光储充一体化智能微电网工程应用技术研究

光储充一体化智能微电网工程应用技术研究

李锋

（中冶赛迪工程技术股份有限公司重庆400013）

摘要：智能微电网是能源互联网的核心架构，是未来能源转型发展的重要支撑，特别是在环境保护和能源结构调整的双重压力下，含清洁能源的微电网技术获得了广泛的研究和应用。本文以中冶赛迪光储充一体化智能微电网示范工程为例，对微电网的系统构成和软、硬件等核心技术展开研究，详细阐述了微电网的控制技术和能量管理技术，开发了相应的软、硬件核心产品，并得到了示范工程的应用验证，可对智能微电网的开发、应用提供借鉴。

关键词：光储充一体化；智能微电网；能源互联网；控制技术；能量管理

一、系统构成

微电网是指由分布式能源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型能源管理、传输和调配系统[1]。中冶赛迪光储充一体化智能微电网示范工程由78kW光伏发电系统、58kW·h储能系统、35kW工厂负荷、30kW直流充电桩、15kW交流充电桩和1套能量管理系统构成。

二、控制技术

本项目的硬件系统包括光伏组件、逆变器、电池、储能双向逆变器PCS、电动汽车充电桩、光伏气象仪、交换机、服务器和控制设备等。微电网控制技术的关键在于各子系统之间的协调配合，即微电网系统的控制策略。

微电网控制策略包括并网启动策略、并网稳定运行策略、孤岛稳定运行策略、孤转并策略、并转孤策略（计划性）和并转孤策略（非计划性）六种。

1、并网稳定运行策略是在微电网处于并网运行时，采用“用户侧并网，自发自用，余电上网”的运行模式，光伏系统工作于最大功率点跟踪（MPPT）控制模式，储能系统工作于有功功率-无功功率（PQ）控制模式。

2、孤岛稳定运行策略是当微电网处于孤岛运行时，储能系统作为主电源，储能双向逆变器由有功功率—无功功率（PQ）控制模式转换为电压幅值-频率（VF）控制模式，为孤岛微电网提供电压和频率支撑，在该运行模式下，储能系统的功率输出自动补偿光伏出力与负荷之间的差额，从而维持微电网功率平衡。

3、孤转并策略是当微电网中央控制器监测到配电网恢复正常供电后，向配电网调度发出并网请求，因孤岛运行微电网电压和频率由储能系统支撑，所以启动储能系统准同期并网控制，当配电网和微电网的频率差小于0.1Hz、电压幅值差小于2V、电压相位差小于5°，且以上条件持续时间不小于200ms时，并离网切换开关两侧的电压幅值和相位满足合闸要求，并离网切换开关闭合，微电网切换到并网运行。

4、并转孤策略分为计划性和非计划性，其中，计划性并转孤策略是指运行调度根据系统运行情况，包括外部电网检修停电等情况主动触发进如孤岛运行策略下；非计划性是指由于外部电网非计划性停电或发生故障，微电网通过孤岛检测或故障检测机制被动触发而进入孤岛运行模式。

三、能量管理技术

微电网能量管理技术能够实现对整个微电网的监视、控制及优化运行，主要功能包括微电网监控、负荷预测、可再生能源预测、优化控制决策、能量实时调度、能效分析、电能质量分析等。

1、微电网监控系统是整个微电网软件系统的基础平台，通过对各回路设备的数据采集，实现对微电网系统运行状态的监测与控制。

2、微电网负荷预测可为合理安排微电网的启停、制定经济的运行策略、指导储能充放电管理提供科学依据。本工程负荷预测采用深度回归森林智能算法，使分类规则清晰，预测精度更加准确。

3、可再生能源预测采用混沌蜻蜓算法优化BP神经网络（CAD-BP）的智能算法，该算法拥有数据拟合精度高的优点，使预测结果更加准确。

4、微电网优化控制决策可以根据不同的控制目标，考虑绿色清洁能源、储能及公共电网峰谷电价等多种因素，给出不同的优化控制运行策略，实现微电网的经济运行。本次微电网工程系统从经济优化运行研究着手，分别从发电成本、环境成本以及备用成本3个方面较全面地建立了兼容需求侧可调控资源的分布式能源系统经济优化运行模型，并充分考虑了微电网系统中的各类不同负荷。

4、优化控制决策采用改进的多目标混沌蜻蜓算法，该算法具有更好的收敛性和分布性，有利于决策分析。

5、能量实时调度是微电网调度的重要部分，主要偏重于秒级调度控制。将日前调度计划转换为短时间可以执行的调度命令，保持微电网连续稳定运行。

6、能效分析通过远程连续检测、采集、记录和分析动态用电负荷、电力参数、谐波、电能质量等数据，提供历史数据和各个参数之间的相互关系，实现用电可视化，从而发现运行方式、用能结构和能源消耗架构中存在的问题，并进行调整，实现能效提升。

7、电能质量分析能够实现对微电网的电能质量进行全面监测，保证微电网系统电能质量满足用能标准。

本项目能够实现对整个系统的监视、控制和管理，以及各运行模式间的平滑切换和优化控制等技术难题，在控制技术、控制理论、控制思想、预测方法等方面都实现了突破。

四、核心产品

面对市场需求，中冶赛迪将以上核心控制技术和能量管理技术成果产品化，成功推出了微电网能量管理平台核心软件产品，经工程应用验证和第三方权威机构认证，平台能稳定运行且达到了国内领先水平，平台画面如图1所示。

图1智能微电网能量管理平台

五、总结

本工程通过开发、建设含光伏发电、电力储能、电动汽车充电桩为一体的智能微电网示范工程，成功掌握了微电网的核心控制技术、能量管理技术，并开发出了相应的软、硬件产品，能够真正实现清洁能源友好并网。智能微电网是能源互联网的核心架构，是未来能源转型发展的重要支撑，在环境保护和能源结构调整的双重压力下，含清洁能源的微电网技术将获得了更加广泛的研究和应用。

参考文献：

[1].孙秋野.，滕菲，张化光，等.能源互联网动态协调优化控制体系建构.中国电机工程学报，2015，35（14）:3667-3677

[2].张跃,杨汾艳,曾杰,等.主动配电网的分布式电源优化规划方案研究[J].电力系统保护与控制,2015,43(15):67-72

[3].陈民铀,朱博,徐瑞林,等.基于混合智能技术的微电网剩余负荷超短期预测[J].电力自动化设备,2012,32(5):13-18

[4].周念成,邓浩,王强钢,等.光伏与微型燃气轮机混合微网能量管理研究[J].电工技术学报,2012,27(1):74-84