能源互联网环境下用户侧微电网的形态及优化运行

随着能源互联网的发展,各类新技术将最先接入用户侧微电网,改变传统的发电、用电以及运营模式。用户侧微电网融合多种分布式能源、储能设备以及可控负荷,为能源互联网环境下更加灵活、高效的能源转换和利用提供支撑。对能源互联网环境下用户侧微电网的形态、关键技术和运营模式进行了展望,并研究了微电网内部和微电网间的协调运行方式。基于分布式电源功率预测与用户负荷预测技术,提出了用户侧微电网优化运行方法。运用分布式模型预测控制技术在线更新预测信息和微电网运行状态,优化上下层运行策略从而收敛于最优平衡状态,为用户侧微电网的调度和运行提供了参考。     

用户侧微电网的特征及关键技术

分析了用户侧微电网的特征、基本结构及其面临的挑战,在此基础上总结提炼了用户侧微电网待解决的关键技术,包括运行模式与经济评价方法、供电模式与规划设计方法、双向计量与监控技术、控制与保护技术、优化运行与能效管理技术,以及光伏/储能微电网系统平台和关键设备的研发。这些技术有利于打好用户侧微电网商业运营的基础,提升用户服务质量和供电可靠性,实现微电网的并网与规模化发展以及安全稳定运行。     

计及分布式储能的微电网群经济调度

为提高微电网群调度效率、减少微电网运行成本,首先构建了计及分布式储能的微电网群优化调度模型。该模型以包含风、光、储的3个子微网和网侧储能所构成的交流微电网作为调度对象。在满足功率平衡等约束条件下,对负荷侧储能充放电次数和单位时间内充放电功率进行限制;在考虑主网分时电价、系统发电成本,网侧储能放电成本条件下,采用遗传算法进行求解,得到计及分布式储能的微电网群经济调度方案,最终得到优化后的经济成本。算例计算结果表明,该运行调度模型可有效提高微电网群经济效益,从而验证了该模型的有效性。     

考虑电动汽车灵活储能的交直流混合微电网功率协调控制策略

孤立交直流混合微电网集中储能荷电状态趋近充、放电临界值,容易引发微电网及其子网功率越限,从而导致系统供电不可靠。在此背景下,该文提出了一种考虑电动汽车灵活储能的交直流混合微电网功率协调控制策略。首先,根据交直流混合微电网及其子网功率盈缺状态,同时考虑混合储能中传统集中和灵活储能之间协调配合,将交直流混合微电网运行模式划分为正常、临界平衡和功率越限3种。在此基础上,根据储能荷电状态不均衡或异常、子微网越限等非正常状态进一步划分工况,以将控制目标进行细分。接着,通过分析电动汽车灵活储能、传统集中储能与互联接口变换器在同一时间尺度下的响应优先级,设计混合储能功率分配和互联接口变换器功率传输原则,并提出系统运行模式及工况间平滑切换方法。最后,基于MATLAB/Simulink搭建的交直流混合微电网仿真模型验证了所提控制策略的有效性。     

分散自律架构下微电网功率管理与协调控制

以包含光储单元的微电网为研究对象,首先总结分析了微电网在并网和孤岛模式下光储系统中光伏与储能的逆变器控制策略;然后提出了微电网在并网及孤岛模式下的功率管理策略,在并网模式下通过调节储能来维持公共连接点(PCC)处交换功率的恒定,在孤岛模式下通过分析微电网的多分段P/f特性曲线,针对不同运行场景基于本地信息对网内功率实施分散自律管理及控制。针对储能充电的场景,提出一种基于储能充电功率修正的管理控制策略,该策略通过改变光伏DC端口的参考电压使其偏离最大功率运行点,从而达到减发电的目的以满足储能荷电状态及最大充电功率的限制。最后基于仿真和实验对所提控制策略进行验证。     

交直流混合微电网源储协同优化配置

为提高交直流混合微电网运行效益,需要为分布式电源配置储能系统,以提高微电网对可再生电源的接纳能力。本文以交直流混合微电网为研究对象,提出电源与储能相协同的混合整数优化模型,以确定电源与储能的最优配置。以电源与储能投资成本以及涵盖发电成本与购售电费用的运行成本最小为目标,协同考虑电源与储能的时序动态特性,并计及交直流联络线功率传输损耗。基于Benders分解算法求解混合整数优化模型。算例分析表明,源储协同优化配置方案能够有效提高交直流混合微电网投资运行经济性,验证了本文所提模型的有效性。     

面向微电网群的云储能经济-低碳-可靠多目标优化配置方法

微电网群技术通过多微电网间的协同互补,促进了分布式可再生能源在微电网间的协同消纳,被认为是未来新型电力系统中分布式电源接入电网的重要方式之一。考虑微电网群中多微电网协同互济的特性,提出了一种面向微电网群的“集中共享、分散复用”云储能运营架构。其中,集中式储能面向微电网群中的所有微电网进行共享,以合作共建、容量共享的方式为所有微电网提供服务,旨在降低各微电网的储能使用成本;分布式储能主要服务于微电网群中的各个微电网,以保障各微电网自身的可靠性为主要目标,同时兼顾协同互济的储能复用需求。在此基础上,构建了经济、低碳及可靠多目标驱动的云储能双层优化配置模型,并基于第二代非支配遗传算法实现模型求解。然后,建立了微电网群云储能系统商业模式,基于Shapley值法及系统运行模拟实现云储能系统投资、运营成本及效益的合理分摊,提出云储能初始投资成本的分配方法。最后,基于IEEE 33节点系统搭建微电网群系统并开展算例分析,结果显示所提方法可提出面向不同投资偏好的云储能配置方案解集,并验证了云储能模式提升系统投资运营效益的有效性。     

基于联合虚拟储能系统的海岛微电网协同优化策略

可再生能源并网比例逐渐提高的同时，用户侧负荷也在逐年增长。微电网作为分布式新能源消纳的有效方式，其电力电量平衡也面临着巨大挑战。为充分发挥用户侧广义负荷的调控潜力，同时进一步考虑微网运营商、储能运营商以及可调节用户等市场主体参与电能交易时的利益分配问题，该文提出一种考虑虚拟储能系统的海岛微电网多主体博弈的优化调度策略。首先，根据空调负荷、电动汽车的运行特性，分析建筑物的蓄热特性以及电动汽车的充放电特性，建立一种包括空调负荷和电动汽车的联合虚拟储能系统。其次，考虑市场环境下源-荷-储三方利益诉求不同的问题，以微网运营商为领导者，储能运营商和用户为跟随者，构建各主体的交易模式和数学模型，建立一主多从的分布式协同优化模型。最后，通过算例验证所提方法的有效性，即在兼顾多主体利益的同时，能够有效减小峰谷差，减少区域电力系统对传统储能设备的依赖，从而节约投资成本。     

考虑功率波动及储能寿命的微电网储能容量优化配置

高比例接入可再生能源的独立运行微电网中,针对其出力与负荷功率的不确定和波动性、可再生能源存在浪费的情况,优化配置储能容量,使整个微电网的运行达到污染排放最小和经济性最高.在储能容量优化规划中采用双层优化模型,外层优化模型负责求解微电网系统储能容量规划投资问题,内层模型考虑在运行过程中运行成本、储能寿命损耗、污染气体排放问题.利用雨流计数法计算储能寿命,可充分考虑影响储能设备寿命的各个因素.采用粒子群双层优化算法对微电网进行储能容量优化计算,结果验证了此方法的可行性.对比固定寿命、精确寿命两种计算方式以及对比排放最低模式、寿命优化模式两种优化方式,对储能容量配置及运行方式提供有效的建议.     

基于复合储能的微电网运行方式切换控制策略

微电网是高效规模利用分布式电源的重要途径之一.针对微电网并网运行与孤岛运行方式之间的切换,提出一种含复合储能装置的微电网优化控制策略.在分析蓄电池及超级电容器特点的基础上,将功率密度高的超级电容器和能量密度大的蓄电池组成复合储能装置,用于由分布式电源组成的微电网作为主控电源,以实现微电网的平滑切换为目标.通过在线监测配电网侧与微电网侧电压、频率与相角差的变化,建立了含复合储能的微电网模型,采用多层次控制策略,实现微电网运行方式的自动无缝切换.利用PSCAD/EMTDC软件对系统进行了仿真研究,结果表明:在切换时间、频率、电压与相角差上,复合储能均小于蓄电池储能,所提优化切换控制策略及复合储能系统是有效和可行的.     

保供电型光储微电网运营策略分析

针对传统应急电源车保供电存在的资产利用率不足、成本较高等问题,结合微电网的发展趋势,提出了一种保供电型光储微电网的运营策略,重点讨论了微电网应用于保供电领域的经济性。提出了光储微电网代替应急电源车的保供电思路,从初始投资成本、运维成本、收益三方面初步分析了微电网应用于保供电领域的经济性;为了解决现阶段储能投资效益差的难题,提出了供电企业向储能投资商给予补贴的建议,并为此提出了虚拟保电量的概念;为了合理确定供电企业给予储能投资商的补贴数额,提出了非博弈和博弈2种补贴方案,并对3种运营模式中共同博弈投资模式的内部交易和定价机制进行了详细讨论。基于算例分析了不同的运营模式下供电企业和社会资本的经济效益,以确定最优的运营策略。     

基于需求侧响应和储能电量预估的微网运行调度策略

微网在孤岛运行期间,若微电源和储能装置容量不足,则无法保证网内所有负荷的正常供电。为提高微网供电可靠性,同时尽可能利用可再生能源发电,提出了一种基于需求侧响应和储能电量预估的微网运行调度策略。该策略针对孤岛运行期间的微网,根据微源发电功率和负荷用电功率的超短期预测结果,对储能功率和剩余电量进行预估,结合预估结果和需求侧信息对各类负荷实施不同的调度策略。通过对可平移负荷的平移优化和对可中断负荷的适时逐级投切,达到微网内重要负荷可持续供电和其他负荷停电时间最短的目标。仿真算例验证了所提策略的正确性和有效性。     

园区综合能源系统互联安全性与运营模式研究

首先提出了基于公共储能的园区综合能源系统互联方案,系统间通过公共储能的直流母线互联,在低压侧实现闭环运行;其次,提出实时动态组网技术提升故障时系统供能安全性,提出综合能源优化调配技术实现分布式电源的完全就地消纳;再次,分析了园区综合能源系统互联前后的供能安全性和技术经济性,针对互联后产生的增量收益,提出了多主体参与的商业运营模式,实现了储能投资商、能源服务公司和用户的三方共赢;最后,将研究成果应用于实际的园区综合能源系统改造工程,运行结果验证了理论技术的先进性。     

考虑容量约束的储能规模化应用商业模式评价

考虑储能应用价值的容量相关性约束,提出了一种储能规模化应用商业模式精确定量评估方法。采用双梯级函数来表征电网对储能、火电等灵活性调节资源性能和容量的要求;根据储能在源、网、荷侧产生的发电量、输配电量、电费和辅助服务收益等增益,建立“储能+”场景下新能源业主、电网运营商、用户、储能业主等相关方的收入函数;根据增益耗费的储能容量,建立相关方分摊的储能成本函数;综合考虑新能源、电网、用户或者第三方等投资主体的净收益最大,建立储能投资博弈模型。最后,根据甘肃省的实际情况,评价了不同模式场景下规模化推广储能的商业模式,并对关键参数进行了灵敏度分析,论证了不同组合运营方式在特定源荷区域的效果,验证了所提方法的可行性。     

两级式储能逆变器并离网控制技术

随着新能源的大规模应用,储能装置作为一种可控电源,因具有调峰幅度大、响应速度快等优点而在保证微电网正常运行方面具有重要作用。介绍了一种两级式储能逆变器,一级是三相全控桥构成的网侧变换器,另一级是3个交错并联回路构成的直流变换器。阐述了该储能逆变器在并网和离网工作模式下的控制原理及并离网切换的技术关键点。通过MATLAB仿真验证了该储能逆变器采用所提控制策略可以实现并网、离网的正常运行以及并离网切换的顺利过渡,采用3个交错并联回路结构的直流变换器可以提高总输出电流能力,通过载波移相可以减小总输出电流波动。储能逆变器可靠地实现了微电网的并网和离网运行控制,有效地改善了可再生能源发电输出功率的连续性,为新能源领域进一步发展提供了技术保障。     

基于合作博弈的需求侧响应下光储微电网优化配置

在电力市场环境下,考虑需求侧响应和储能系统对微电网的影响,通过合作博弈的方式进行系统联合优化配置。提出一种在需求侧用户适当转移负荷的情况下实行分时电价的微电网运行策略,用于实现微电网收益最大化和最优可靠性。首先,建立了转移负荷的用户、分时电价下进行负荷响应的用户和储能系统的目标函数和模型。其次,利用合作博弈的方式将三方进行联合优化配置,采用迭代算法求出了三方联合优化纳什(Nash)均衡点(最优配置方案)。基于此提出系统联合优化运行策略。将该模型和算法应用于甘肃某一实际光伏微网系统,验证了其有效性。     

面向园区的光储型微电网设计与应用

为满足园区重要负荷在配电网失电后的可靠供电以及园区并网下的经济运行需求,设计了一种集光伏发电、储能装置、负荷等可控设备于一体的园区光储型微电网。开展了系统的容量配置和控制架构设计,研发了微电网中央控制器和园区能量管理系统等关键模块。园区微电网中央控制器提供的并离网下模式切换控制方法,在配电网发生故障时可快速切换运行模式,保障了园区重要负荷的稳定供电,最大化减小了配电网故障带来的影响。园区能量管理系统提供的经济调度模型,以最小运行费用为目标,通过商业软件CPLEX求解,给出了园区各设备在多场景下的最优运行结果。设计的系统已在某产业园成功应用,通过实测数据证明了所设计系统的合理性。     

微电网中储能电池的经济运行分析

针对微电网中储能设备的经济运行问题,建立了储能电池的运行成本模型。该模型不仅考虑了储能电池的折旧费用、分时电价的影响、与主网交互电能的费用,还考虑了其在运行过程的实际特性。以河北某110kW微电网工程为研究案例,选取当地风、光、负荷的典型日功率曲线,并按照提出的三种不同微电网运行策略,分析储能电池的运行成本大小。经过分析得出:在当地的自然条件下,采用并网功率定值控制策略,储能电池的运行最经济。     

电力系统中储能发展前景及应用关键问题研究

随着储能技术日趋成熟和成本快速下降,中国储能产业快速发展,逐步从研发示范向商业化阶段过渡,但整体来看储能产业还处于发展初期阶段,仍存在发展前景不明晰、技术标准不完善、商业模式和市场机制不清晰等问题。从发展规模、技术经济性、产业链等方面总结中国储能发展现状,基于“源-网-荷-储”协调规划理论,从宏观层面展望新能源大规模发展形势下中长期储能发展前景,研究储能在电力系统中的合理运行方式、与新能源消纳关系等重要问题;从微观层面对储能在电源侧、电网侧和用户侧等场景的应用关键问题及发展对策进行分析,并提出相关建议,为推动中国储能产业健康发展提供参考。     

计及用户舒适度的海上孤岛微电网运行策略

在高比例新能源的孤岛微电网中,风电的间歇性与波动性会增加微电网运行调度的不确定性,严重情况下可能对系统安全稳定运行造成影响。为此,提出一种计及用户舒适度需求侧管理的海上孤岛微电网运行策略。首先,针对微电网内不同类型负荷用户进行精细化建模以及差异化需求响应策略,提出不同类型用户的评判指标。其次,综合用户舒适度最优以及微电网日运行成本最小为目标建立日前调度框架,并利用yalmip+cplex求解器进行求解得到日前调度计划。最后,以某海上孤岛微电网为例,在不同风电场景下验证所提策略的有效性与普适性。