基于混合储能实时控制的峰谷平时段微电网PCC点功率调度策略

任远，王佳伟，王越

（1.国网山西省电力公司，山西太原 030001，2.国网山西省电力公司经济技术研究院，山西太原 030001；3.中国农业大学信息与电气工程学院，北京 100083）

基于混合储能实时控制的峰谷平时段微电网PCC点功率调度策略

任远1，王佳伟2，王越3

（1.国网山西省电力公司，山西太原 030001，2.国网山西省电力公司经济技术研究院，山西太原 030001；3.中国农业大学信息与电气工程学院，北京 100083）

微电网因其自愈能力和网内储能装置的存在，使其不仅能保证在孤岛时稳定运行，同时还在并网时通过合理的调度及控制策略使微电网具备一定经济效益。以并网微电网PCC点功率的调度策略为研究对象，对微电网及控制结构进行了分析；在峰、平、谷时电价下制定了微电网与配电网交换功率，即PCC点调度策略，并考虑到预测误差的存在，基于小波包分解制定了混合储能各自跟踪调度误差的充放电指令，通过PQ控制策略实现功率实时控制。通过算例分析验证了策略的正确性与有效性。

配电网；微电网；峰谷电价；PCC交换功率；混合储能

分布式电源（distributed generation，DG）以微电网（Micro Grid，MG）的形式接入配电网，是改善系统稳定性、提高DG利用效率的一种有效手段[1]。由于MG内包含储能系统（energy storage system，ESS），让其在电价低谷时刻存储电量，在电价高峰时刻放电，实现削峰填谷的同时，使MG整体达到一定经济效益。

目前关于MG已有大量的研究，包括典型拓扑、控制结构、离/并网下的控制策略、能量管理和通信方式等方面[2-5]。而在电价机制下，通过公共连接点（point of common coupling，PCC）交换功率的调度以及下到DG控制以实现需求响应方面的研究还有待完善。针对MG并网运行下PCC点功率调度策略，文献[6]通过MG内部DG及ESS的协调，主动平抑了网内负荷波动，维持PCC点交换功率为一恒定值，即恒功率调度；文献[7]让网内间歇性电源按最大功率输出，以提高能源利用效率，ESS将承担网内负荷的波动量，当ESS受容量限制时，将由配电网通过PCC点承担网内剩余波动量，此时PCC点功率交换值无法提前进行决策；文献[8]建立某种目标函数，对网内各DG及ESS进行优化调度，同时达到对PCC点进行最优调度的目的，但MG包含双向功率原件ESS以及间歇性电源的存在，增加了优化计算的复杂性。

本文将在MG分层控制结构的基础上，基于峰、谷、平电价机制制定MG与配电网连接点PCC交换功率的调度值，该调度策略不涉及到寻优算法，简化了计算过程，易于实现，同时考虑到网内预测的误差，配置一定容量的混合储能对误差进行弥补，运用小波包分解完成功率信号在混合储能之间的分配，并通过PQ策略完成功率的实时控制。通过算例对策略及方法进行验证。

1 微电网及控制策略

如图1所示，MG通过PCC接入中低压配电网末端或中端，静止转换开关的状态决定MG的运行模式。与传统电力系统中旋转电机不同，MG中大多为逆变型电源，主要包括间歇性清洁能源，如风电、光伏及储能装置，可以是单一类型储能，也可以是某几种复合储能。MG中各支路负荷通过负荷支路开关进行投切，在孤岛运行供电不足时，可切除非重要负荷支路，保证重要负荷的稳定供电。

图1 微电网典型结构示意图Fig.1 Typical structure of microgrid

由于MG内电源都为逆变型电源，惯性较小，因此制定合理的控制策略对MG稳定、经济运行至关重要。在并网时，DG一般运行在PQ控制或MPPT控制策略下，MG参考电压及频率由大电网提供；在孤岛运行时网内各DG或采用主从控制，或采用对等控制，主从控制对通信要求较高，而对等控制更符合即插即用的分布式思想，因此具体选择哪一种策略，应视各DG容量、电气距离等因素而定。此外，MG在离/并网转换中的暂态过程中的策略也是研究的重点。本文研究重点将针对并网MG下的调度及控制策略展开。

2 微电网PCC点功率调度策略

MG与配电网通过PCC点的功率调度策略，根据峰、谷、平电价机制可分为峰时电价调度策略、平时电价调度策略、谷时电价调度策略。

在峰时电价阶段，调度原则为尽量不从配电网购电，而多余电量则通过PCC点馈给配电网，达到“削峰”的效果，具体策略如下：

1）当MG内发电有余时，优先将多余电量馈给电网。

2）当MG内发电不足时，储能优先放电满足供需平衡，不足时再由配电网馈电。

在平时电价阶段，调度原则为尽量控制PCC交换功率为零；而在谷时电价阶段，调度原则为尽量从配电网购电，而多余电量尽量充给储能，达到“填谷”的效果，具体策略如下：

1）当MG内发电有余时，优先将多余电量给储能充电，充满后再馈入配电网。

2）当MG内发电不足时，优先由配电网进行馈电。

该调度策略将基于MG内各种预测数据而制定，而预测往往存在一定误差，尤其是MG内间歇性电源。因此，此时储能系统的充放电性能以及可充放电能力将是MG在预测误差下跟踪调度指令的基础。

3 混合储能充放电功率控制策略

在混合储能系统中，由于能量型储能与功率型储能因其性能的互补特点，可将其同时进行配置以达到最佳充放电性能。能量型储能因其具有能量密度大、功率密度小的特点，可承担低频稳定功率分量；功率型储能因其具有能量密度小、功率密度大的特点，可承担高频不规则功率分量。在一些分解算法中，频域分解的小波包算法在处理非平稳信号时，可获得更多细节。

小波包分解由小波变换演变而来，其非常适合用于对非平稳突变信号的处理，而对于渐变信号，小波包更具广泛的应用价值。其同时能对信号的高、低频进行分解，有利于分析信号某些细节特征[9]。将某风功率S经3层小波包分解，如图2所示。图2中，D代表低频；A代表高频分量；DD2，DA2代表从低频中分解得到的低频与高频；同理，AD2、AA2代表从高频进一步分解得到的低频和高频。由图2可知通过不断分解形成结构上的二叉树，可将原信号映射到2n个小波包子空间中，n为分解层数，在结构上形成一个完整的二叉树。

分解算法：

图2 小波包三层分解示意图Fig.2 Schematic diagram of wavelet packet decomposition

重构算法：

式中：dj，nl、dj，2n+1l分别为小波包分解系数；hk-2l、gk-2l分别为小波包分解的低通、高通滤波器组；pl-2k、ql-2k分别为小波包重构的低通、高通滤波器组。在Matlab中运用Dmeyer小波[10]对1 d 24 h某风电功率进行6层小波分解为例，并重构6层64个频段的功率分量，并分别假定20-22、（22+1）-25、（25+1）-26为低频信号、中频信号、高频信号，分解后示例曲线如图3所示。

图3 小波包分解风功率曲线Fig.3 Wind power wavelet packet decomposition curve

由图3可知，分解的低频功率与原始功率的轮廓相似，但波动程度大幅度降低，可大致反映原始信号，将其并入电网。中、高频分解信号在0值附近上下波动，波动幅值远小于低频信号，且波动程度远大于低频信号。

在本文混合储能充放电策略中，不存在将低频功率送入电网的情况，因此可将中频信号与高频信号合并，即只分解为高、低频2种信号。

混合储能基于PQ控制输出功率指令，如图4、图5所示分别为PQ控制示意图、控制框图。图5中将Qref置0，Pref为小波包分解的功率指令。

图4 PQ控制示意图Fig.4 PQ control diagram

图5 PQ控制框图Fig.5 PQ control block diagram

4 算例分析

为简化计算，算例中将配电网除微电网以外线路及负荷等效为一个负荷，即将配电网等效为一个MG和一个等效负荷。如图6所示，为配电网某一典型日的总负荷曲线及峰、平、谷时段，定义谷时段为区间[0，7]，平时段1为区间 [7，12]，平时段2为区间[13，18]，平时段3为区间 [22，24]，峰时段1为区间[12，13]，峰时段2为区间[18，22]。

图6 峰谷平时段示意图Fig.6 Curves of peak，flat and valley periods

MG内混合储能配置：能量型10 kW/10 kW·h，功率型5 kW/0.5 kW·h。考虑预测误差在内的MG内供需不平衡功率如图7所示，为正表征供小于求，为负表征供大于求。根据峰、平、谷电价时段信息，PCC点交换功率以及混合储能充放电指令如图8所示，小波包分解后能量型储能与功率型储能各自指令如图9所示。

图7 微电网内供需不平衡功率曲线Fig.7 Unbalance power curve of MG

图8 混合储能充放电和PCC交换功率曲线曲线Fig.8 Multi-ESS charge/discharge power and PCC exchange power curve

图9 功率分解曲线Fig.9 Power decomposition curve

在图8中，PCC交换功率为正表征配电网向MG馈电，交换功率为负表征MG向配电网馈电，可知在电价高峰时期通过需求侧响应能够一定程度减少尖峰负荷；混合储能充放电功率为正表征放电，为负表征充电。

由图9可知，能量型储能承担的功率平稳，避免了频繁的充放电，有助于延长其寿命，而功率型储能承担了波动较大的分量，符合其功率密度大的特性。

5 结语

通过本文制定的MG与配电网调度策略以及混合储能控制策略，能够一定程度减少尖峰负荷，提高MG的经济性，且本文基于电价机制制定的调度策略不包含优化算法，简单、易于实现，通过小波包分解得到的混合储能充放电功率能够充分发挥各类型储能的优势，提高混合储能充放电的整体性能。

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Microgrid PCC Power Dispatch Strategy Based on Multi-ESS Control during Peak，Flat and Valley Periods

REN Yuan1，WANG Jiawei2，WANG Yue3
（1.State Grid Shanxi Electric Power Company，Taiyuan 030001，Shanxi，China；2.State Grid Shanxi Economic Research Institute，Taiyuan 030001，Shanxi，China；3.College of Information and Electrical Engineering，China Agricultural University，Beijing 100083，China）

Given the self-healing ability and energy storage，microgrid can improve stability of islanding operation，as well as increase economic returns when it is connected with the power grid.This paper studies the PCC point power dispatch strategy，and analyzes the structure and control strategy of microgrid.The paper develops the dispatch strategy of PCC point and puts forward the multi-ess charge/discharge strategy based on wavelet packet decomposition and achieved by PQ control method.Finally，a numerical example verifies the accuracy and effectiveness of the strategy.

distribution system；microgrid；TOU price；PCC exchange power；multi-ESS

2016-06-14。

任 远（1963—），男，本科，高级工程师，研究方向为电网规划。

（编辑 董小兵）

国家自然科学基金（51507177）。

Project Supported by the National Nature Science Foundation of China（51507177）.

1674-3814（2016）11-0103-04

TM727

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