南京磐能電力科技股份有限公司的研究人員萬(wàn)玉建、蔣成杰、陸華軍，在2015年第11期《電氣技術(shù)》雜志上撰文，針對(duì)微電網(wǎng)運(yùn)行模式切換時(shí)電網(wǎng)負(fù)荷與微電源輸出功率之間的平衡問(wèn)題，本文提出一種微電網(wǎng)并轉(zhuǎn)孤模式切換時(shí)功率平衡計(jì)算方法。

該方法通過(guò)通用的計(jì)算模型能夠準(zhǔn)確地計(jì)算出所有可能的投切方案，并從中篩選出最佳的電源和負(fù)荷投切方案。目前，該方法已經(jīng)在某島嶼微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中應(yīng)用，能夠在模式切換時(shí)使系統(tǒng)由并網(wǎng)運(yùn)行平滑過(guò)渡到孤網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，且運(yùn)行效果良好。

微電網(wǎng)是指在一定區(qū)域內(nèi)利用可控的分布式電源，根據(jù)用戶(hù)需求提供電能的小型系統(tǒng)[1]。它是利用可再生能源實(shí)現(xiàn)大規(guī)模接入分布式電源的有效途徑之一[2-3]。在微電網(wǎng)模式切換等暫態(tài)情況下，為了滿(mǎn)足微電網(wǎng)電壓和頻率等電氣參數(shù)穩(wěn)定和系統(tǒng)運(yùn)行模式平滑過(guò)渡，必須迅速調(diào)節(jié)分布式電源和儲(chǔ)能裝置的輸出功率[4]。

目前很多學(xué)者對(duì)微電網(wǎng)功率平衡控制策略進(jìn)行了研究，文獻(xiàn)[2]以直流母線(xiàn)作為功率平衡控制的核心，在直流母線(xiàn)上通過(guò)儲(chǔ)能裝置輸出或吸收功率以補(bǔ)償功率缺額，在交流母線(xiàn)上調(diào)整逆變控制策略以滿(mǎn)足電壓和頻率的穩(wěn)定性要求;文獻(xiàn)[5]根據(jù)微電網(wǎng)運(yùn)行模式、微電源和儲(chǔ)能系統(tǒng)各自特點(diǎn)，提出了基于混合儲(chǔ)能的微電網(wǎng)功率控制策略;文獻(xiàn)[6]研究了在交流母線(xiàn)上多電源聯(lián)合運(yùn)行的功率平衡控制策略，通過(guò)調(diào)節(jié)有功、無(wú)功實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓和頻率的下垂控制;文獻(xiàn)[7]提出一種通用的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)綜合控制策略。

這些微電網(wǎng)功率平衡控制策略主要是針對(duì)改進(jìn)微電網(wǎng)拓?fù)浼捌淇刂撇呗?，或者改進(jìn)分布電源系統(tǒng)控制裝置而設(shè)計(jì)。本文主要針對(duì)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)中對(duì)微網(wǎng)運(yùn)行模式切換時(shí)電網(wǎng)負(fù)荷與微電源輸出功率之間的平衡問(wèn)題，提出一種微電網(wǎng)并轉(zhuǎn)孤模式切換時(shí)功率平衡計(jì)算方法，主要解決微網(wǎng)切換時(shí)電網(wǎng)負(fù)荷與微電源輸出功率間適平衡最優(yōu)化的計(jì)算與評(píng)估，該方法提出一種通用的計(jì)算模型能夠準(zhǔn)確的計(jì)算出所有可能的投切方案，并從中篩選出最佳方案。

1 微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)如圖1所示，分為上層管理管理模塊及低層控制模塊兩部分。

上層管理管理模塊包括模式管理、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、儲(chǔ)能管理、負(fù)荷預(yù)測(cè)、風(fēng)光發(fā)電預(yù)測(cè)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞炔糠?低層控制模塊分為模式識(shí)別與控制、穩(wěn)定控制、電源控制、負(fù)荷控制，在PCC點(diǎn)增加孤島檢測(cè)保護(hù)模塊。

圖1 微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模塊通過(guò)對(duì)微電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、負(fù)荷預(yù)測(cè)和風(fēng)光發(fā)電預(yù)測(cè)結(jié)果的分析計(jì)算，生成微電網(wǎng)能量管理經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案。儲(chǔ)能管理模塊根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、當(dāng)前儲(chǔ)能情況以及預(yù)設(shè)的SOC限值生成儲(chǔ)能管理方案。模式管理模塊接收模式識(shí)別與控制模塊發(fā)送的識(shí)別結(jié)果，同時(shí)接收經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和儲(chǔ)能管理方案并進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證，生成相應(yīng)的微電網(wǎng)能量管理方案(包含模式切換預(yù)案、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和儲(chǔ)能管理控制方案)，然后將微電網(wǎng)能量管理方案下發(fā)給模式識(shí)別與控制模塊執(zhí)行。

模式識(shí)別與控制接收孤島檢測(cè)的動(dòng)作信號(hào)，執(zhí)行模式管理下發(fā)的微電網(wǎng)能量管理方案，同時(shí)為穩(wěn)定控制提供模式識(shí)別結(jié)果。穩(wěn)定控制根據(jù)模式識(shí)別結(jié)果，生成穩(wěn)定控制方案，通過(guò)電源控制和負(fù)荷控制模塊執(zhí)行。電源控制和負(fù)荷控制模塊接收模式識(shí)別與控制模塊和穩(wěn)定控制模塊下發(fā)的控制信號(hào)，對(duì)電源和負(fù)荷進(jìn)行相應(yīng)的控制。

2 功率平衡算法(略)

功率平衡算法作為關(guān)鍵算法在微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)中被應(yīng)用，微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)中模式管理和穩(wěn)定控制是兩個(gè)核心模塊，模式管理是用來(lái)針對(duì)當(dāng)前微電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，給出當(dāng)微電網(wǎng)運(yùn)行發(fā)生故障需要模式切換時(shí)能夠個(gè)保證微電網(wǎng)模式平穩(wěn)切換的預(yù)案。其中最重要的模式切換預(yù)案就是并轉(zhuǎn)孤模式切換預(yù)案，此時(shí)需要調(diào)用本算法得到最佳孤網(wǎng)電源和負(fù)荷投切方案。

另一個(gè)核心模塊穩(wěn)定控制，是指在孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)保證各孤網(wǎng)電源與負(fù)荷能夠在安全、穩(wěn)定運(yùn)行，本算法可以保證微電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)各電源和負(fù)荷之間的功率平衡，因此穩(wěn)定控制模塊也充分利用本算法的通用性和最優(yōu)性，通過(guò)調(diào)用本算法計(jì)算得到需要投切的電源和負(fù)荷，從而保證微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

當(dāng)微電網(wǎng)處于并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，如果大電網(wǎng)故障導(dǎo)致并網(wǎng)開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作或者人工拉開(kāi)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)，微電網(wǎng)需要切換到孤網(wǎng)運(yùn)行模式。此時(shí)，第一步：需要選定某個(gè)儲(chǔ)能電源為主電源;第二步：根據(jù)微電網(wǎng)中各供電設(shè)備供電范圍以及實(shí)時(shí)負(fù)荷情況，計(jì)算得出各供電設(shè)備的投切情況，供電設(shè)備中線(xiàn)性電源的輸出功率，負(fù)荷的投切情況;第三步：根據(jù)上面的計(jì)算結(jié)果調(diào)整電源和負(fù)荷，從而實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)轉(zhuǎn)孤網(wǎng)運(yùn)行。

針對(duì)上述微電網(wǎng)并轉(zhuǎn)孤模式切時(shí)的第二步算法實(shí)現(xiàn)，以往算法就是根據(jù)實(shí)際具體項(xiàng)目情況，依據(jù)微電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)編寫(xiě)控制邏輯方案，根據(jù)方案編寫(xiě)程序代碼，得到轉(zhuǎn)為孤網(wǎng)后各電源和負(fù)荷投切情況。這種算法因?yàn)槭且罁?jù)經(jīng)驗(yàn)編寫(xiě)控制方案特別是微電網(wǎng)中電源比較多情況靠這種簡(jiǎn)單粗獷的邏輯推理方法很難得出最優(yōu)方案，另外，這種算法的通用性差，只能針對(duì)具體某一個(gè)微電網(wǎng)，不能針對(duì)所有微電網(wǎng)通用。

本文介紹一種通用的計(jì)算模型能夠準(zhǔn)確的計(jì)算出所有可能的投切方案，并從中篩選出最佳方案。

3 算例分析(略)

4 應(yīng)用情況(略)

2014年03月，我公司微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)在在在廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院可再生能源及微電網(wǎng)試驗(yàn)室進(jìn)行動(dòng)模實(shí)驗(yàn)研究。

試驗(yàn)依照中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)部頒標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求和工程實(shí)際情況，在廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院可再生能源及微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室搭建800V電壓等級(jí)的微電網(wǎng)動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)系統(tǒng)模型，本次動(dòng)模試驗(yàn)結(jié)合目前電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制、繼電保護(hù)的新技術(shù)要求，測(cè)試微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)在各種系統(tǒng)運(yùn)行工況下的功能正確性、可靠性和有效性，模擬微網(wǎng)各種運(yùn)行模式的切換過(guò)程后，系統(tǒng)能使微網(wǎng)平滑過(guò)渡并穩(wěn)定運(yùn)行。

在實(shí)際應(yīng)用中本算法也發(fā)現(xiàn)一些考慮不到的問(wèn)題，如儲(chǔ)能電源因?yàn)槠涔β士梢运膫€(gè)象限中切換，因此儲(chǔ)能電源可以不必退出，所有選擇儲(chǔ)能電源退出的方案就可以不用計(jì)算，這樣可以大大減少總可行方案的數(shù)目，提高算法效率;還有一些特殊的電源如柴發(fā)等，不僅有視在功率的范圍，還需考慮有功范圍、無(wú)功范圍以及功率因素范圍，這些因素我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中已經(jīng)做了相應(yīng)優(yōu)化和完善。

5 結(jié)論

本計(jì)算方法克服了傳統(tǒng)的微電并網(wǎng)轉(zhuǎn)孤網(wǎng)運(yùn)行切換時(shí)固定策略通用性差，很難得到最優(yōu)方案等缺點(diǎn)，運(yùn)用一種通用的計(jì)算模型準(zhǔn)確的計(jì)算出所有可能的投切方案，并從中篩選出最佳方案。本計(jì)算方法在微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)中得到大力推廣和應(yīng)用，為微電網(wǎng)運(yùn)行提高安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性做出了自己的貢獻(xiàn)。

原標(biāo)題:學(xué)術(shù)蛞恢治⒌繽并轉(zhuǎn)孤模式切換時(shí)功率平衡計(jì)算方法