微电网能量管理解决方案
一、概述
微电网是由分布式电源、储能系统、能量转换装置、监控和保护装置、负荷等汇集而成的小型发、配、用电系统，是一个具备自我控制和自我能量管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。从微观看，微电网可以看作小型的电力系统；从宏观看，微电网可以认为是配电系统中的一个“虚拟”的电源或负荷。
微电网概念的兴起主要是解决分布式电源并网带来的技术、市场和政策上的问题。为了最大限度地发挥分布式发电技术在经济、能源和环境中的优势,很多国家都将微电网纳入未来电网发展的日程中。欧洲以及美国、日本等国家都针对本国实际提出了微电网的概念并积极开展研究,到目前为止,微电网在理论与应用上都取得了丰硕的成果。中国的微电网发展起步较晚，目前主要处在实验室及示范工程阶段。
西安高压电器研究院有限责任公司（以下简称西高院）在微电网发展初期开始关注该领域的动态，并结合自身的生产发展实际于2011年开始筹备组建用于微电网及相关配套新能源产品研究的示范平台。为了能够更加深入的研究微电网的运行特性，西高院项目组自主研发了用于微电网的能量管理系统，实现了对微电网内各个微电源、混合储能、可分级调控负荷及其他相关设备的综合管理。
二、微电网系统简述
西高院微电网系统的主要组成有，太阳能光伏发电和模拟风力发电组成的微源模块，由电池和超级电容组成的混合储能模块，可以进行分级控制的负荷模块，可以实现自动检测和无缝切换的并网模块。系统主要组成见图1。
该系统一期建设容量为22kW,以交流母线为主，直流母线预留接口，方便后期扩建。系统建成后为西高院综合办公楼提供照明用电，在充分利用新能源的同时，也为用电负荷提供了双重供电的保障。
根据初步的统计测算数据，该系统年发电量超过三万千瓦时，减少碳排放量约为两万七千五百余千克。系统的建成不仅能够为相关新能源领域内的研究提供平台，同时提供了清洁能源的电能，为环境的净化贡献了一份力量。
三、能量管理解决方案
西高院微电网的能量管理解决方案是项目组自主研发的一套系统，软件系统完全自主开发，硬件系统主要由CAN通信网络组成，并配置了适当的控制设备。它是一个一体化信息处理平台，将微电网监控和能量管理结合起来，实现了对微电网各个设备状态的监控，微电网内部能量运行的管理，系统运行模式及策略的优化，对系统的控制保护等功能集合在一起的综合管理系统。
分布式能源与微电网技术 摘要：在现代城市化进程加快发展下，能源需求量逐渐增长。分布式能源和微 电网技术能促进城市的绿色化和清洁能源的应用，达到节能减排的目的，也能为 现代智能电网建设提供有效依据，保证电网的安全与稳定。 关键词：分布式；能源；微电网技术 在中国经济快速提升下，工业化和城镇化进程加快发展，其存在的能源安全 问题更为突出。尤其是二氧化碳带来的全球变暖问题，引起社会的关注。在该发 展背景下，对城市的建设思想和发展模式有序转变，加大力度引进风力发电、太 阳能发电模式等，促进整体的规模化发展。 一、分布式能源和微电网技术的研究意义 第一，加强对分布式能源和微电网技术的研究，能确保清洁能源的有效应用。基于太阳能、风能等多个形式清洁能源的应用，能保证能源的灵活接入和智能化 控制，将其应用到智能终端进行消费，促使低碳城市建设目标的实现。第二，加 强对分布式能源和微电网技术的研究，也能提升总体的供电可靠性。基于分布式 发电的投入以及微网的统一管理，在先进系统和设备下，为电网运行提供强大保障，促使电能质量更可靠。第三，分布式能源和微电网技术的研究，也能为其提 供双向互动用电服务模式。基于微网、智能家居和分布式发电，能为系统提供统 一接口，维护用户和电网之间的相互沟通和交流，也能使用户获得新的体验。加 强对分布式能源和微电网技术的研究，将其作为智能电网建设中的主要部分，是 新时期建设与发展下的主要模式，也承担者社会建设职责。其中的分布式能源， 在智能集成模式下，能保证接入系统的安全与可靠，也能确保微网更灵活。所以，加强对分布式能源和微电网技术的应用，是城市绿色、清洁能源推动和应用的主 要条件，在节能减排工作中，将其渗透到工作中，对电网的安全运行也具备十分 重要的作用[1]。 二、分布式能源和微电网技术的关键 （一）容量配置 清洁能源具备明显的间歇式能源特点，受到天气情况影响较大，电能的输出 波动大。基于对分布式能源和微电网技术的应用，能够在各个单位组成模式下， 对其容量有效配置，确保风能、太阳能相互应用，发电单位和储能单元之间也能 互补。在整个分布式能源和微电网中，结合时间功率，为其输出曲线，也能避对 电网产生的影响。通过对储能系统应用，对分布式能源和微电网技术有效调度， 以达到清洁能源的充分应用。比如：储能电池，能对分布式能源生产中存在的问 题有效解决，尤其是在较小负荷下，达到电能的储存目的。如果负荷较大，将释 放电能，保证系统的科学稳定运行。如：将储存电池和系统交流侧进行链接，基 于储能单元和发电单元的协调，为其提供对平滑分布式能源的波动，避免给电力 系统带来较大冲击，维护其稳定性。储能电池也能对当地的交流负荷需要无功功率、负荷电流谐波的获取，以免电压波动、闪变现象的发生，这样才能达到有效 的节能效率[2]。 （二）接入方式 结合当前的建设标准和规程，需要在谐波、电压波动和电压不平衡度上给予 全面控制和探讨，也要为分布式能源和微电网技术的应用提出合理对策。分布式 能源和微电网利用分布发电和集中并网接入方式来实现。集中并网多为直流母线 汇流、各个发电单元在电能控制模式下，将其转变为直流母线。基于逆变器，将
微电网能量管理系统相关资料 微电网采用了大量的现代电力电子技术将光伏发电、风电、燃气轮机、燃料电池、储能设备等微电源装置并在一起,直接接在用户侧,构成规模较小的分散的独立系统。对于大电网来说,微电网可被视为电网中的一个可控单元,由于电力电子器件的高反应特点,它可以迅速满足外部输配电网络的需求。另外,对用户来说,由于微电网的分布特点,可以维持本地电压稳定、增加本地可靠性、降低馈线损耗、通过利用余热提高能量利用的效率及提供不间断电源等,能够满足他们特定的需求。 在接入电网问题上,微电网的入网标准不针对各个具体而分散的微电源,只针对PcC(微电网与大电网的公共连接点)。微电网不仅解决了分布式电源单机接入成本高的问题,还充分发挥了分布式电源的各项优势,并且为用户带来了其它多个方面的效益。 微电网能量管理系统的主要管理对象： 1.分布式电源 微电网中的分布式电源包括燃料电池、微型燃气轮机、柴油发电机、热电联产系统、风电、光伏等。其中，热电联产系统通过燃料电池、微型燃气轮机或其他燃机在发电的同时提供热能，能量利用率超过 80%，在微电网中具有较好的应用前景。不同类型的电源通过整流器和逆变器等电力电子设备将不同频率的电能平滑地转换为相同频率的交流或直流电能。通过控制逆变器可以控制分布式电源的输出，让分布式电源按指定的电压和频率（U/f 控制)或有功和无功(PQ控制)输出。这些基于逆变器的控制方式支撑着微电网系统的总体控制策略。分布式电源按可控性分为不可调度机组和可调度机组。风电、光伏的发电主要取决于自然环境，具有随机性和波动性，属于不可调度机组，其具有一定的可预测性，但目前仍具有较大的预测误差。而燃料机组如微型燃气轮机、燃料电池、柴油机属于可调度机组，微电网能量管理系统需要预测风电、光伏的出力，并根据预测出力、燃料机组油耗、热电需求等制定可调度机组的调度计划。 2.储能系统 储能系统在微电网中得到了广泛的应用，适合微电网的储能技术主要有蓄电池、飞轮、超级电容。蓄电池具有电能容量大、能量密度大、循环寿命短等特点，在并网时起削峰填谷和能量调度的作用，在孤网时常作为中心存储单元，维护微电网的频率与电压稳定。飞轮具有较大的能量密度、较高的功率输出和无限的充放电次数，常用来平抑微电网中的瞬时功率波动。超级电容具有功率密度大、循环寿命长、能量密度低等特点，但相对于其他 2种储能技术具有较高的成本。由于具有较低的惯性、储能系统在微电网中可以平抑可再生能源和负荷的功率波动，维护系统的实时功率平衡，同时能在微电网并网与孤网状态切换时提供瞬时的功率支撑，维持系统稳定。储能系统一般通过逆变器接入微电网，采用U/f 控制和 PQ控制，接受微电网能量管理系统的指令来决定工作方式和发电功率。储能系统的管理目标取决于微电网的工作方式。在并网模式下，其主要是确保分布式电源的稳定出力，容量充足时可以起削峰填谷和能量调度的辅助作用；在孤网模式下，储能系统主要是维护系统稳定，减少终端用户的电能波动。
附件1：新能源微电网技术条件 一、联网微电网 联网微电网是解决波动性可再生电力高比例接入配电网的有效方案。相对于不带储能的简单可再生能源分布式并网发电系统具有如下功能和优势： 1、通过微电网形式可以有效提高波动性可再生能源接入配电网的比例，功率渗透率（微电网额定装机功率与峰值负荷功率的比值）可以做到100%以上，此次申报项目原则上要求做到50%以上； 2、微电网具备很强的调节能力，能够与公共电网友好互动，平抑可再生能源波动性，消减电网峰谷差，替代或部分替代调峰电源，能接受和执行电网调度指令； 3、与公共电网联网运行时，并网点的交换功率和交换时段可控，且有利于微电网内电压和频率的控制； 4、在微电网自发自用电量效益高于从电网购电时，或在公共电网不允许“逆功率”情况下，可以有效提高自发自用电量的比例，避免损失可再生能源发电量，提高效益；当公共电网发生故障时，可以全部或部分孤岛运行，保障本地全部负荷或重要负荷的连续供电； 5、延缓公共电网改造，不增加甚至减少电网备用容量； 6、在电网末端可以提高供电可靠性率，改善供电电能质量，延缓电网（如海缆）改造扩容，节约电网改造投资；
7、与其它清洁能源（如CHP）和可再生能源不同利用形式结合，可以同时解决当地热水、供热、供冷和炊事用能问题。 主要技术条件 1、与公共配电网具有单一并网点，应能实现联网和孤岛2种运行模式，根据所在地区资源特点、负荷特性以及电网需求和架构，可以具备上节联网微电网的一种或多种功能。 2、微电网接入110kV公共配电网，并网点的交换功率应≤40MW，微电网接入35kV公共配电网，并网点的交换功率应≤20MW，微电网接入10kV公共配电网，并网点的交换功率应≤6MW，微电网接入400V公共配电网，并网点的交换功率应≤500kW； 3、储能装置的有效容量由所希望实现的功能、负荷的日分布特性、孤岛运行时间以及电网调峰需求决定，应根据实际情况设计； 4、在具备天然气资源的条件下，可应用天然气分布式能源系统，作为微电网快速调节电源，为消纳高比例、大规模可再生能源发电提供快速调节能力； 5、具有从发电到用电的智能能量管理系统，具有用户用能信息采集功能和远程通信接口； 6、微电网与公共配电网并网，应符合分布式发电接入电力系统的相关技术规定；微电网供电范围内的供电安全和电能质量亦应符合相关电力标准。
微电网能量管理运行优化研究 发表时间：2017-07-03T11:17:13.947Z 来源：《电力设备》2017年第7期作者：侯方域陈灿灿 [导读] 摘要：主要研究微电网能量管理优化问题，提出了电网分级分布式衰减能量管理系统的建设方案，设计了电力预测，经济调度，需求响应和联络线功率控制等功能电网能源管理系统软件。 （国网晋城供电公司山西省晋城市 048000） 摘要：主要研究微电网能量管理优化问题，提出了电网分级分布式衰减能量管理系统的建设方案，设计了电力预测，经济调度，需求响应和联络线功率控制等功能电网能源管理系统软件。在此基础上，本文提出了一种基于改进遗传算法的最小化总运营成本目标的微电网，通过仿真验证了一种用于优化能量管理和算法有效性的新方法。 关键词：微电网；能源管理；分层优化；多代理系统 为了充分发挥低碳微电网的优势，经济，需要优化微电网功率调度，以最大限度地利用微型电源。根据微网系统的特点，提出了一套相对完整的微网能量管理系统，每个功能模块和主要任务的特点完善细节，系统可以实现综合监测，预测，时间和历史信息的微网系统的状态同步监测，预报警和预防控制以及微网电力多目标优化运行综合协调控制功能。微电网能量管理系统进一步完善微电网控制功能，提高微电网的控制精度和有效性，为开发和工程应用原型系统提供重要支撑。 微电网具有分布式发电（微）电源小型化和数量少的特点，微发电特性不同，发电和环境条件，如温度，风速，日照辐射密切相关，输出具有很大的随机性和挥发性。微电网中的负载将随时间，天气和经济因素而变化。这使得分布式发电设备的故障率也随环境条件和时间而变化，电源和负载程序之间的能量交换也变得更加复杂。 对于更多能源的微电网，能源管理系统需要从微电网系统的安全性，电源质量，经济和环境等方面全面控制。目前，微网系统网络结构框架，调度控制策略和控制单元级功率/能量存储的微网系统级能量管理系统研究的主要研究仍然在婴儿理论中。主要对微电网能量管理系统的人机界面设计进行了优化。提出了基于中央控制器的微电网能量管理策略的层次控制，微电网运行分析的两种市场政策。微电网经济运行调度政策的能量研究和人机界面的设计。通过对基于PQ控制仿真模型的逆变器的研究和基于下垂控制逆变器数学建模，微网控制策略的分析。微网格系统的微网格研究领域目前很少有研究文献层面的能源管理系统。综上所述，根据传统能源管理系统的电网本身的特点，本文提出了一种相对完善的微电网能源管理系统， 实现同步监测，预报预警和预防控制以及多目标优化运行综合协调控制功能的综合监测，预报，实时和历史信息系统。下面从系统功能和系统结构两个方面介绍，并重点介绍信息采集和数据预处理，网络分析，能量优化功能模块的主要任务及其完善的特点。 微电网能量管理系统功能系统结构如图所示 分为信息采集和数据预处理，网络分析和能量优化三个方面。 1 信息采集和数据预处理主要任务是收集微网单元的模拟量和开关量数据，天气信息，相量数据，并连接到电网能源管理系统数据；结合CIM模型，微电网管理历史部分信息，数据预处理，为下一步应用提供集成模型，图形和参数。通过使用SCADA测量实现，与 - PMU-2混合，用于微网系统状态的同步监测，克服了SCADA监测过程，对不同监测点之间的统一监测结果缺乏精确的定时和总体动态分析进行了在整个系统上，仿真模型只能通过离线校准问题。利用SCADA和-PMU-2与微电网和模块之间的能量管理系统进行数据传输，传输控制模块之间，一套基于CIM模型的PI（工厂信息）实时数据库系统进行数据交换存储基地，通过CIM模型，可以在微网能量管理系统内部和不同能源管理系统之间进行数据共享和交换，实时监测微电网等电气参数的并网节点信息，保证微电网电网和连接到电网之间的能量交换的安全稳定性。使用历史段管理模块，关联，合并，数据修改模型，如数据挖掘预处理，数据BuZhao功能实现收集信息的集成并形成历史段，下一步系统使用先进应用功能模块分析。 2 网络分析结合综合模型，图形和参数在一个单元中，用于微电网状态估计，基于微电网状态变量的混合测量；根据微网状态变量和控制变量，结合微电网，设备的健康状况，评估风险分析和敏感性分析，并预测潜在故障，定量消除趋势故障的调整因素限制；通过预警和报警模块，可以通过声光报警，故障情况，快速采取相应的预防措施或应急控制。基于混合测量的状态估计，在网络拓扑分析的基础上，基于模拟数据采集，SCADA模块和相量数据 - PMU-2模块采集，计算电网的状态变量。系统进入风险分析和敏感性分析。使用风险分析模块，在微网系统中定量随机故障因素，建立定量指标计算的风险表征系统，进行分析。经过灵敏度计算与控制变量的微小变化和状态变量之间的关系的变化，计算分支微电源的限制趋势，负载灵敏度，计算在此分析的基础上迅速消除限制量的微功率有功功率的调整，可以调整为更小，更快，更好的结果用于提供快速指导预防和控制危险情况。综合分析和灵敏度分析结果进行风险评估，安全分析，通过声光报警，预防措施和应急控制模块预测可能的风险状况和故障状况，同时处理微网系统是自动或手动干预或危险情况的故障，其优先级高于微电网优化调度模块。 3 能量优化的主要任务是确保系统安全的微网系统网络分析，在基于微电网信息的状态估计的基础上，结合微型发电机，负荷预测，储能单元能量状态预报和分析系统运行，实现微电网多目标优化运行和综合协调控制。根据微网控制目标的不同操作模式和系统，在预测信息和基于系统分析的运行中，分析微电网互联/隔离网运行模式的系统状态，微功率控制策略和储能系统，运行系统分析指标，具体单位
园 区 微 电 网 建 设 方 案 杭州品联科技有限公司 2017.3
一．项目背景 园区工程建设项目-智能微电网示范与研发中心，将充分利用园区内楼顶及空地安装一定容量的光伏发电与风力发电系统，并接入燃气轮机，储能装置，电动汽车充电站，模拟柴油发电系统，与大电网一起为园区内负荷供电，同时在研究生宿舍楼建设智能用电系统实现智能用电双向互动。 本方案将根据园区建设的实际情况，利用自身优势，搭建一套功能完善的微电网系统，以现实光伏，风力再生能源的最大化利用，节约储能系统建设成本，使得分布式可再生能源发电系统与整个园区内的配电网络协调运行。 改姓名集工程开放性，应用示范性，技术研发性和科普展示性于一体。 智能微电网示范与研发中心建设的主要内容包括： 1）新能源发电系统：本示范与研发中心将以光伏发电为主，并包含风力发电及燃气轮等新型能源，最终形成一个含多种分布式能源的微电网系统。 2）多种储能系统：本项目将建设综合铅酸蓄电池，铅酸铁锂电池，超级电容等多种形式的储能系统，保障微电网示范平台的安全可靠性，并实现电力削峰填谷及经济运行。 3）模拟柴油发电系统：本项目将选用一台50KW的模拟柴油发电机，布置于地下停车场。 4）电动汽车充电示范平台：建设一定规模的电动汽车充电设施，主要应用于小型车辆充电，且具备V2G扩展功能，后期实现能量的双向流动。 5）智能用电系统：以园区公寓为对象，对现有标计进行改造，运用用电采集器进行信息采集，通过用电能量管理系统，实现供电与用户的双向互动及用电能效的最优。 通过该平台的建设，希望实现以下功能： （1）实现光伏发电，风力发电、燃气轮机等分布式电源以及储能，电动 汽车能量转换单元等关键技术与设备的示范与应用，并开展如下技术研 究： 1）分布式电源与能量转换单元的布局优化、选型与结构设计；
中国高等学校电力系统及其自动化专业第 29 届学术年会，湖北宜昌：三峡大学，2013
直流微电网双层控制策略
孟明 1，原亚宁 2
1
华北电力大学
2
华北电力大学
Email: yuanyaning1990@https://www.doczj.com/doc/b714390494.html,
摘 要：为了更好的实现直流微电网中新能源即插即用功能、提高新能源的利用率、改善 直流侧母线电压性能， 本文提出了直流微电网的分层控制策略。 所介绍的分层控制策略包 括两层： 微电网内层中新能源由最大功率跟踪控制实现新能源的最大化利用， 储能单元采 用电压平抑控制保证直流侧母线电压稳定； 微电网接口处变换器双向矢量解耦控制包含电 压电流双闭环控制，利用 d-q 坐标轴变换控制直流电压和功率因数，解决并网时功率双 向流动的问题。 本文给出了各层控制具体的理论分析和设计方法。 仿真结果证明了该方法 的可行性和有效性。 关键词：直流微电网；双层控制策略；最大功率跟踪；电压平抑；AC/DC 双向换流器
Hierarchical Control System for DC Microgrid
Meng Ming1,
1 North China Electric Power University
Yuan Yaning2
2 North China Electric Power University
Email: yuanyaning1990@https://www.doczj.com/doc/b714390494.html,
Abstract: In order to enhance the plug and play function of new energy power generation in DC microgrid, to increase the utilization of new energy and to improve the performance of DC bus voltage, a hierarchical control strategy of DC microgrid is proposed in this paper. This hierarchical control strategy is composed of two levels. Both new energy by the maximum power point tracking control to improve the utilization of new energy and energy storage unit controlled by voltage stabilization strategy to guarantee the stability of DC bus voltage are achieved in the primary control level. Secondary control level is employed to control the DC voltage and power factor by using d-q shaft transformation decoupling and solve the problem of bidirectional power flow with the grid by vector decoupling control. The detailed theoretical analysis and design method for each control level is also realized. Comprehensive simulation results indicate that the system based on new control method is stable and effective. Keywords: DC Microgrid; hierarchical control strategy; maximum power point tracking; voltage stabilization; bidirectional AC/DC converter 微电网，提出了一种双层控制策略。
1 引言
微电网可分为交流和直流两类[1-2]，目前主要以交 流形式存在[3]，但随着新型负荷如计算机、家用电器、 变频器、开关电源、通信设备、电动汽车以及各种电子 设备的迅速发展，直流微电网有着更广阔的前景。与交 流输电相比，直流输电有很多方面的优势，主要表现在 [4-6] ：(1)直流输电不考虑频率的稳定问题；(2)直流输电 调节控制比较容易并且迅速； (3)直流输电线路本身无需 无功补偿；(4)直流输电并入大电网不需要考虑同步问 题； (5)直流输电还具有网络损耗小、 对通信干扰小等优 点。为了在直流微电网中实现清洁能源的有效利用；维 持直流母线电压的稳定； 实现功率在直流微电网和大电 网间的双向流动。 本文基于太阳能和蓄电池构成的直流
2 直流微电网中的内层控制
2.1 直流微电网的结构
直流微电网的出现为分布式新能源发电带来许多 便利。 直流微电网拥有独特的直流输电线路,相对于传统 交流系统不会产生大型故障，并未增加成本，同时还避 免了交流微电网中无功功率和频率等问题[7]。直流微电 网主要由双向变流器、太阳能、储能装置、直流母线和 直流负荷构成。图 1 是本文直流微电网的拓扑结构图。
D-226
微电网能量管理系统概述 一、微电网能量组成 微电网是近年来出现的一种新型能源网络化供应与管理技术的简称，它能够利地将可再生能源和清洁能源系统的接入，实现需求侧管理以及现有能源的最大化利用。微电网将发电子系统、储能系统及负荷相结合,通过相关控制装置间的配合,可以同时向用户提供电能和热能,并能够适时有效地支撑大电网,起到消峰填谷的作用。所以微电网概念一经提出,就引起世界能源专家和电力工业界的广泛重视,世界很多国家都加强了相关基础科学研究的力度,对微电网的认识随着研究的进行在不断地具体化、深入化和系统化。而微电网对于解决我国现有大电网运行中凸显的问题,以及能源危机等相关问题,无疑是提供了一个好的解决途径。 1.1风能 风能是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量。空气流具有的动能称风能。空气流速越高，动能越大。人们可以用风车把风的动能转化为旋转的动作去推动发电机，以产生电力，方法是透过传动轴，将转子（由以空气动力推动的扇叶组成）的旋转动力传送至发电机。到2008年为止，全世界以风力产生的电力约有94.1 百万千瓦，供应的电力已超过全世界用量的1%。风能虽然对大多数国家而言还不是主要的能源，但在1999年到2005年之间已经成长了四倍以上。 风能优点： 1.风能为洁净的能量来源。 2.风力发电是可再生能源，很环保。 3.风能设施多为不立体化设施，可保护陆地和生态。 4.风能设施日趋进步，大量生产降低成本，在适当地点，风力发电成本已 低于发电机。
1.风力发电需要大量土地兴建风力发电场，才可以生产比较多的能源。 2.进行风力发电时，风力发电机会发出庞大的噪音，所以要找一些空旷的 地方来兴建。 3.在一些地区、风力发电的经济性不足：许多地区的风力有间歇性，更糟 糕的情况是如台湾等地在电力需求较高的夏季及白日、是风力较少的时 间；必须等待压缩空气等储能技术发展。 1.2光伏 光伏是太阳能光伏发电系统的简称。是一种利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统，有独立运行和并网运行两种方式。 光伏能量的来源由光伏板组件，它是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并为电网供电。光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电力。近年，天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。 光伏优点： 1.普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或 岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且无须开采和运输。 2.无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境污 染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。 3.巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其总 量属现今世界上可以开发的最大能源。 4.长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年， 而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是 用之不竭的。
微电网能量管理运行优化研究 摘要：主要研究微电网能量管理优化问题，提出了电网分级分布式衰减能量管 理系统的建设方案，设计了电力预测，经济调度，需求响应和联络线功率控制等 功能电网能源管理系统软件。在此基础上，本文提出了一种基于改进遗传算法的 最小化总运营成本目标的微电网，通过仿真验证了一种用于优化能量管理和算法 有效性的新方法。 关键词：微电网；能源管理；分层优化；多代理系统 为了充分发挥低碳微电网的优势，经济，需要优化微电网功率调度，以最大 限度地利用微型电源。根据微网系统的特点，提出了一套相对完整的微网能量管 理系统，每个功能模块和主要任务的特点完善细节，系统可以实现综合监测，预测，时间和历史信息的微网系统的状态同步监测，预报警和预防控制以及微网电 力多目标优化运行综合协调控制功能。微电网能量管理系统进一步完善微电网控 制功能，提高微电网的控制精度和有效性，为开发和工程应用原型系统提供重要 支撑。 微电网具有分布式发电（微）电源小型化和数量少的特点，微发电特性不同，发电和环境条件，如温度，风速，日照辐射密切相关，输出具有很大的随机性和 挥发性。微电网中的负载将随时间，天气和经济因素而变化。这使得分布式发电 设备的故障率也随环境条件和时间而变化，电源和负载程序之间的能量交换也变 得更加复杂。 对于更多能源的微电网，能源管理系统需要从微电网系统的安全性，电源质量，经济和环境等方面全面控制。目前，微网系统网络结构框架，调度控制策略 和控制单元级功率/能量存储的微网系统级能量管理系统研究的主要研究仍然在婴儿理论中。主要对微电网能量管理系统的人机界面设计进行了优化。提出了基于 中央控制器的微电网能量管理策略的层次控制，微电网运行分析的两种市场政策。微电网经济运行调度政策的能量研究和人机界面的设计。通过对基于PQ控制仿 真模型的逆变器的研究和基于下垂控制逆变器数学建模，微网控制策略的分析。 微网格系统的微网格研究领域目前很少有研究文献层面的能源管理系统。综上所述，根据传统能源管理系统的电网本身的特点，本文提出了一种相对完善的微电 网能源管理系统， 实现同步监测，预报预警和预防控制以及多目标优化运行综合协调控制功能 的综合监测，预报，实时和历史信息系统。下面从系统功能和系统结构两个方面 介绍，并重点介绍信息采集和数据预处理，网络分析，能量优化功能模块的主要 任务及其完善的特点。 微电网能量管理系统功能系统结构如图所示 分为信息采集和数据预处理，网络分析和能量优化三个方面。 1 信息采集和数据预处理主要任务是收集微网单元的模拟量和开关量数据，天气信息， 相量数据，并连接到电网能源管理系统数据；结合CIM模型，微电网管理历史部分信息，数 据预处理，为下一步应用提供集成模型，图形和参数。通过使用SCADA测量实现，与 - PMU- 2混合，用于微网系统状态的同步监测，克服了SCADA监测过程，对不同监测点之间的统一 监测结果缺乏精确的定时和总体动态分析进行了在整个系统上，仿真模型只能通过离线校准 问题。利用SCADA和-PMU-2与微电网和模块之间的能量管理系统进行数据传输，传输控制 模块之间，一套基于CIM模型的PI（工厂信息）实时数据库系统进行数据交换存储基地，通 过CIM模型，可以在微网能量管理系统内部和不同能源管理系统之间进行数据共享和交换，
WORD文档，可下载修改 1微电网的典型结构 图1 微电网结构图 图1为微电网的结构图[1][2]，它通过隔离变压器、静态开关和大电网相连接。微电网中绝大部分的微电源都采用电力电子变换器和负载相连接，使其控制灵活。微电网内部有三条馈线，其中馈线A和B上连接有敏感负荷和一般负荷，根据用电负荷的不同需求情况，微电源安装在馈线上的不同位置，而没有集中安装在公共馈线处，这种接入形式可以减少线路损耗和提供馈线末端电压支撑。馈线C上接入一般负荷，没有安装专门的微电源，而直接由电网供电。每个微电源出口处都配有断路器，同时具备功率和电压控制器，在能量管理系统的控制下，调整各自功率输出以调节馈线潮流。当监测到大电网出现电压扰动等电能质量问题或供 动作，微电网转入孤岛运行模式，以保证微电网内重要敏电中断时，隔离开关S 1 感负荷的不间断供电，同时各微电源在能量管理系统的的控制下，调整功率输出，保证微电网正常运行。对于馈线Ａ、Ｂ、Ｃ上的一般负荷，系统则会根据微电网功率平衡的需求，将其切除。 2负荷分类、要求及接入设备功能 2.1负荷分类与要求 根据负荷对电力需求的特性可将负荷分为基本两大类[3]： 敏感负荷：对这一级负荷断电，将造成人身事故、设备损坏，将生产废品，使生产秩序 长期不能恢复，人民生活发生紊乱等。这是这是敏感负荷中的重要负荷。由于供电中断会造成大量减产、人民生活会受到较大影响的用户负荷，这是敏感负荷中的比较重要的负荷。一般负荷（非敏感负荷）：敏感负荷以外的属于一般负荷。
可视为一个可控的负荷参与微电网的能量调度，并且在适当的时候（孤网模式时）可中断其供电，以此确保敏感负荷的正常供电。 要求：敏感负荷。保证不间断供电以及较高的供电质量。并由独立电源供电。 非敏感负荷对供电方式无特殊要求。 2.2负荷接入设备功能 (1)负荷通断控制 在正常情况下，敏感负荷与一般负荷均应正常供电，当微电网系统因事故出现功率缺额或运行在孤岛模式，应采取切断一般负荷，确保敏感负荷的正常供电。 (2)负荷保护 具有自动跳闸和电动合闸功能，可切断故障电流，发挥保护作用。 (3)微电网功率平衡控制－自动低频减载[4] 当微电网系统因事故出现功率缺额时，其频率将随之急剧下降，自动低频减载装置的任务是迅速断开相应数量的一般负荷，使系统频率在不低于某一允许值的情况下，达到有功功率的平衡，以确保微电网系统安全运行。 (4)负荷监测 提供微电网线路负荷的实时数据包括负荷功率，线路电流情况。对所有线路进行监控，对大负荷及超负荷提供预警和报警信号。 3微电源分类、特点、工作方式及接入设备功能 3.1微电源分类与特点[5] 光伏电池无废气排放、无化石燃料消耗，采用与建筑物集成在一起的模块可联合生产低温热能为房间供暖。但输出的功率由光能决定，因此是断续的，不能与负荷完全匹配，因此常常需要蓄电池或其他辅助系统。一般光伏电池发电模块拥有最大功率点跟踪(MPPT)功能、电池板监测和保护功能、逆变并网等功能，以保
微电网能量管理系统 This manuscript was revised by the office on December 10, 2020.
W O R D文档，可下载修改1微电网的典型结构 图1 微电网结构图 图1为微电网的结构图[1][2]，它通过隔离变压器、静态开关和大电网相连接。微电网中绝大部分的微电源都采用电力电子变换器和负载相连接，使其控制灵活。微电网内部有三条馈线，其中馈线A和B上连接有敏感负荷和一般负荷，根据用电负荷的不同需求情况，微电源安装在馈线上的不同位置，而没有集中安装在公共馈线处，这种接入形式可以减少线路损耗和提供馈线末端电压支撑。馈线C上接入一般负荷，没有安装专门的微电源，而直接由电网供电。每个微电源出口处都配有断路器，同时具备功率和电压控制器，在能量管理系统的控制下，调整各自功率输出以调节馈线潮流。当监测到大电网出现电压扰动等电能质量问题或供电中断时，隔离开关S 动作，微电网转入孤岛运行模 1 式，以保证微电网内重要敏感负荷的不间断供电，同时各微电源在能量管理系统的的控制下，调整功率输出，保证微电网正常运行。对于馈线Ａ、Ｂ、Ｃ上的一般负荷，系统则会根据微电网功率平衡的需求，将其切除。 2负荷分类、要求及接入设备功能 2.1负荷分类与要求 根据负荷对电力需求的特性可将负荷分为基本两大类[3]： 敏感负荷：对这一级负荷断电，将造成人身事故、设备损坏，将生产废品，使生产秩序 长期不能恢复，人民生活发生紊乱等。这是这是敏感负荷中的重要负荷。由于供电中断会造成大量减产、人民生活会受到较大影响的用户负荷，这是敏感负荷中的比较重要的负荷。一般负荷（非敏感负荷）：敏感负荷以外的属于一般负荷。可视为一个可控的负荷参与微电网的能量调度，并且在适当的时候（孤网模式时）可中断其供电，以此确保敏感负荷的正常供电。 要求：敏感负荷。保证不间断供电以及较高的供电质量。并由独立电源供电。 非敏感负荷对供电方式无特殊要求。 2.2负荷接入设备功能 (1)负荷通断控制 在正常情况下，敏感负荷与一般负荷均应正常供电，当微电网系统因事故出现功率缺额或运行在孤岛模式，应采取切断一般负荷，确保敏感负荷的正常供电。 (2)负荷保护 具有自动跳闸和电动合闸功能，可切断故障电流，发挥保护作用。 (3)微电网功率平衡控制－自动低频减载[4] 当微电网系统因事故出现功率缺额时，其频率将随之急剧下降，自动低频减载装置的任务是迅速断开相应数量的一般负荷，使系统频率在不低于某一允许值的情况下，达到有功功率的平衡，以确保微电网系统安全运行。 (4)负荷监测 提供微电网线路负荷的实时数据包括负荷功率，线路电流情况。对所有线路进行监控，对大负荷及超负荷提供预警和报警信号。
能量管理系统 1 微电网结构 制器开关断路器敏感 负荷一般负荷电力传输线信息流线 图1 微电网结构图 图1微电网的结构图[1][2]，它通过隔离变压器、静态开关和大电网相连接。微电网中绝大部分的微电源都采用电力电子变换器和负载相连接，使其控制灵活。微电网内部有三条馈线，其中馈线A 和B 上连接有敏感负荷和一般负荷，根据用电负荷的不同需求情况，微电源安装在馈线上的不同位置，而没有集中安装在公共馈线处，这种接入形式可以减少线路损耗和提供馈线末端电压支撑。馈线C 上接入一般负荷，没有安装专门的微电源，而直接由电网供电。每个微电源出口处都配有断路器，同时具备功率和电压控制器，在能量管理系统的控制下，调整各自功率输出以调节馈线潮流。当监测到大电网出现电压扰动等电能质量问题或供电中断时，隔离开关S 1动作，微电网转入孤岛运行模式，以保证微电网
内重要敏感负荷的不间断供电，同时各微电源在能量管理系统的的控制下，调整功率输出，保证微电网正常运行。对于馈线Ａ、Ｂ、Ｃ上的一般负荷，系统则会根据微电网功率平衡的需求，将其切除。 2负荷分类、要求及接入设备功能 2.1负荷分类与要求 根据负荷对电力需求的特性可将负荷分为基本两大类[3]： 敏感负荷：对这一级负荷断电，将造成人身事故、设备损坏，将生产废品，使生产秩序长期不能恢复，人民生活发生紊乱等，这是敏感负荷中的重要负荷。由于供电中断会造成大量减产、人民生活会受到较大影响的用户负荷，这是敏感负荷中的比较重要的负荷。 一般负荷（非敏感负荷）：敏感负荷以外的属于一般负荷。可视为一个可控的负荷参与微电网的能量调度，并且在适当的时候（孤网模式时）可中断其供电，以此确保敏感负荷的正常供电。 要求：敏感负荷，保证不间断供电以及较高的供电质量，并由独立电源供电。 非敏感负荷，对供电方式无特殊要求。 2.2负荷接入设备功能 (1)负荷通断控制 在正常情况下，敏感负荷与一般负荷均应正常供电，当微电网系统因事故出现功率缺额或运行在孤岛模式，应采取切断一般负荷，确保敏感负荷的正常供电。 (2)负荷保护 具有自动跳闸和电动合闸功能，可切断故障电流，发挥保护作用。 (3)微电网功率平衡控制－自动低频减载[4] 当微电网系统因事故出现功率缺额时，其频率将随之急剧下降，自动低频减载装置的任务是迅速断开相应数量的一般负荷，使系统频率在不低于某一允许值的情况下，达到有功功率的平衡，以确保微电网系统安全运行。 (4)负荷监测 提供微电网线路负荷的实时数据包括负荷功率，线路电流情况。对所有线路进行监控，对大负荷及超负荷提供预警和报警信号。 3微电源分类、特点、工作方式及接入设备功能 3.1微电源分类与特点[5]
直流微电网的效率和经济性 作者：钟文静 来源：《科技创新导报》2020年第05期 摘 ; 要：能源是人类赖以生存的必要条件，随着我国经济建设的发展，传统能源已经无法满足工业需求，因此新能源及分布式电源得到了广泛使用。在将分布式电源投入到电力系统的过程中发现其具有随机性和间接性等问题出现。为了改善此类问题加大了对直流微电网系统的研究。通过加大直流微电网的应用发现传统保护约束了其发展，因袭传统保护不能在微电网系统中使用。同时，直流微电网既可独立运转，又可与外部电网并网运转。直流微电网的特性为其自身的继电保护措施增加了困难度。因为电流信号在时间上会有一定的差距，可以依据此原理对微电网进行保护。在智能电网飞速进步的时代，对电流差保护方案的应用范围也逐渐广泛。鉴于此，本文结合笔者多年工作经验，对直流微电网的效率和经济性提出了一些建议，仅供参考。 关键词：直流微电网 ;影响因素 ;效率和经济性 中图分类号：TM727 ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标识码：A ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 文章编号：1674-098X（2020）02（b）-0085-02 直流微电网的潮流不可直接测量，具有随机性的特点，其网络结构又有辐射型网络和环型网络。为提高直流微电网的供电能力，直流微电网的电流差动保护，无论是高阻性故障还是低阻性故障，该电流保护方案均可以正确判断其位置，并做出迅速的反应，切除故障。通过设置不同位置和不同故障类型的实验，来检测该保护方案的科学性，从而保证直流微电网的稳定运行。 1 ;直流微电网系统结构概述 在光伏发电的基础上经过研究创建了直流微电网系统，此系统较为庞大，主要包含光伏发电单元、蓄电池储能单元、制氢负载单元、燃料电池单元及负荷单元。 1.1 光伏发电单元 光伏发电单元作为直流微电网系统的重要组成部分，经由DC/DC的单向转换器与直流母线相连。为了保障直流微电网的正常运转，光伏发电单元必须在恒压、无压和功率处于最大值时三种条件下互相转换，此三种条件分别对应的是跟踪模式、恒压模式和停机模式，经由此三种模式的互相转换可以有效的保持电压平稳。 1.2 燃料电池单元
微电网能量管理系统 1 微电网的典型结构 制器开关断路器敏感 负荷一般 负荷电力传输线信息流线 图1 微电网结构图 图1为微电网的结构图[1][2]，它通过隔离变压器、静态开关和大电网相连接。微电网中绝大部分的微电源都采用电力电子变换器和负载相连接，使其控制灵活。微电网内部有三条馈线，其中馈线A 和B 上连接有敏感负荷和一般负荷，根据用电负荷的不同需求情况，微电源安装在馈线上的不同位置，而没有集中安装在公共馈线处，这种接入形式可以减少线路损耗和提供馈线末端电压支撑。馈线C 上接入一般负荷，没有安装专门的微电源，而直接由电网供电。每个微电源出口处都配有断路器，同时具备功率和电压控制器，在能量管理系统的控制下，调整各自功率输出以调节馈线潮流。当监测到大电网出现电压扰动等电能质量问题或供电中断时，隔离开关S 1动作，微电网转入孤岛运行模式，以保证微电网内重要敏感负荷的不间断供电，同时各微电源在能量管理系统的的控制下，调整功率输出，保证微电网正常运行。对于馈线Ａ、Ｂ、Ｃ上的一般负荷，系统则会根据微电网功率平衡的需求，将其切除。 2 负荷分类、要求及接入设备功能 2.1 负荷分类与要求
根据负荷对电力需求的特性可将负荷分为基本两大类[3]： 敏感负荷：对这一级负荷断电，将造成人身事故、设备损坏，将生产废品，使生产秩序长期不能恢复，人民生活发生紊乱等。这是这是敏感负荷中的重要负荷。由于供电中断会造成大量减产、人民生活会受到较大影响的用户负荷，这是敏感负荷中的比较重要的负荷。 一般负荷（非敏感负荷）：敏感负荷以外的属于一般负荷。可视为一个可控的负荷参与微电网的能量调度，并且在适当的时候（孤网模式时）可中断其供电，以此确保敏感负荷的正常供电。 要求：敏感负荷。保证不间断供电以及较高的供电质量。并由独立电源供电。 非敏感负荷对供电方式无特殊要求。 2.2负荷接入设备功能 (1)负荷通断控制 在正常情况下，敏感负荷与一般负荷均应正常供电，当微电网系统因事故出现功率缺额或运行在孤岛模式，应采取切断一般负荷，确保敏感负荷的正常供电。 (2)负荷保护 具有自动跳闸和电动合闸功能，可切断故障电流，发挥保护作用。 (3)微电网功率平衡控制－自动低频减载[4] 当微电网系统因事故出现功率缺额时，其频率将随之急剧下降，自动低频减载装置的任务是迅速断开相应数量的一般负荷，使系统频率在不低于某一允许值的情况下，达到有功功率的平衡，以确保微电网系统安全运行。 (4)负荷监测 提供微电网线路负荷的实时数据包括负荷功率，线路电流情况。对所有线路进行监控，对大负荷及超负荷提供预警和报警信号。 3微电源分类、特点、工作方式及接入设备功能 3.1微电源分类与特点[5] 光伏电池无废气排放、无化石燃料消耗，采用与建筑物集成在一起的模块可联合生产低温热能为房间供暖。但输出的功率由光能决定，因此是断续的，不能与负荷完全匹配，因此常常需要蓄电池或其他辅助系统。一般光伏电池发电模块拥有最大功率点跟踪(MPPT)功能、电池板监测和保护功能、逆变并网等功能，以保证光伏电池能够可靠、安全地运行。 微型燃气轮机，具有体积小、质量轻、发电效率高、污染小、运行维护简单可以统一调度。微型燃气轮机模块具有气体温度、压力、流量测量、燃料供给、燃料注入控制、热量处理、转速监控，气体污染物监测、功率调节及并网等功能。具有电力电子转换和控制接口的微型燃气轮机可跟随电网的电压和频率变化，主要起负荷跟踪和削峰填谷的作用。它的另一个作用是完成基本的有功功率控制的同时，可调节系统输出的无功功率，实现电压调节和功率因数的调整。因此是目前最成熟、最具有商业竞争力的分布式电源之一。 3.2微电源典型工作方式 (1)光伏电池具有MPPT和定电压两种工作方式。 当工作在MPPT工作方式且无功功率可调时遵循Q-V下垂特性。 当工作在定电压工作方式时遵循P-f下垂特性。 (2)微型燃气轮机可工作在功率可调的运行方式或定功率的运行方式。 当工作在功率可调的方式时遵循P-f下垂特性和Q-V下垂特性。在此工作方式下，微型燃气轮机可作为具有自适应调节功能的调节电源，快速跟踪负荷有功功率和无功功率的变化。 当工作在定功率的方式时按照设定值输出有功功率和无功功率。
微电网标准体系建设 微电网在全国范围发展迅速，亟需标准化工作给予技术支撑和规范。微电网改变了电力系统在中低压层面的结构和运行方式。与微电网的电网运营企业和设备供应商们熟悉的传统原则受到挑战。迫切需要国家层面的标准化工作支撑，很多时候我们一些供电原则、保护原则等受到挑战，迫切需要从国家层面标准化工作的支撑，必须要有国标才方便管理层面，甚至政府、法院认可的程度。 微电网的标准体系急需统一的规划和顶层设计，微电网和分布式电源并网涉及发电、电网、用户等多个领域，系统复杂性突出。需要将微电网作为一个相对独立单元，对相关技术领域开展系统分析。对不同应用场景下微电网、分布式电源功能进行定位和系统边界区分。从系统的角度辨识标准缺失和可能出现的重复甚至矛盾的地方，识别亟需制定的标准，制定微电网标准化路线图和标准体系。这是我们标委会在做的工作。 目前定的标准，包括微网建模及仿真、微网并网、微源接入微网、微网规划设计、微网运行特性测试、微网调试及验收、微网运行维护、微网内发电侧管理、微网内需求侧管理、微网内储能管理、微网保护、微网信息与通讯、微网监控系统功能、微网黑启动、微网运行评价。在标准领域都有很多工作急需要做，没有这些标准支撑很难形成大规模网站化推广。 针对微电网建设的难题，北京群菱专注于微电网研究试验平台的开发，推出多个微电网实验平台： 1.微电网仿真试验研究平台 2.微电网监控及能量调度管理系统 3.微电网电缆阻抗模拟系统 4.多源互补智能微电网供电系统 5.开放式交直流电力电子研究与试验平台
以上平台均为群菱能源专业设计制造，详细技术方案请联系群菱获取。试验平台可以满足交直流混合微电网的关键设备检测、功能性验证试验、能量调度管理及控制策略研究、微电网之间的相互影响及调度控制技术研究、微电网储能研究以及风光储科学配比优化研究与高渗透率研究。 群菱能源微电网仿真实验室成功案例：中国电科院“先进配电自动化与配电网优化控制联合实验室”、“电力需求侧管理和智能用电仿真实验室”,中科院电工研究所“多能互补发电系统运行和保护性能测试系统”,国网智能电网研究院“交/直流电网物理仿真试验平台”,河南电科院“智能配电网新能源接入研究平台”,浙江工业大学“智能微电网试验、测试与储能系统”,南昌大学“微电网仿真模拟试验平台”等数十家科研院所，为我国微电网标准体系建设贡献出一份力量。 标准化工作的现状以及展望，中国在IEC先后发起成立adhocG53微电网特别工作组和IECSEG6微电网系统评估组，这个组的使命去年年底已经完成了，制定IEC在微电网领域的战略规划。目前微网标准的现国家标准层面，微电网领域6项，行业标准微电网领域4项。微电网标准体系的研究和编制，内容涵盖微电网的规划设计、调试验收、并网测试、运行控制等内容。