中國儲能網(wǎng)訊：全球應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)展轉型。本文以此為背景，結合我國微電網(wǎng)發(fā)展的管理政策、技術標準和市場化改革環(huán)境，從管理、技術、市場三個維度入手，提出與我國能源轉型變革相適應、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。并在此基礎上構建了微電網(wǎng)兩階段魯棒優(yōu)化模型，以應對系統(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
為應對大規(guī)模分布式能源和電動汽車接入所帶來的技術、市場和監(jiān)管等諸多挑戰(zhàn)，未來電力系統(tǒng)的架構將發(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)調和管理。在能源互聯(lián)網(wǎng)的架構中，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，對內協(xié)調各種特性各異的設備，對外與其他單元互動、交易或為整個網(wǎng)絡提供輔助服務，支撐能源互聯(lián)網(wǎng)的安全穩(wěn)定經濟運行。
圖1 能源互聯(lián)網(wǎng)總體架構示意圖
2、微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的三維構架
盡管微電網(wǎng)被認為是一種技術解決方案，微電網(wǎng)發(fā)展面臨的主要問題和挑戰(zhàn)卻不是技術問題，而是成本和經濟性。事實上，我國微電網(wǎng)的發(fā)展經歷了從技術驗證到工程應用的發(fā)展歷程，應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)方案更加經濟和可行，但離網(wǎng)微電網(wǎng)并未獲得好的經濟回報。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問題，而是與政策和市場密切相關的綜合性問題。
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)的設計成為關鍵要素。從技術、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)設計的基本出發(fā)點。
①技術維度：微電網(wǎng)概念的核心，也是構建能源互聯(lián)網(wǎng)框架的基礎，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，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，而不僅僅是技術概念。
③管理維度：體現(xiàn)微電網(wǎng)管理優(yōu)勢的重要內容，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，大大降低了配電網(wǎng)的調度管理難度（避免維數(shù)災），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?？梢哉J為，技術層面、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，本章我們將結合中國的技術、市場、政策等實際，提出對微電網(wǎng)能源管理系統(tǒng)的設計構架。
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，在服務用戶、融入電網(wǎng)、參與市場等方面具有的經濟可靠、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
3、微電網(wǎng)經濟性分析
在所構建的面向能源互聯(lián)網(wǎng)的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)架構的基礎上，考慮可再生能源及用電負荷的不確定性，構建了多能微電網(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，結果如表1所示。
圖3 某工業(yè)園實際微電網(wǎng)系統(tǒng)架構和組成
表1 不同場景下的運營成本（單位：元）
結果表明，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)的經濟性。此外，仿真結果還表明所提魯棒優(yōu)化方法以犧牲非最差場景經濟性為代價，提升了微電網(wǎng)運行方案的適應性。
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)構架。
