中國儲能網(wǎng)訊：大家好，很多專家對光伏和微電網(wǎng)在宏觀方面做了很多的解釋，我主要就光伏微電網(wǎng)以及能源互聯(lián)網(wǎng)對于我們清華這邊課題組做的一些研究向大家匯報一下。
光伏發(fā)電現(xiàn)在近幾年的發(fā)展來看都是屬于一個快速持續(xù)的發(fā)展過程，在全球的范圍來看，2015年的時候裝機(jī)容量能夠達(dá)到200GW的裝機(jī)容量，我國2015年預(yù)計能夠35000千瓦的容量，我國占到全球的18%左右。光伏電網(wǎng)系統(tǒng)，隨著光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的容量越來越大，對電力系統(tǒng)的很多方面都有影響一是功角穩(wěn)定，有功頻率特性，電壓穩(wěn)定、電能質(zhì)量小擾動穩(wěn)定等等。
加入電力系統(tǒng)以后，對這個潮流會發(fā)生改變，所以系統(tǒng)的功角穩(wěn)定也會發(fā)生變化。對于我們來講，如果我們按照很詳細(xì)的光伏單元，來進(jìn)行建模，研究對電力系統(tǒng)的影響也是可行的，但是因為大型光伏電站有數(shù)量眾多的電器等等，所以我們有必要建大設(shè)型光伏電站的模型，主要進(jìn)行了兩部分的研究內(nèi)容，第一部分是靜態(tài)特性建模，第二部分是光伏電站動態(tài)特性建模。
在靜態(tài)特性模型方面主要是考慮在局部陰影下面，光伏陣列的輸出特性，這個主要是從兩方面進(jìn)行研究的，第一是考慮如果我們光伏陣列受到一個靜態(tài)局部陰影影響，輸出特性是什么樣子的？考慮這個云層或者是建筑物的遮擋，這個陰影屬于動態(tài)的話，這個光伏陣列輸出特性又會變成什么樣子的。這個大型光伏電站的動態(tài)模型，主要是從三個方面來進(jìn)行研究，第一是單元式的光伏系統(tǒng)的等值模型研究，第三是逆變器聚類等值，第三是在前兩個基礎(chǔ)上，進(jìn)行整個光伏電站的在線分群方法。在不含低電壓穿越的光伏電站的基礎(chǔ)上，我們做一部分含低聚電壓穿越的光伏電站模型。
對于光伏電站的靜態(tài)特性模型，在光照非均勻的情況下，伏安特性成階梯狀，P-U特性屬于多峰值，隨著光照的復(fù)雜程度，越復(fù)雜峰值的數(shù)目會增加，在第二個部分內(nèi)容動態(tài)局部陰影下光伏陣列輸出特性研究方面，分兩步，第一部分是動態(tài)陰影數(shù)學(xué)描述下面研究光伏陣列的P-U特性的規(guī)律，在得出P-U特性規(guī)律的基礎(chǔ)上，第二步進(jìn)行光伏陣列輸入輸出模型的參數(shù)，最終得到光伏陣列的輸出輸入模型。
我們從電網(wǎng)的角度來看，可能對于比較關(guān)心的在PCC處有一個外特性，我們進(jìn)行建模的目標(biāo)需要擬合公共聯(lián)合處的動態(tài)特性，我們核心建模的思想就是根據(jù)光伏機(jī)組有相近程度來分群，關(guān)鍵問題就是如何選取分群指標(biāo)，選去分群指標(biāo)的時候滿足兩個條件，第一是準(zhǔn)確反映動態(tài)特性，第二是在線計算量小。通過研究發(fā)現(xiàn)逆變器的動態(tài)特性很大程度上決定了光伏機(jī)組的動態(tài)特性，逆變器的控制方式和控制參數(shù)決定了逆變器的動態(tài)特性。我們建模的思路就是以逆變器的控制參數(shù)作為特征距離作為分權(quán)的指標(biāo)進(jìn)行在線的分群等值建模。
這個是我們進(jìn)行在線分群等值建模的步驟，第一是首先根據(jù)典型工況計算出一個參數(shù)靈敏度的數(shù)據(jù)庫，第二步就是根據(jù)光伏機(jī)組出力在線匹配離線靈敏度的數(shù)據(jù)庫，得到逆變器的特征距離，經(jīng)過設(shè)置合適的指標(biāo)閾值，在線進(jìn)行一個分群的等值建模，得到這個分群的群數(shù)以后，我們進(jìn)行一個對于等值參數(shù)的計算，最后通過允許的誤差以及其他的條件進(jìn)行一個在線模型的校核。不含低電壓穿越的分群等值建模的基礎(chǔ)上，我們想進(jìn)行下一步的研究，思想是一致的，但是在故障穿越的時候所加的故障穿越模型起主要作用可需要根據(jù)電壓的跌落程度分類討論，而且考慮控制方式的多樣性等等。
這個是不考慮低壓穿越時候所做的一個項目當(dāng)中的必要性和有效性的驗證，任何一個工礦出力均勻、出力不均勻、出力分布不均勻負(fù)載改變的情況下，都是非常有效的等值方式。
下面我對微電網(wǎng)做一些介紹，剛才吳博士已經(jīng)介紹的很詳細(xì)了，我就我們做的一些研究給大家做一個匯報。微電網(wǎng)在很多方面都很有效果，比如說在提高電網(wǎng)對分布式新能源的接納能力，解決電網(wǎng)抗災(zāi)能力以及解決偏遠(yuǎn)地方的供電能力都有效果，對于微電網(wǎng)的定義，每個國家都有不同的側(cè)重點，對于我國來講，微電網(wǎng)的定義主要是分布式電源、儲能和負(fù)荷構(gòu)成的可控功能系統(tǒng)可平滑接入主網(wǎng)和獨立自治運(yùn)行是發(fā)揮分布式電源能效的有效方式之一。
微電網(wǎng)的主要特征一是以分布式發(fā)電技術(shù)為基礎(chǔ)，融合儲能、控制和保護(hù)裝置的一體化電源。二是靠近用戶終端負(fù)荷。三是接入電壓等級是配電網(wǎng)電壓等級。四是能夠工作在并網(wǎng)或孤島兩種模式。
微電網(wǎng)的研究內(nèi)容一是分布式電源運(yùn)行特性、模型構(gòu)建研究；二是微網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計研究；三是微網(wǎng)多分布式電源協(xié)調(diào)運(yùn)行研究；四是微網(wǎng)分層協(xié)調(diào)控制策略研究；五是微網(wǎng)多元負(fù)荷儲能技術(shù)研究；六是微網(wǎng)的電能質(zhì)量控制與治理的研究；七是微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行理論與能量管理研究。
下面我著重介紹一下前期所做的微網(wǎng)三層協(xié)調(diào)控制策略研究的成果。這是我們所做的微電網(wǎng)分層協(xié)調(diào)控制的架構(gòu)模型，主要分層三層一個是本地的控制層，也是最底層的控制層，主要是負(fù)責(zé)負(fù)荷實時運(yùn)行于控制，響應(yīng)速度快，調(diào)節(jié)周期非常短。第二個層次是微網(wǎng)運(yùn)行層，負(fù)責(zé)電壓、頻率及聯(lián)絡(luò)線功率的無差控制，較本地控制層調(diào)節(jié)周期長，該層還包括負(fù)荷控制和孤島檢測。最高層控制是分析決策層，負(fù)責(zé)微電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行，調(diào)節(jié)周期是最長的一個。
從前面微電網(wǎng)分層協(xié)調(diào)控制架構(gòu)上面可以實施的具體的控制內(nèi)容主要有下面幾大內(nèi)容。第一是最底層的本地控制層，包括微電源控制、負(fù)荷控制、并網(wǎng)開關(guān)控制以及信息交互。微網(wǎng)運(yùn)行層是運(yùn)行模式控制、二次控制還有信息交互，最高層次的決策層所能實現(xiàn)的功能主要是機(jī)組組合、發(fā)電計劃機(jī)交換計劃、能量管理、信息交互，這個信息交互和下面的一層所包含的信息交互。在該種控制方案下，微網(wǎng)由并網(wǎng)切換到孤島運(yùn)行模式的過程中能夠滿足電壓、頻率的要求，并且在計劃孤島時可以實現(xiàn)電壓及頻率的平滑切換。
下面我們對優(yōu)化調(diào)度方面所做的案例，在能量管理方面，如果有不同的優(yōu)化目標(biāo)將會產(chǎn)生不同的運(yùn)行方式，特別是各種分布式電源的出力將會發(fā)生一些改變。目前對于交流微電網(wǎng)的研究比較奪得，但是近幾年來對于直流微電網(wǎng)的研究也是在逐步升溫過程當(dāng)中，直流微電網(wǎng)的研究可能要歸結(jié)于三個原因：第一個就是我直流微電網(wǎng)可以在接入分布式電源的時候有一個省略了交流微電網(wǎng)逆變的過程，這個對于節(jié)約投資是非常有效的；第二就是直流的家用電器的比例越來越高，對于直流微電網(wǎng)，對于用戶的節(jié)能也是一個很有效的方式；第三就是直流微電網(wǎng)線路投資以及線路的使用效率來講，轉(zhuǎn)化效率是非常高的。
因此我們這個直流微電網(wǎng)的特點可以歸結(jié)為以下幾個，第一就是直流微電網(wǎng)更有利與分布式電源接入，二直流配四網(wǎng)能更有效的利用分布式電源，三是直流配網(wǎng)對直流負(fù)荷供電更方便。末有更大的供電容量，直流配網(wǎng)有更好的電能傳輸效率，直流配網(wǎng)有更好的經(jīng)濟(jì)型。直流配網(wǎng)能保證高可靠性，直流配網(wǎng)能保證高品質(zhì)供電，也符合人們對綠色環(huán)保的要求。
在直流微電網(wǎng)的研究過程當(dāng)中可能存在這以下幾個方面的關(guān)鍵技術(shù)，第一就是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計與優(yōu)化，第二是直流微電網(wǎng)的電壓等級的選擇以及優(yōu)化，第三是電能的變換以及控制，第四是系統(tǒng)的保護(hù)可靠設(shè)備等等。
我們目前對于直流微電網(wǎng)的研究有四個方面的研究，第一就是直流微電網(wǎng)構(gòu)建的分析，在優(yōu)化調(diào)度方面主要進(jìn)行第一個要實現(xiàn)的目標(biāo)就是網(wǎng)絡(luò)損耗率達(dá)到最低，第二是可再生能源的利用率達(dá)到最高，它所需要的約束包括功率平衡，線路容量的約束，以及爬坡率的約束其他要求的數(shù)據(jù)是負(fù)荷預(yù)測可再生能源預(yù)測等等，最后就是得到一個微電網(wǎng)組件調(diào)度方案。在直流微電網(wǎng)分層控制方面，我們也是像交流微電網(wǎng)一樣提出三條控制策略，最后在前面所架構(gòu)的直流微電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，對于系統(tǒng)小干擾的穩(wěn)定，以及大擾動動態(tài)分析進(jìn)行了動態(tài)仿真，作為穩(wěn)定性校驗的研究。
對于微電網(wǎng)來講，從幾個方面來說他的發(fā)展方向，第一就是包容性。對內(nèi)來講必須要有效的接納分布式電源，對外要與大電網(wǎng)向兼容并提供輔助增值服務(wù)在技術(shù)上要包容發(fā)配用多方面先進(jìn)電力技術(shù)。第二方面就是靈活性，主要包括微電網(wǎng)的可控性，需要靈活調(diào)度，以及作為大電網(wǎng)的備用電源。第二就是運(yùn)行模式切換靈活，對于并網(wǎng)或者孤島運(yùn)行的時候能夠很平滑的切換，三是實現(xiàn)偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電，也是屬于微電網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)之一。第三方面就是定制性，通過對負(fù)荷分級，提供分級供電，然后針對于不同用戶提供所需的可靠性水平和電能質(zhì)量。第四方面經(jīng)濟(jì)性，我對于微電網(wǎng)所涉及到的利益體，比如說內(nèi)部用戶的利益必須要保證，還有是微電網(wǎng)發(fā)電上的保證，還得保證整個電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)利益。第五方面自治性要強(qiáng)調(diào)微電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)功率平衡和電壓頻率的穩(wěn)定，第二是故障前兆及時預(yù)警，降低故障概率，對以發(fā)生故障自動采取措施進(jìn)行控制和糾正。以上就是對于微電網(wǎng)的簡單介紹。
第三部分是對于能源互聯(lián)網(wǎng)的介紹。里夫金提出的概念是以可再生分布式能源和互聯(lián)網(wǎng)為核心，實現(xiàn)分布式能源發(fā)電和電動汽車的廣泛接入和人人參與的公平交易。從技術(shù)層面來講，更易于理解的是下面能源互聯(lián)網(wǎng)的概念，綜合運(yùn)用先進(jìn)的電力電子技術(shù)，信息技術(shù)和智能管理技術(shù)將大量由分布式能量采集裝置，分布式能量儲存裝置和各種類型負(fù)載構(gòu)成的新型電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點互聯(lián)起來，及實現(xiàn)能量雙向流動的能量對等交換與共享網(wǎng)絡(luò)。
我覺得對于能源互聯(lián)網(wǎng)的眾多參與者來講，比如說對于政府來講，他作為一個新型的能源體系，能夠更好的兼容原有的供應(yīng)鏈系統(tǒng)，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)可再生裝置能源的接入，滿足不同用戶的不同需求，對于能源互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)營者來講是一個很開放的交易平臺，對于能源互聯(lián)網(wǎng)的用戶來講，可以滿足自己不同的用人需求。
因此能源互聯(lián)網(wǎng)主要有五大特征，第一就是可再生，第二是分布式，第三是互聯(lián)性，還有開放型以及智能化。在技術(shù)方面主要有下面四個方面的技術(shù)特征，第一就是可再生能源的高滲透率，第二是因為加入了很多分布式發(fā)電以及需求響應(yīng)等等元素的大量加入，對于能源互聯(lián)網(wǎng)來講就是非常大的非線性的系統(tǒng)，就會具有非線性隨機(jī)特性。第三是多源大數(shù)據(jù)特性，這個也是因為參與者眾多，而且涉及到的人員種類也很多，對于多尺度的海量數(shù)據(jù)都會進(jìn)入到能源互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中來，會呈現(xiàn)多元大數(shù)據(jù)的特性。最后就是因為在儲存能量和信息的融合的狀態(tài)，在多空間和多尺度上都有關(guān)聯(lián)，可能會成為一個更開放和更復(fù)雜的系統(tǒng)，會呈現(xiàn)出多尺度的動態(tài)特顯。
能源互聯(lián)網(wǎng)體現(xiàn)的價值主張主要是從迂回經(jīng)濟(jì)向直接經(jīng)濟(jì)回歸，互聯(lián)網(wǎng)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)活動的工序雙方實現(xiàn)信息透明、數(shù)據(jù)共享，提高了資源配置的效率，降低了交易成本。第二是從人們的需求來講從有限滿足人的選擇向持續(xù)鎖定人的需求轉(zhuǎn)變。基于大數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)用或需求，實現(xiàn)從原有的單一次服務(wù)向持續(xù)滿足并激發(fā)新需求轉(zhuǎn)變，大幅度提高滿足用戶需求的程度。
能源互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)能源網(wǎng)的區(qū)別從以下幾個方面體現(xiàn)。第一是多能源，傳統(tǒng)能源網(wǎng)是電、熱、冷能源網(wǎng)絡(luò)是獨立運(yùn)行，能源互聯(lián)網(wǎng)是多種能源協(xié)同互聯(lián)。需求側(cè)來講，是剛性負(fù)荷，用戶是能源接受者在能源互聯(lián)網(wǎng)的情況下，我們的負(fù)荷變成了一個彈性負(fù)荷，分布式能源可以自由接入，用戶也可以變成一個能源的生產(chǎn)者。在電網(wǎng)方面以前傳統(tǒng)的能源網(wǎng)就是以交流電網(wǎng)為主，現(xiàn)在的能源互聯(lián)網(wǎng)是交直流柔性電網(wǎng)，廣泛采用能量路由器實現(xiàn)互聯(lián)。
在負(fù)荷平衡方面，傳統(tǒng)的能源網(wǎng)是實時平衡，能源互聯(lián)網(wǎng)的情況下，通過多種儲能技術(shù)實現(xiàn)能量的時空轉(zhuǎn)移，包括實現(xiàn)可調(diào)控的容量以及需求響應(yīng)等等，在熱電廠當(dāng)中我們可以根據(jù)相變儲能可能會實現(xiàn)供熱和供電的聯(lián)合存儲以及高效利用。在運(yùn)營模式方面也是比較大的改變，傳統(tǒng)能源互聯(lián)網(wǎng)是供電公司只是售電，供熱公司只是收供暖費，相當(dāng)于很獨立的運(yùn)營方式，但是在能源互聯(lián)網(wǎng)的情況下，區(qū)域能源供應(yīng)上有可能對多種能源進(jìn)行售賣。在信息交互方面?zhèn)鹘y(tǒng)的能源網(wǎng)信息量較少，決策比較簡單，在能源互聯(lián)網(wǎng)采用大數(shù)據(jù)及云計算的技術(shù)來滿足能源互聯(lián)網(wǎng)的需求。
基于能源互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)能源網(wǎng)的去，目前對能源互聯(lián)網(wǎng)的研究有幾個內(nèi)容，第一是能量的控制與協(xié)調(diào)運(yùn)行。主要就是冷熱電多源于協(xié)調(diào)控制及儲能的充放電控制實現(xiàn)工序平衡，通過價格實現(xiàn)的多能源需求側(cè)響應(yīng)，提高終端能源使用效率。第二是交直流、需求側(cè)管理等多先進(jìn)智能技術(shù)的引入。第三是信息流、電力流、能源六等多流協(xié)同，通過高帶寬光線，實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)采集和通信。第四是能量交易，構(gòu)建能源運(yùn)營新模式，實現(xiàn)冷熱電發(fā)配售的新的運(yùn)營體系。 （演講人：魏玲 清華大學(xué)機(jī)電系）
