)微電網(wǎng)商業(yè)價值的關(guān)鍵，更多的反映在資金流，也是能源互聯(lián)網(wǎng)開放、共享、對等理念的重要內(nèi)容。與傳統(tǒng)的微電網(wǎng)認(rèn)識不同，在能源互聯(lián)網(wǎng)的理念中，微電網(wǎng)同時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)中的一個基本單元，承擔(dān)著大量分散、獨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，更方便有效的實現(xiàn)系統(tǒng)整體的管理目標(biāo)。
三個維度互相交織，不可分割。例如，實現(xiàn)微電網(wǎng)技術(shù)層面的優(yōu)勢離不開能量管理系統(tǒng)對信息的跟蹤和決策?？梢哉J(rèn)為，技術(shù)層面、市場層面、管理層面的價值都是微電網(wǎng)能源管理系統(tǒng)不可或缺的組成部分，也是其價值所在。因此，本章我們將結(jié)合中國的技術(shù)、市場、政策等實際，提出對微電網(wǎng)能源管理系統(tǒng)的設(shè)計構(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)、參與市場等方面具有的經(jīng)濟可靠、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。對圖3所示的工業(yè)園實際微電網(wǎng)進行仿真分析，結(jié)果如表1所示。
圖3 某工業(yè)園實際微電網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)和組成
表1 不同場景下的運營成本（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場景二）相比傳統(tǒng)模式（表1場景一）能顯著提升微電網(wǎng)的經(jīng)濟效益，電動汽車的智能充電管理（表1場景三）也能進一步提升微電網(wǎng)的經(jīng)濟性。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景經(jīng)濟性為代價，提升了微電網(wǎng)運行方案的適應(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，未來還需要從信息物理系統(tǒng)的視角對其進行分析。此外，隨著我國電力體制改革不斷深入，市場機制和政策體系日趨成熟，仍需要不斷對所提的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)構(gòu)架。
