微電網分布式能量管理調度策略

張麗杰

（寧夏理工學院繼續教育學院，寧夏 石嘴山 753000）

微電網系統的核心組件是分布式電源（Distributed Power，DG），DG 具有能耗低、效率高、環保好等優勢。微電網充分利用DG 的優點，實現系統靈活、多變的“即插即用”功能，為改善傳統電網規劃有限、靈活性差等問題提供了實現路徑。根據電網系統中組件通信方式的不同，電網的控制調度分為集中式和分布式兩種。在集中式控制電網系統中，分布式電源的協調、管理等功能主要由中央控制器實現，系統對通信網絡和中央控制器的要求都很高。由于系統中各類控制設備間的通信受到較多干擾因素的影響，導致系統的可靠性較低。基于電網系統的通行間歇問題，電網系統逐步從集中式向分布式控制方式轉變，分布式結構的微電網能量調度尤為重要。基于微電網結構優勢和“即插即用”功能，在微電網構建過程中應當采取有效的分布式能量管理調度手段，實現整個微電網的有效調度，解決微電網的調度問題，使微電網在分布式能量管理調度方面能夠達到預期目標。文中針對微電網能量管理系統控制方式中存在的局限性，對能量管理調度和控制器系統進行了設計和優化，并選擇了有效的控制方法，構建了合理的微電網分布式能量管理調度策略。

1 微電網分布式能量管理系統構建

1.1 能量管理基本結構

從目前微電網的能量管理來看，微電網的能量管理結構與普通的電網管理結構不同，微電網的能量管理基本系統構建采取了分布式結構，系統主要包含儲能系統、負荷預測、可再生能源出力預測、電價信息需求、側響應、分布式電源以及大電網、微電網分布式能量管理結構。通過對能量管理結構的明確和細化，分布式能量結構成為主要的結構形式，對整個微電網的運行產生重要影響，能夠降低微電網的運行效果，使微電網的運行能夠達到高效化目標，為整個微電網的運行提供有力支持。

1.2 調度系統功能

從分布式結構的管理功能來看，在管理功能設定過程中，實現對微電網系統發電與負荷功率的預測，為儲能設備建立合理的充放電管理策略，需為系統內部每個分布式能量控制器提供功率和電壓設定點，滿足微網系統中的熱負荷和電負荷需求，最大限度的提高微電源的運行效率，該微電網分布式能量管理調度系統分為3 層，結構如圖1 所示。第一層的功能是實現微電網分布式電源或儲能設備與主網能量的交互；第二層的功能是實現微電網中心控制器對各類儲能組件的監控和協調，主要處理保護層節點信息和運算層的信息；第三層是由微網能量服務層來實現對基層目標控制值的通信和協調功能，主要接受來自基層鄰節點的數據，通過保護層和基層控制器的運算，分別輸出電壓、頻率至運算層。協調的過程是全局優化的過程，主要是改善微電源對系統負荷的變化和輸出電壓的響應，保證微電網穩定運行。

圖1 微電網分布式能量管理調度系統

2 分布式微電網能量管理調度策略

2.1 控制方法選擇

基于對微電網分布式能量管理調度的了解，在調度控制中，控制方法的選擇至關重要。在目前微電網分布式能量管理調度過程中，控制方法主要包括三種，PQ 控制，V/F 控制和下垂控制。在控制方法的選擇中，應當按照分布式能量管理調度的實際需求和分布式能量管理調度的特點予以選擇，使所選擇的控制方法能夠在控制過程中達到控制目標，能夠按照微電網的運行需要和微電網的運行特點予以選擇，使整個微電網分布式能量管理調度策略在實施中得到控制方法的有力支持。PQ 控制是逆變器輸出的有功功率P 和無功功率Q。VF 控制即恒壓橫屏控制，通過控制電壓和頻率參數，使逆變器輸出電壓負值V和頻率F 保持恒定。下垂控制，通過控制有功頻率與無功電壓之間的下垂特性曲線進行系統電壓和頻率調節的方式。根據文中微電網分布式能量管理調度系統特點，選擇PQ 控制法作為主要的控制方法。選擇合適的控制方法，對分布式能量管理調度具有重要影響。

2.2 控制器設計

基于微電網分布式能量管理調度的實際需求，在控制器結構上需進行必要的優化。在結構設計中以大電網為主網，設置保護層和基層兩級控制器的方式，實現并網和離網控制，控制器結構如圖2 所示。保護層控制器的作用是當系統受到擾動后，通過通信網絡使微電網頻率和電壓恢復常態，保障了電力系統全局的穩定性。發揮基層控制器的功能，根據電網的需要來合理調整下垂特性中有功功率P 和無功功率Q 參數，實現電力系統中微電網分布式能量管理調度目標。

圖2 控制器結構圖

2.3 控制效果分析

分布式能量調度策略針對系統中的燃氣輪機功率45kW、風電功率5kW、光伏發電功率5kW 及儲能功率為20kW 的數據進行測試。當系統正常運行時，各負荷的功率P 按照標準的參數值，儲能單元和各同步發電機以經濟最優的方式運行，得到最優成本增率為$5.174/MWh。微電網在優化后的條件下運行，負荷需求與輸出功率差額的初值按照標準值的20%設定，其差額值收斂近似為0，微電網輸出的總功率達到了總負荷的需求值，儲能單元和各同步發電機的輸出功率分別為P1=66.14MW，P2=43.65MW，P3=38.99MW，P4=52.93MW， 實現了系統的能量優化管理。通過對多因素約束下的負荷變化預測結果的分析，在考慮經濟目標和環境目標最優情況下,儲能實時補償功率較為穩定；按照能量調度指令進行改變求得系統平均電壓,對參考電壓進行修正,實現了微電網系統有功功率的精確控制。

3 結語

通過多層級的結構優化與兩級控制器設計,改善了集中式控制方式的不足，實現了微電網分布式能源管理系統的可靠、高效運行。調度策略提高了系統分布式資源的協調運行，能量管理實現了系統功率的精確控制,提高了微電網的運行效果，也為微電網結構優化和調度評價提供了路徑參考。