中国储能网讯：2017年4月24-26日，第七届中国国际储能大会在苏州香格里拉酒店圆满召开，来自中、美、英、德、澳、日、韩等国家的1400余位嘉宾到场参会。大会共邀请140余位行业专家与企业代表，围绕产业热点话题，发表了一系列精彩演讲，中国储能网将向读者传递本次大会最具价值的声音。

大会期间，天津大学副教授王议锋在“储能电站暨微电网专场”，以《微电网的运行和规划问题》为题发表演讲，现将演讲主要内容发布，以飨读者。

王议锋：我叫王议锋，来自天津大学，很高兴能够有这个机会来做这个报告，我是代替天津大学的郭力教授来做汇报的。我对微电网这块的装置理解的不是很深入，希望大家多多包涵。

刚才各位专家高屋建瓴，从各个方面做了很完整的介绍，我想就微电网规划和运行这方面，我们之前做过的事情做一个介绍

我来自天津大学教育部智冷电网重点实验室，所以我们在技术研究和装置研发，和系统开发、工程应用方面都有一些成果。我本人对这些东西不是特别了解，说的时候可能不是特别具体，如果各位前辈同行有兴趣的话，可以到天津大学做访问交流。

技术研究方面，主要包括微网规划，和微网能量管理技术，研制开发方面我们做了一些设备研制，和软件开发，包括规划软件，运行监控软件和管理软件，工程应用我们做了一些独立微网的项目也做了一些并网型的项目，天津大学的智能电网教育部实验室在我们国家是做微电网方面最早也是最完善的一个科研机构之一。

今天的汇报包括四个方面，首先是微电网的优化规划。我们知道对于一个微网的优化规划，一般是基于两个层面，基于双层的微网多目标优化设计方法，外层优化模块决定的是最优设备组合和设备容量。内层优化模块根据外层的优化模块给出的优化配置方案，计算系统最优运行策略。我们课题组主要处理的问题是针对不确定性的问题，因为微网做规划的时候，不确定性是一个主要的问题。针对这个不确定性问题，我们提出了包括鲁棒优化方法，随机机会优化方法，主要处理的是包括负荷预测的不决定性，还有成本预测的不确定性的问题。首先是并网型的，也就是我们要把微网系统连接到大电网之后，这样一个系统，我们在做规划设计的时候，它需要考虑的问题是比如光伏容量，储能容量，还有储能更换计划，还有储能成本下降的不决定性和负荷增长的不确定性。我们在传统建模的基础上提出了两阶段鲁棒优化建模方法。对于这样一个建模方法来讲，首先要考虑的是不确定极，对于这样一些输入参数，怎么样在成本上面和负荷增长上面的不决定性进行建模研究，包括不确定性的偏差，和不确定性调节参数，引入这两个系数。

目前函数方面，主要是寻求一组投资组合和储能更换计划，极小化规划期内的最恶劣场景下的投资成本。这个可能是电网里面比较专业的东西，所以这里就不细讲。

这里主要是对参数进行队列替换，采用bonds（音）分解方法进行解耦，最后利用微电网的规划和运行文化的交叉求解得到的一种结果，上面是并网型的，对于独立微网的设计方法需要考虑的重点问题又不太一样，主要是包括资源和负荷的不决定性，还有负荷的可靠性和分布式电源容量，所以对于独立微网系统的规划设计，首先要考虑运行场景聚类分析，也就是我们利用实测的或者历史数据进行大规模数据的聚类分析，得到一些离散的典型场景，在这个基础上进行多状态的可靠性建模。最后再进行多状态的规划设计。

首先要对数据进行聚类操作，作用就是想对大规模的数据，比如现在研究的大数据的概念，对于这些大数据我们要进行数据的简化，所以这个操作主要是进行数据的典型化的操作。在数据操作之后我们需要考虑多能系统，它的资源随机性和设备可靠性的结合，这样一个结合可以准确的评估可再生能源发电系统的供电可靠性。

然后是系统状态和可靠性指标的设计，因为我们的多能系统里面包含源网和多种状态，所以我们对它进行插机。可靠性指标包括负荷的切电时间期望，还有电量不足的期望等等这样一些参数。这个是以加拿大某一个独立的微电网为例，对它的数据进行了实际的分析。我们可以看到对大量的数据进行聚类操作之后，可以得到一些很典型的运行场景，这样的话有助于我们数据特征的提取。

这是系统最优化配置之后的结果，我们可以看得到采用这样一个规划方法，我们可以得到不同的规划方法之后的设备的容量，也可以得到系统的经济性，和可靠性指标，甚至是可以得到新能源的利用率，渗透率的这样一些指标。比如针对这样一个系统，我们得到的结论，风电接入大规模降低系统的总成本，有一个节能就是储能的接入，它的经济性优势并不明显，但是能够提高风能的渗透率，减小柴发的容量，所以储能接入可以降低污染物的排放，并不能直接带来经济性的优势。

从可靠性的角度，我们来论证规划的结果，我们可以看到储能在可靠性变化的时候，它对系统的经济性的变化并没有那么大影响，第二个方面是讲微电网运行控制的研究，现在非常典型的就是交流微电网和直流微电网的混合体，直流微电网现在开始越来越引起研究者的关注，特别是直流配电网和直流用电网。对于这样一个微电网而言，它存在的问题有三个方面：第一是交流微电网它的电压频率、交流侧的控制。第二是直流微电网的母线电压的控制，第三是多种分布式电源的协调控制，这样三个方面的问题。我们目前采用的方法是引入到微电网的分层控制体系，在不同的时间尺度上实现设备级和系统层面的控制，最后完成电气量的控制，电能质量调节以及经济运行控制，实现微电网控制系统的标准化、可扩展性以及提高微电网整体的运行性能。

在传统的交流微电网的运行控制方面我们主要工作是两个方面：一是储能与同步发电机组的协调控制，包括双电源的切换控制，储能阻尼控制和调频控制。这就和刚才南瑞讲的虚拟同步机的概念有点相似，利用储能来提高系统的阻尼，和它的关量。

第二是通过混合储能系统有功功率分配方法，通过两级控制合理给出超级电容和蓄电池的指令功率值，将蓄电池和超级电容的SOC调整到合理工作范围。混合储能的配置方式，在电网里面也具有很好的控制的优势。

下面这些是具体的控制图，对交直流混合的微电网统一控制，目前我们主要的关注点在接口电路，也就是逆变器的对整体系统的稳定性有至关重要的作用。由于电网的系统功率都比较大，所以多逆变性的并联，实现交直流微电网相互支撑是一个关键点。这就包含两个方面的内容，一个是互联容量本身比较大，多逆变器进行并联运行。还有一种是什么？它们之间存在多个互联通道，这个时候也可能会存在多个逆变器分散并联的问题。总体来讲，都要解决多逆变器的协调控制。我们主要的研究是交直流混合，微电网运行模式的平滑切换，比如并网时候的PQ控制和离网时候的AF控制。还有无互联通信的多变流器协调控制，现在咱们的这种系统层面的控制，对于通信系统的依赖非常严重，通信系统的延时和它的可靠性对我们的控制会有很大的影响，所以我们很希望能够通过这种没有互联的通信控制方式，进行协调控制算法的研究，最后希望控制器结构通用，而且易于实现即插即用这样的功能，最终目标就是要实现控制结构的通用化，控制模式的灵活性，和即插即用。

这个是我们对于直流母线电压控制的一些研究，是基于非干扰观测器的控制系统，包括一个核心的非线性干扰观测器，实际上就是一个非线性前馈，包括下垂控制，包括电压电流双闭环控制，包括基于2GA广义积分器的电源滤波器的电流反馈，这样一个系统我们希望它实现的目标是什么呢，目标一个是要减小电压环，提高系统的稳定度，保持系统可以在较大的下垂系数，减小线路阻抗对于簇率分配的影响，我要实现无通讯互联线的分布式的控制。

第二，我要提高直流母线电压控制系统的抗干扰的性能，也就是我在提高稳定的同时，我还要保证这个系统在动态过程中，尽量减少波动，所以减少暂态时直接母线电压的波动，这是我们在直流侧集中控制这块做的工作。

在分散式协同控制方面我们也做了一些工作，主要的控制目标是什么呢？对于这样一个独立的直流微网系统，我们第一个要保证直流母线电压的稳定，第二个要保证在这个系统内部的各个储能单元，根据自身的SOC和容量合理分配出力。第三个，希望各单元灵活切换控制模式，主动参与母线电压的调节和控制。

上述目标的手段，主要是采用点对点的分布式的通讯网络，意思就是每一个分布式电源只与临近节点通信，凭借自身或者临近单元信息，智能的实现上述的控制目标。

这是我们在实验室已经做出来的一些初步成果，可以看到在考虑线路的阻抗，和考虑各个单元容量不一致的控制模式下面，我们已经取得了一些初步的结果。

因为这种点对点的通讯结构，它造成的系统延时和信息的缺失是更加严重的，所以我们的控制效果看右图的实验工况1和试验工况2，肯定是没有完全依赖全通讯系统的控制方式，它的效果没有那么好，但是起码我们能够保证这个系统的稳定，同时减少对通讯系统的依赖。

在微网能量管理方面，主要研究的基于多时间尺度协调的滚动优化调度方法，我们主要的目标是要减小长时间尺度的预测误差，同时又要减小短时间的计算量，所以它的技术特点，一个是要可再生能源多时间尺度的出力预测，第二个是多目标优化，第三个是与能量平衡策略共同实现微电网能量优化。前面讲的是装置层面的，这里讲的是系统管理层面的。我们以一个工程实例来分析这个问题，这是一个孤网运行的含风机和柴油发电机以及储能的独立微网系统，它的负荷是海水淡化负荷机组作为可控负荷，研究了其含可控负荷的能量管理方法，提出了基于超短期预测和改进硬充电策略的实时控制方法，能量管理根据风速预测结果，制订机组投切计划，能够有效减少柴油消耗量，提高系统经济性。我们没有完全以储能作为控制的补偿量和误差的修正，而是以负荷的平移，作为我们对负荷偏差的补偿。后面我们应该可以看到，在这种优化调度的时间上的偏差问题，可能不仅仅要靠储能去进行修整，而更多的是靠可控负荷和储能同时进行，这样的话可以保证系统的经济性。

这个是多能系统，有冷热电联供的微网系统的不确定调度，这样一个系统的调度会更复杂，包括各设备的启停计划，蓄冰装置的蓄融冰的计划，多冷机系统供冷分配，还有可再生能源日前预测误差，所以它的优化量更多，它的偏差量更多。我们针对这个问题采用的是两阶段的鲁棒建模的方法。

这也是一个典型的例子，并网型的微网，里面有光伏，也有地缘热泵这样的新能源系统，采用的是两层的调度框架。刚才在前面已经讲到了，两阶段的鲁棒控制，最主要的就是不确定极的制订，所以我们需要寻找一组设备，日前的运行组合极小化的最恶劣的场景运行成本，不确定的调节参数可以调整整体运行方案的鲁棒性。

我们可以看到它的输入数据主要包括系统运行的模拟基础数据，和日前的预测数据，这个当然就要包含它的误差了，还有一个是不确定极的制订，这是它典型的一个运行结果，我们可以看到它日间的运行总成本，约占27.86%，降低了低于传统方法的28.28%，取得了一定的经济性的优势。

这是针对鲁棒优化的不确定范围进行的对比仿真结果，我们可以看到25%和50%设计的日负荷的场景下面，随着不确定性偏差缩放系数的增大，微网日间运行成本呈现增加的趋势，所以这个不确定性越大的时候，运营成本会呈现增加。

随着不确定性系数的继续增加，这个方法就已经不具备特别明显的变化规律了，所以说这个时候它的优势就会变的很低。

在这个时候我们对不同的控制策略进行比较的话就会发现，在25%和50%设计的日负荷的场景中间，也就是我的可控偏差在能接受的范围内的时候，鲁棒运行策略和模型预测控制方法，它的均值是相近的。但是前者在标准型上面有一定的优势。如果说鲁棒优化的偏差在75%到100%的时候，这个时候它的优势就已经不明显了。最后我们得出的结论是什么，在25%到100%的设计日负荷场景中间，可选用鲁棒运行，在75%或者以后，就可以采用这种模型控制和鲁棒运行优化的结合，这样可以保证系统整体的经济性。

后面是一些现在我们做的一些事情介绍。这个是我们已经做的微电网优化规划设计软件，这个软件的好处就是，我可以可视化的去对微网的结构进行编程，同时我们还可以对它所有的组件进行特性的编辑，结果就可以得到它包括容量的配比，甚至它的运行数据都能得到，所以这样一个软件，是能够更直观的指导我们进行规划和设计。

设备方面，这些设备不是我本人做的，30kVA光储虚拟同步机，和250kVA液流用的DC/DC双向充放电。

如果去过天津大学的应该都知道，天津大学现在正在运行的一个微网的监控系统，它可以实时的采集我们整个系统里面所有的数据。这个是它的主界面。所以这个是天津大学已经建成的一个可以仿真50多种运行模式的交流微电网。我们也正在建一个直流微电网，我们希望对现在这个做直流配电和直流用电方面的研究做一些前瞻性的技术探讨。它的特点一个是多端的环状结构，然后是双极型的三线制，比如说正负400伏或者正负200伏再加上地线。第三个是六段的直流母线，最后是利用隔离型的DC/DC柔性互联，直流微电网最大的好处就是它的柔性互联会更容易，更简单。而且它可以形成一个环网，所以直流微电网如果不保护装置方面，它的安全性是具有一些优势的，最后要考虑分布式电源灵活接入，直流微电网还有一个特点它对于光伏、储能这样的装置，它能够更高效、更灵活的接入。

后面是我们实验室在微电网方面做过的一些项目，包括广东佛山的冷/热电联供的微电网系统。这是我们国家首个冷电的微电网。第二个是浙江的东福山岛的微电网系统，也是我们国家目前最大的海岛微电网。第三个是广东万山群岛的微电网，第四个是加拿大魁北克原住民区的微电网。最后是西藏阿里狮泉河微电网，包括南方电网5兆瓦的储能电站，还有江苏大丰的万吨海水淡化独立微电网项目。咱们课题组做了很多事情，但是因为我不是这个行业的专家，所以很多事情没有讲的很清楚，如果有感兴趣的前辈和同行，可以到我们学校去看一看，谢谢。

（本文根据现场录音整理，未经本人审核）