微电网分布式能量管理调度策略

张丽杰

（宁夏理工学院继续教育学院，宁夏 石嘴山 753000）

微电网系统的核心组件是分布式电源（Distributed Power，DG），DG 具有能耗低、效率高、环保好等优势。微电网充分利用DG 的优点，实现系统灵活、多变的“即插即用”功能，为改善传统电网规划有限、灵活性差等问题提供了实现路径。根据电网系统中组件通信方式的不同，电网的控制调度分为集中式和分布式两种。在集中式控制电网系统中，分布式电源的协调、管理等功能主要由中央控制器实现，系统对通信网络和中央控制器的要求都很高。由于系统中各类控制设备间的通信受到较多干扰因素的影响，导致系统的可靠性较低。基于电网系统的通行间歇问题，电网系统逐步从集中式向分布式控制方式转变，分布式结构的微电网能量调度尤为重要。基于微电网结构优势和“即插即用”功能，在微电网构建过程中应当采取有效的分布式能量管理调度手段，实现整个微电网的有效调度，解决微电网的调度问题，使微电网在分布式能量管理调度方面能够达到预期目标。文中针对微电网能量管理系统控制方式中存在的局限性，对能量管理调度和控制器系统进行了设计和优化，并选择了有效的控制方法，构建了合理的微电网分布式能量管理调度策略。

1 微电网分布式能量管理系统构建

1.1 能量管理基本结构

从目前微电网的能量管理来看，微电网的能量管理结构与普通的电网管理结构不同，微电网的能量管理基本系统构建采取了分布式结构，系统主要包含储能系统、负荷预测、可再生能源出力预测、电价信息需求、侧响应、分布式电源以及大电网、微电网分布式能量管理结构。通过对能量管理结构的明确和细化，分布式能量结构成为主要的结构形式，对整个微电网的运行产生重要影响，能够降低微电网的运行效果，使微电网的运行能够达到高效化目标，为整个微电网的运行提供有力支持。

1.2 调度系统功能

从分布式结构的管理功能来看，在管理功能设定过程中，实现对微电网系统发电与负荷功率的预测，为储能设备建立合理的充放电管理策略，需为系统内部每个分布式能量控制器提供功率和电压设定点，满足微网系统中的热负荷和电负荷需求，最大限度的提高微电源的运行效率，该微电网分布式能量管理调度系统分为3 层，结构如图1 所示。第一层的功能是实现微电网分布式电源或储能设备与主网能量的交互；第二层的功能是实现微电网中心控制器对各类储能组件的监控和协调，主要处理保护层节点信息和运算层的信息；第三层是由微网能量服务层来实现对基层目标控制值的通信和协调功能，主要接受来自基层邻节点的数据，通过保护层和基层控制器的运算，分别输出电压、频率至运算层。协调的过程是全局优化的过程，主要是改善微电源对系统负荷的变化和输出电压的响应，保证微电网稳定运行。

图1 微电网分布式能量管理调度系统

2 分布式微电网能量管理调度策略

2.1 控制方法选择

基于对微电网分布式能量管理调度的了解，在调度控制中，控制方法的选择至关重要。在目前微电网分布式能量管理调度过程中，控制方法主要包括三种，PQ 控制，V/F 控制和下垂控制。在控制方法的选择中，应当按照分布式能量管理调度的实际需求和分布式能量管理调度的特点予以选择，使所选择的控制方法能够在控制过程中达到控制目标，能够按照微电网的运行需要和微电网的运行特点予以选择，使整个微电网分布式能量管理调度策略在实施中得到控制方法的有力支持。PQ 控制是逆变器输出的有功功率P 和无功功率Q。VF 控制即恒压横屏控制，通过控制电压和频率参数，使逆变器输出电压负值V和频率F 保持恒定。下垂控制，通过控制有功频率与无功电压之间的下垂特性曲线进行系统电压和频率调节的方式。根据文中微电网分布式能量管理调度系统特点，选择PQ 控制法作为主要的控制方法。选择合适的控制方法，对分布式能量管理调度具有重要影响。

2.2 控制器设计

基于微电网分布式能量管理调度的实际需求，在控制器结构上需进行必要的优化。在结构设计中以大电网为主网，设置保护层和基层两级控制器的方式，实现并网和离网控制，控制器结构如图2 所示。保护层控制器的作用是当系统受到扰动后，通过通信网络使微电网频率和电压恢复常态，保障了电力系统全局的稳定性。发挥基层控制器的功能，根据电网的需要来合理调整下垂特性中有功功率P 和无功功率Q 参数，实现电力系统中微电网分布式能量管理调度目标。

图2 控制器结构图

2.3 控制效果分析

分布式能量调度策略针对系统中的燃气轮机功率45kW、风电功率5kW、光伏发电功率5kW 及储能功率为20kW 的数据进行测试。当系统正常运行时，各负荷的功率P 按照标准的参数值，储能单元和各同步发电机以经济最优的方式运行，得到最优成本增率为$5.174/MWh。微电网在优化后的条件下运行，负荷需求与输出功率差额的初值按照标准值的20%设定，其差额值收敛近似为0，微电网输出的总功率达到了总负荷的需求值，储能单元和各同步发电机的输出功率分别为P1=66.14MW，P2=43.65MW，P3=38.99MW，P4=52.93MW， 实现了系统的能量优化管理。通过对多因素约束下的负荷变化预测结果的分析，在考虑经济目标和环境目标最优情况下,储能实时补偿功率较为稳定；按照能量调度指令进行改变求得系统平均电压,对参考电压进行修正,实现了微电网系统有功功率的精确控制。

3 结语

通过多层级的结构优化与两级控制器设计,改善了集中式控制方式的不足，实现了微电网分布式能源管理系统的可靠、高效运行。调度策略提高了系统分布式资源的协调运行，能量管理实现了系统功率的精确控制,提高了微电网的运行效果，也为微电网结构优化和调度评价提供了路径参考。