面向能源互联网的微电网能量管理系统架构及在中国的应用研究
来源:Applied Energy 作者:国网能源研究院有限公司 洪博文 2018/8/10
关键词:能源互联网 微电网 智能电网
全球应对气候变化的共同行动推动了以可再生能源发展为主体、以交通和热力部门电气化为支撑的再电气化浪潮。在此背景下，分布式能源与电动汽车在近年来得到快速发展，进一步助推了世界各国在电力系统尤其是需求侧的能源转型和市场化改革进程，反之进一步加快了分布式能源和电动汽车的发展。
为应对大规模分布式能源和电动汽车接入所带来的技术、市场和监管等诸多挑战，未来电力系统的架构将发生根本性的变化，并向“能源互联网”的方向演化。微电网是能源互联网重要的“细胞(cell)单元”，而微电网能量管理系统是微电网有效运行及实现对能源互联网支撑作用的核心环节。为适应快速变化的政策、市场和技术环境及能源互联网发展的大趋势，对面向能源互联网的微电网能量管理系统架构及其在中国的应用进行了研究，主要内容包括：
1. 分析了传统电力系统向能源互联网转型的背景，描绘了能源互联网的整体图景，并阐明了微电网及其能量管理系统在能源互联网中的位置。能源互联网以坚强智能电网(包括智能输电网和智能配电网)为核心，在其边缘接入了包括虚拟电厂、工商业和居民负荷聚合体、电动汽车聚合体及微电网等在内的细胞单元，通过从输电网、配电网到细胞单元的层次化能量管理体系进行协调和管理。在能源互联网的架构中，微电网为高渗透率分布式能源和电动汽车的接入提供了重要的解决方案，对内协调各种特性各异的设备，对外与其他单元互动、交易或为整个网络提供辅助服务，支撑能源互联网的安全稳定经济运行。
2. 结合中国微电网发展的管理政策、技术标准和市场化改革环境，从管理、技术、市场三个维度入手，提出与中国能源转型变革相适应、与能源互联网的发展理念相协调的微电网能量管理系统的三维框架。该框架充分发挥和展示了微电网作为分布式能源、灵活负荷和电动汽车管理者和集成商的作用，在服务用户、融入电网、参与市场等方面具有的经济可靠、安全友好、灵活高效等特征。
3. 在所构建的面向能源互联网的微电网能量管理系统架构的基础上，考虑可再生能源及用电负荷的不确定性，构建了多能微电网的两阶段鲁棒优化模型。对某工业园实际微电网进行仿真分析，采用列和约束生成算法(column and constraints generation algorithm)求解其鲁棒运行问题，验证了所建架构及鲁棒优化方法的有效性。仿真结果表明，微电网余电上网和直售电模式相比传统模式能显著提升微电网的经济效益，电动汽车的智能充电管理也能进一步提升微电网的经济性。此外，仿真结果还表明所提鲁棒优化方法以牺牲非最差场景经济性为代价，提升了微电网运行方案的鲁棒性。