季星癸，曹宇超，龔海華

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司太倉市供電分公司，江蘇 太倉 215400）

0 引言

作為一個(gè)擁有全球五分之一人口的大國，我國對能源的需求位居世界前列，但在能源的生產(chǎn)及供給上存在著不少問題，如資源分布的區(qū)域性矛盾、能源利用效率不高、清潔能源占比較低等。能源生產(chǎn)及消費(fèi)是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的戰(zhàn)略性問題，對國家的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展有著舉足輕重的影響。優(yōu)化能源使用效率，提高清潔能源比重已經(jīng)成為共識[1]。習(xí)近平主席在“十九大”報(bào)告中指出，要推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系[2]。目前，我國的能源消費(fèi)仍以煤炭為主，風(fēng)電、水電、核電等清潔能源占比亟待提高[3]。在持續(xù)推進(jìn)能源消費(fèi)升級的背景下，能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展形態(tài)逐漸受到關(guān)注，成為了我國未來能源發(fā)展的一個(gè)重要方向。

考慮到分布式電源、汽車充電樁及直流負(fù)荷的投入日益增加，區(qū)域性綜合能源微網(wǎng)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢，成為能源互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分。綜合能源微網(wǎng)可以協(xié)調(diào)風(fēng)、光、天然氣等多種能源的不同比例接入，通過儲能系統(tǒng)的參與，實(shí)現(xiàn)能源的優(yōu)化配置。其與外部電網(wǎng)的互聯(lián)具有很高的靈活性，對分布式發(fā)電的滲透也很友好，未來，綜合能源微網(wǎng)將成為實(shí)現(xiàn)電能替代、多能互補(bǔ)的高效能源系統(tǒng)，引領(lǐng)能源發(fā)展的變革[4]。

本文主要介紹、分析多元融合綜合能源微電網(wǎng)系統(tǒng)，以交直流互補(bǔ)多站融合示范園區(qū)為例，介紹系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及互動模式。結(jié)合系統(tǒng)的負(fù)荷特性，研究分析區(qū)域綜合微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的建設(shè)思路。

1 區(qū)域綜合能源微網(wǎng)

1.1 區(qū)域綜合能源微網(wǎng)特點(diǎn)

區(qū)域綜合能源微網(wǎng)通過將電、可再生清潔能源、地?zé)岬榷喾N形式的能源密切耦合[5]，打造了“以電力為中心”、“以清潔為方向”“以電網(wǎng)為平臺”的現(xiàn)代能源體系，達(dá)到電能替代、節(jié)能環(huán)保的目的。

綜合能源微網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)仫L(fēng)、光伏、水電等清潔能源的消納最大化，給區(qū)域內(nèi)廠區(qū)供給能源，實(shí)現(xiàn)清潔低碳的能源消費(fèi)模式。廠區(qū)采取多樣化的用能方式，以當(dāng)?shù)仫L(fēng)、光、地?zé)岬瓤稍偕茉吹淖畲笙{為目標(biāo)，可大大提高能源使用效率。通過儲能系統(tǒng)的參與，可以將充電樁、交直流負(fù)荷以電能為媒介雙向傳遞，實(shí)現(xiàn)各種能源靈活接入和綜合集成，充分滿足供給側(cè)多能輸入、消費(fèi)側(cè)多樣用能的需求。

1.2 柔性可控負(fù)荷

根據(jù)可控負(fù)荷的特征和運(yùn)行特性可以把可控負(fù)荷分成如下四類：

第一類負(fù)荷：具有共同的能耗時(shí)段，且運(yùn)行消費(fèi)固定的能量；運(yùn)行過程可以分為幾個(gè)階段，這些階段可以是分開的。典型的例子如洗衣機(jī)等。

第二類負(fù)荷：在任何運(yùn)行階段消耗幾乎固定的能量，即可視為等功率運(yùn)行。這類負(fù)荷包括冷柜、冰箱等。

第三類負(fù)荷：消耗的總功率為相對固定的數(shù)值，但單位時(shí)間的功率可在一定范圍變化，如熱水器。近年出現(xiàn)的變頻電器（變頻冰箱、變頻空調(diào)等）也屬于此類負(fù)荷。

第四類負(fù)荷：消耗的能量總量可控制在一定范圍內(nèi)，當(dāng)前功率與上一階段結(jié)束時(shí)的能量及當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)，典型的該類負(fù)荷為電池類，包括電動汽車、手機(jī)等。電池類負(fù)荷一般具有多種模式：恒壓、恒流、快充等。

2 區(qū)域綜合能源微網(wǎng)互動方式

綜合能源微網(wǎng)的優(yōu)勢在于可以靈活調(diào)配系統(tǒng)內(nèi)部的能源流向，提高用能效果。系統(tǒng)內(nèi)部的互動調(diào)控模式可分為5類：源源互補(bǔ)、源網(wǎng)協(xié)調(diào)、網(wǎng)荷互動、網(wǎng)儲互動和源荷互動[6]。源源互補(bǔ)針對風(fēng)、光、水等清潔能源的隨機(jī)性及不可控性，采取不同電源之間相互調(diào)節(jié)的方式，減少系統(tǒng)的電機(jī)旋轉(zhuǎn)備用，增強(qiáng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力；源網(wǎng)協(xié)調(diào)旨在通過創(chuàng)新電網(wǎng)調(diào)控技術(shù)，消減清潔能源在并網(wǎng)時(shí)對電網(wǎng)的負(fù)面影響，使可再生能源變得“友好”；網(wǎng)荷互動是使負(fù)荷具備自我調(diào)整的能力，對電網(wǎng)形成一定支撐；網(wǎng)儲互動是充分利用儲能系統(tǒng)的雙向調(diào)節(jié)能力，使電網(wǎng)運(yùn)行形式更加靈活；源荷互動使負(fù)荷具備柔性可控特性，參與到電網(wǎng)的供需平衡。

區(qū)域綜合能源微網(wǎng)與外界電網(wǎng)之間應(yīng)具備靈活可靠的互動模式，主要包括以下三種[7]：

2.1 主動孤網(wǎng)

系統(tǒng)的控制總臺收到上級或者外部電網(wǎng)的預(yù)警信號，通過微網(wǎng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)部資源的整理，改變運(yùn)行方式，將并網(wǎng)處的交換功率降低至零附近，視為系統(tǒng)失去與外部電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)，保持孤網(wǎng)運(yùn)行，維持系統(tǒng)內(nèi)部穩(wěn)定。

圖1 孤網(wǎng)運(yùn)行示意圖

2.2 應(yīng)急支撐

當(dāng)發(fā)生緊急情況如特高壓直流閉鎖、突然失去大電源時(shí)，系統(tǒng)對外部電網(wǎng)進(jìn)行頻率響應(yīng)，通過儲能系統(tǒng)放能、調(diào)節(jié)可控負(fù)荷等方式，空出一定功率對外部電網(wǎng)形成支持。

圖2 應(yīng)急支撐示意圖

2.3 需求響應(yīng)

通過調(diào)節(jié)電價(jià)或激勵(lì)機(jī)制，使用戶主動進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)，達(dá)到錯(cuò)峰、削峰、填谷的作用，系統(tǒng)運(yùn)行更加平穩(wěn)。

圖3 需求響應(yīng)示意圖

3 綜合能源微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制策略

在區(qū)域綜合能源系統(tǒng)中，可再生能源的消納是一個(gè)重要課題。在負(fù)荷具備可控性的基礎(chǔ)上，結(jié)合可再生能源隨機(jī)性、波動性的特點(diǎn)，本文提出了源荷互動策略：根據(jù)用戶的用電需求和用電緊急度的不同情況，將用戶的負(fù)荷分為可調(diào)節(jié)負(fù)荷及不可調(diào)節(jié)負(fù)荷，將可調(diào)節(jié)負(fù)荷通過智能化的系統(tǒng)進(jìn)行分層控制，在平衡用戶的需求和可再生能源發(fā)電情況的前提下，隨著可再生能源發(fā)電功率的變化，對負(fù)荷進(jìn)行一定調(diào)節(jié)，達(dá)到使可再生能源深化消納的目的，從而提高系統(tǒng)可再生能源消費(fèi)比重。

隨著信息通信技術(shù)的發(fā)展，信息的傳遞速率已經(jīng)得到巨大的提升，在此背景下，調(diào)整負(fù)荷、跟隨電源變化的策略具有很強(qiáng)的實(shí)際意義。目前而言，第一類及第二類負(fù)荷的智能化控制程度不足，負(fù)荷調(diào)節(jié)能力較低，有較大的發(fā)展空間。而在以變頻空調(diào)、電動汽車充電樁為代表的兩類負(fù)荷上已經(jīng)具備一定的遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)能力，可實(shí)現(xiàn)該控制策略。

綜合以上的分析，提出了以下的綜合能源協(xié)調(diào)控制策略：

（1）用可再生能源功率預(yù)測系統(tǒng)對未來一段時(shí)間的可再生能源發(fā)電進(jìn)行預(yù)測，形成發(fā)電功率預(yù)測曲線；用柔性可控負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)對用戶用能進(jìn)行動態(tài)分析，形成負(fù)荷預(yù)測曲線。

（2）將兩類功率預(yù)測曲線數(shù)據(jù)傳輸給綜合能源協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)進(jìn)行分析。

（3）控制系統(tǒng)依據(jù)分析結(jié)果，分別進(jìn)行柔性可控負(fù)荷用電功率控制、儲能系統(tǒng)充放電控制及與外部電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制。

（4）在各個(gè)周期均執(zhí)行（1）～（3）的控制策略。

綜合能源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制需要考慮每個(gè)部分的動態(tài)情況，使系統(tǒng)整體達(dá)到最佳平衡。此外，要充分考慮可再生能源的就地消納，實(shí)現(xiàn)清潔低碳的目標(biāo)。

4 結(jié)語

本文基于區(qū)域綜合能源微網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)，提出了以源網(wǎng)荷儲為前提的系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略。實(shí)施這一策略將增加可再生能源的利用效率，達(dá)到了最大化消納清潔能源的目的。