中國儲能網(wǎng)訊：全球應(yīng)對氣候變化的共同行動推動了以可再生能源發(fā)展為主體、以交通和熱力部門電氣化為支撐的綠色電氣化浪潮。分布式能源與電動汽車等近年來得到快速發(fā)展，進一步助推了向能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展轉(zhuǎn)型。本文以此為背景，結(jié)合我國微電網(wǎng)發(fā)展的管理政策、技術(shù)標準和市場化改革環(huán)境，從管理、技術(shù)、市場三個維度入手，提出與我國能源轉(zhuǎn)型變革相適應(yīng)、與能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展理念相契合的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)三維框架。并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了微電網(wǎng)兩階段魯棒優(yōu)化模型，以應(yīng)對系統(tǒng)運行中的不確定性，并通過案例分析驗證了分布式發(fā)電運營模式、電動汽車智能充電等對提升微電網(wǎng)經(jīng)濟性的積極作用。
面向能源互聯(lián)網(wǎng)的微電網(wǎng)能量管理體系設(shè)計
執(zhí)筆人：洪博文
國網(wǎng)能源院新能源與統(tǒng)計研究所
1、微電網(wǎng)及其能量管理系統(tǒng)的定位
為應(yīng)對大規(guī)模分布式能源和電動汽車接入所帶來的技術(shù)、市場和監(jiān)管等諸多挑戰(zhàn)，未來電力系統(tǒng)的架構(gòu)將發(fā)生根本性的變化，向“能源互聯(lián)網(wǎng)”的方向演化。微電網(wǎng)是能源互聯(lián)網(wǎng)重要的“細胞（cell）單元”，而微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)是微電網(wǎng)有效運行及實現(xiàn)對能源互聯(lián)網(wǎng)支撐作用的核心環(huán)節(jié)。
如圖1所示，能源互聯(lián)網(wǎng)以智能電網(wǎng)（包括智能輸電網(wǎng)和智能配電網(wǎng)）為中心，其邊緣接入了包括虛擬電廠、工商業(yè)和居民負荷聚合體、電動汽車聚合體及微電網(wǎng)等在內(nèi)的細胞單元，通過從輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)到細胞單元的層次化能量管理體系進行協(xié)調(diào)和管理。在能源互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)中，微電網(wǎng)為高滲透率分布式能源和電動汽車的接入提供了重要的解決方案，對內(nèi)協(xié)調(diào)各種特性各異的設(shè)備，對外與其他單元互動、交易或為整個網(wǎng)絡(luò)提供輔助服務(wù)，支撐能源互聯(lián)網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行。
圖1 能源互聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)示意圖
2、微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的三維構(gòu)架
盡管微電網(wǎng)被認為是一種技術(shù)解決方案，微電網(wǎng)發(fā)展面臨的主要問題和挑戰(zhàn)卻不是技術(shù)問題，而是成本和經(jīng)濟性。事實上，我國微電網(wǎng)的發(fā)展經(jīng)歷了從技術(shù)驗證到工程應(yīng)用的發(fā)展歷程，應(yīng)用場景也從實驗室到偏遠山區(qū)和獨立島嶼，再到城市園區(qū)的發(fā)展歷程。盡管一些場景下離網(wǎng)微電網(wǎng)雖然相比并網(wǎng)方案更加經(jīng)濟和可行，但離網(wǎng)微電網(wǎng)并未獲得好的經(jīng)濟回報。相反，并網(wǎng)型微電網(wǎng)由于電價原因反而具有一定的經(jīng)濟優(yōu)勢，這也是并網(wǎng)型微電網(wǎng)近年來受到示范工程和商業(yè)應(yīng)用青睞的原因之一。因此，微電網(wǎng)在我國的發(fā)展不能簡單理解為技術(shù)問題，而是與政策和市場密切相關(guān)的綜合性問題。
作為微電網(wǎng)實現(xiàn)對分布式能源、負荷和通訊保護設(shè)施的管理和控制等各項功能的大腦，微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的設(shè)計成為關(guān)鍵要素。從技術(shù)、管理和市場三個層面對微電網(wǎng)的發(fā)展環(huán)境進行剖析，是進行微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)設(shè)計的基本出發(fā)點。
①技術(shù)維度：微電網(wǎng)概念的核心，也是構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)框架的基礎(chǔ)，更多的反映在能量流。微電網(wǎng)以一種更加靈活高效的組織方式控制和平衡本地的分布式能源和負荷，為用戶提供更加可靠的能源供應(yīng)，同時也更為充分的利用系統(tǒng)中的靈活性資源，對接入的配電網(wǎng)更為友好，可有效緩解分布式能源和電動汽車等大量接入對配電網(wǎng)的技術(shù)沖擊（兩個友好：用戶友好、電網(wǎng)友好）。
②市場維度：體現(xiàn)微電網(wǎng)商業(yè)價值的關(guān)鍵，更多的反映在資金流，也是能源互聯(lián)網(wǎng)開放、共享、對等理念的重要內(nèi)容。與傳統(tǒng)的微電網(wǎng)認識不同，在能源互聯(lián)網(wǎng)的理念中，微電網(wǎng)同時也成為一類分布式能源集成商，而不僅僅是技術(shù)概念。
③管理維度：體現(xiàn)微電網(wǎng)管理優(yōu)勢的重要內(nèi)容，更多的體現(xiàn)在信息流。微電網(wǎng)作為能源互聯(lián)網(wǎng)中的一個基本單元，承擔著大量分散、獨立分布式能源和靈活性負荷的管理任務(wù)，大大降低了配電網(wǎng)的調(diào)度管理難度（避免維數(shù)災(zāi)），通過微電網(wǎng)與微電網(wǎng)、微電網(wǎng)與配電網(wǎng)的通訊和分層管理，更方便有效的實現(xiàn)系統(tǒng)整體的管理目標。
三個維度互相交織，不可分割。例如，實現(xiàn)微電網(wǎng)技術(shù)層面的優(yōu)勢離不開能量管理系統(tǒng)對信息的跟蹤和決策。可以認為，技術(shù)層面、市場層面、管理層面的價值都是微電網(wǎng)能源管理系統(tǒng)不可或缺的組成部分，也是其價值所在。因此，本章我們將結(jié)合中國的技術(shù)、市場、政策等實際，提出對微電網(wǎng)能源管理系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)架。
如圖2所示，該框架充分發(fā)揮和展示了微電網(wǎng)作為分布式能源、靈活負荷和電動汽車管理者和集成商的作用，在服務(wù)用戶、融入電網(wǎng)、參與市場等方面具有的經(jīng)濟可靠、安全友好、靈活高效等特征。
圖2 面向能源互聯(lián)網(wǎng)的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)架構(gòu)
3、微電網(wǎng)經(jīng)濟性分析
在所構(gòu)建的面向能源互聯(lián)網(wǎng)的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，考慮可再生能源及用電負荷的不確定性，構(gòu)建了多能微電網(wǎng)的兩階段魯棒優(yōu)化模型。對圖3所示的工業(yè)園實際微電網(wǎng)進行仿真分析，結(jié)果如表1所示。
圖3 某工業(yè)園實際微電網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)和組成
表1 不同場景下的運營成本（單位：元）
結(jié)果表明，微電網(wǎng)余電上網(wǎng)和直售電模式（表1場景二）相比傳統(tǒng)模式（表1場景一）能顯著提升微電網(wǎng)的經(jīng)濟效益，電動汽車的智能充電管理（表1場景三）也能進一步提升微電網(wǎng)的經(jīng)濟性。此外，仿真結(jié)果還表明所提魯棒優(yōu)化方法以犧牲非最差場景經(jīng)濟性為代價，提升了微電網(wǎng)運行方案的適應(yīng)性。
需要指出的是，由于微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)離不開通訊和信息網(wǎng)絡(luò)的支撐，未來還需要從信息物理系統(tǒng)的視角對其進行分析。此外，隨著我國電力體制改革不斷深入，市場機制和政策體系日趨成熟，仍需要不斷對所提的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)構(gòu)架。
