微电网能量管理优化技术研究

天津平高易电科技有限公司 房凯龙 杨 霞

1 引言

微电网在应用过程中是依托公共连接点（PCC）来实现与对应的大电网进行连接的，而当相关电网彼此进行连接，则微电网将处于并网运行的情况之下，其范围之内的负荷一方面可以依托新能源发电来进行全面满足，另一方面也可以通过大电网进行电能的获取，从而对负荷情况进行满足[1]。

2 微电网的基本结构

如果在实际应用过程中，微电网自身的电能存在一定富余的时候，其也可以将自身剩余的电力通过与大电网之间的连接，来进行出售，从而实现新能源发电的经济价值。而当相关电网之间彼此断开的情况下，则对应的微电网将会处于孤岛运行的状态之下，所产生的电量也只会用于对覆盖范围内部的负荷进行使用。

在类型划分方面，微电网可以分为直流微电网、交流微电网和交直流混合微电网三种类型，交流与直流微电网在整体结构与具体的工作模式方面存在不通电，直流微电网汇集母线是直流电压，在运行过程中一般不需要对系统各分布式电源的频率同步状况进行考量，在应用过程中能够有效地保证各发电单元之间的彼此协同。微电网内部的负荷以交流为主，在面对这种情况的时候，需要采取逆变器来实现转换并网。而交流微电网的汇流母线是交流母线，分布式电源、储能装置、负荷等电网之中的要素需要依托换流器来实现与母线之间的有效连接[2]。

从实际情况来看，现阶段交直流混合微电网是未来的主要发展方向，这种微电网模式同时具有两种微电网模式的优势，能够更好地对能源进行利用，从而可以实现对微电网运行成本的有效节约。随着当前我国能源形势的紧张，当前的微电网结构也越来越复杂，其电能来源往往包括可控微源、不可控微源、储能装置等多重要素，其中可控微源包括微型燃气轮机、燃料电池等，这些能量来源的主要特征就是可以人为进行对其发电功率的调节。微电网结构如图1所示。

图1 微电网结构

3 微电网能量管理优化的目标及技术

3.1 微电网能量管理优化的目标

微电网的能量管理需要实现。

一是保证微电网系统运行的经济性。在实际运行过程中，如果微电网与大电网处于并网状态，则微电网可以依托PCC 来与大电网进行对应的能量交换过程，基于此，微电网的运行成本评估相对较为复杂，成本主要包括微电网向大电网购售电的经济成本、新能源发电的管理成本、发电的燃料成本、电网的管理成本和装置的维护成本等多个组成部分。

在进行运行管理的过程中，相关的能量管理优化工作需要确保微电网在一个调度周期内（24h）的整体成本最低，同时要保证在对应时间段内微电网从大电网购电成本的最低，以及在对应时间段之内，向大电网售电收入的最高，在这些条件均得到充分满足之后，则微电网的整体运行经济效益最大[3]。而为了实现这些目标，在进行调度周期内运行成本控制的时候，需要对可控微源的运行个数和运行时间进行尽可能减少，从而可以节约燃料费用和设备维护费用，而对于不可控微源，则需要尽可能延长其应用时间。

在进行时间段内购电成本控制的时候，则需要基于大电网的购电价格、两个电网之间的交互功率进行把握，从而确保其购电成本的相对最低。在向大电网售电的过程中，也需要对售电电价、电网之间的交互功率进行把握，最终保证售电收入的最大化。

二是保证微电网污染气体处理成本的最低。在微电网能量管理优化过程中，对污染成本进行控制也是相关工作之中比较重要的问题，微电网之中可控微源是以化石燃料作为基础进行供电的，在这种情况下将会不可避免地产生污染，同时从大电网进行电力的采购时，由于大电网所采取的往往是传统的化石燃料发电，因此也会产生污染成本。不过微电网之中的太阳能和风力发电系统，在使用的时候则不会产生污染问题。针对这种现象，在进行污染成本控制的时候，需要根据所产生污染物类型、微电网与大电网交互的排放、可控微源的电源类型等进行能量的管理与优化，在这种方式之下，充分地平衡从大电网购电产生的污染成本与可控微源发电产生的污染成本，最终将能够促进微电网的生态效益的最大化。

三是对综合效益成本的有效把控。这一阶段的控制就是需要寻求微电网运行成本与污染费用成本之间的平衡，保证其综合成本的最低，其具体的影响因素主要包含微电网系统运行的经济成本和污染成本两个方面。

3.2 微电网运行的约束条件分析

为了确保微电网在运行过程中的安全性、稳定性和经济性，在实际工作之中还需要对各类约束条件进行考量，而相关的约束条件主要包括功率平衡约束、可控微源处理约束、联络线功率约束、蓄电池功率约束等。

功率平衡约束所指的是微电网在运行过程中，需满足电网的功率需求，只有在这一条件得到满足的情况下，微电网才具有较强的实际意义。

联络线路功率约束则是指微电网与大电网之间交互过程中，相关线路的功率值，这一因素会直接影响到从大电网进行购电的成本和向大电网售电的收入。蓄电池功率约束则是指微电网之中蓄电池的充电功率和放电功率，其变化状况也会影响到微电网的实际运行成本。当在进行微电网能量管理的过程中，相关单位和人员需要对这些约束条件进行考量，并分析对应约束条件的具体影响因素，从而制定与实际情况相符的能量管理策略。微电网运行约束条件的影响因素详见表1。

表1 微电网运行约束条件的影响因素

3.3 微电网能量管理优化技术

在明确微电网的能量管理控制目标之后，相关单位和人员可以针对性地进行相关控制方案的优化，从而实现最佳的微电网能量管理和控制目标。实践过程中可以首先从不同的发电单元和储能单元入手进行控制，具体实施策略如下。

一是太阳能发电单元控制。微电网之中太阳能发电单元通常采取电压闭环模式切换，其主要控制模式包括MPPT 和LPTC 两种，在自由模式下，相关的控制依据可以采取对光照强度的把握，分析相应的光照强度之下太阳能发电的最大功率点电压，在此前提下进行调节。在切换至调度模式之后，相关的工作之中可以通过LPTC 算法来得到对应的电压参考值，并将其与太阳能发电单元的实际输出电压进行比较后，进行电路的控制，在这种方法之下即可实现对光伏输出功率的有效控制，保证这一单元功率的最优化。

二是风力发电单元的控制。风力发电单元在控制过程中可以通过将变换器接入到交流母线之中，在处于自由模式的状态下，通过对设备运行过程中所面对的风速进行把握，并通过相应的调节措施，来确保对应设备运行功率的最优化，从而提升电网运行的经济性。

三是对储能单元的控制。储能单元是微电网之中的重要组成部分，相关人员在控制的过程中可以采取处于并网模式下，以恒流充电的方式来进行对蓄电池的充电，同时采用针对蓄电池的参考充放电电流值进行跟踪控制的方式，来达到对蓄电池整体充放电过程的控制效果。

从污染成本的角度来看，通过充分地应用不会产生污染成本的太阳能发电和风力发电单元的方式，将能够比较有效地降低污染成本。同时针对两种不可控微源继续拧控制的时候，通过其运行在最大功率点跟踪模式以及对新能源发电和微电网内的负荷进行预测，即可了解到不可控微源的净负荷值，如果当净负荷值＞0，则说明现阶段微电网内的新能源负荷无法充分地满足电网内负荷需求，需要从大电网进行购电，而如果净负荷值＜0，则提示不可控微源的发电量能够充分满足电网内的负荷需求。当需要其与大电网进行交互的时候，则可以通过分时电价机制来进行微电网的能量调度工作，该过程中优先让维护费用最小的储能电池发挥其作用，来实现对能量需求的平衡以及降低电能成本。

大电网按照用电水平的差异，一般可以将全天的用电情况分为峰、平、谷三个时段，三个时段之中电能售价是存在差异的，因此可以在每个时段之中，对现阶段新能源发电状况和用电负荷状况进行监测评估，根据时刻的负荷用电量，可控微源和储能电池的发电成本以及大电网的电能售价来实现对能量的调度工作。相关调度过程中需要在峰时多售电，平谷时多购电的原则来进行控制。平谷时购电策略如图2所示。

图2 平谷时购电策略

在谷时段，相关的微电网之中不可控微源无法满足用户需求，且由于这个阶段之中大电网的电价相对较低，因此可以优先采取蓄电池进行供电的方式满足用户需求。

在平时段，电价相对较低，蓄电池则可以优先进行充电，如果充电功率和电网内的净负荷之和没有达到不可控微源工作时候的最大功率，则可以优先采取可控微源进行发电，如果发电量超过需求，则向大电网出售电能。

峰时段则优先进行已经完成蓄电的电池的使用，如果负荷需求过大，则按照最大功率进行放电，此后以可控微源发电，如果这一情况下能够充分地满足需求，则可以向大电网进行剩余电量的出售。

4 结语

在进行微电网方案应用的过程中，相关单位和人员需要全面地分析微电网的具体特征，并选择合理的电网管理优化调度技术和策略，促进其经济效益和生态效益的全面提升。