冷熱電聯供微網的綜合優(yōu)化管理關鍵技術研究結題摘要

隨著對于冷、熱、電等多種能源需求的不斷增加，城市微網由單一提供電能的微電網發(fā)展成為可以同時提供電能、熱能和冷能的微型能源網。因此，如何從綜合能源整體利用效率最高的角度出發(fā)，建立起一套完整的冷熱電聯供微網優(yōu)化配置、綜合評估、調度調峰、需求側響應及消納分布式新能源等方面的技術方法，是本項目旨在解決的核心問題。對此，本項目首先分析了冷熱電聯供微網的主要設備組成與能量耦合流動關系，提出了一種考慮混合潮流約束的冷熱電聯供微網規(guī)劃模型，并建立相應的多指標綜合評價方法對其進行評估，從而得到滿足經濟性和環(huán)保要求的規(guī)劃方案。 其次，本項目建立了冷熱電聯供微網并網優(yōu)化及需求側響應模型，著重對比分析了儲能、可控負荷對系統優(yōu)化運行的影響。并在不同季節(jié)下分析系統優(yōu)化運行情況，給出對應季節(jié)下各分布式發(fā)電機組的出力計劃、可控負荷調用計劃以及儲能安排情況?？蔀槔錈犭娐摴┪⒕W的運行和需求側資源調動提供借鑒。 之后，本項目建立了計及相關隨機性因素的分布式新能源模型，并針對冬季我國北方供暖地區(qū)新能源消納困難的問題，提出了一種將整體系統視為多個冷熱電聯供微網，進行多區(qū)域互聯，并打破“以熱定電”規(guī)則，將冷熱能就地平衡的冷熱電綜合調度模型。用于研究具有一定波動性的分布式新能源在不同時間尺度和區(qū)間上對冷熱電聯供微網的影響。 最后，本項目提出了一種考慮分布式新能源接入情況下，城市混合能源聯供微網的調度運行模型。該模型特別針對冷熱電聯供微網中常見的城市高層建筑供熱用氣問題，進行了深入的研究與探討，構建了城市高層建筑分布式供熱用氣模型。在消納新能源的同時，改善高層建筑的用氣和用熱狀況，并帶來較好的經濟和安全效益。 本項目共發(fā)表學術論文20篇，其中SCI論文10篇，ESI論文1篇，授權發(fā)明專利3項，受理發(fā)明專利1項，獲得軟件著作權2項，獲省部級科研獎勵1次，部分理論成果在特變電工新疆新能源股份有限公司西安園區(qū)的能量管理系統中得到實際應用。 2100433B

隨著冷熱電能源需求的不斷增加，可以同時提供電能、冷能和熱能的冷熱電聯供微網正蓬勃發(fā)展。不同于傳統微電網，對其的研究需從多種角度出發(fā)，依托冷熱電能的相互轉換關系，實現冷熱電混合能源的整體最優(yōu)。然而，就應對冷熱電聯供微網優(yōu)化調度研究方面，尚缺少一套完整的設備建模、綜合評估、調峰調蓄、需求側響應分析以及利用其消納分布式新能源的技術方法，這是本項目旨在解決的核心問題。主要研究內容包括：1）冷熱電聯供微網混合能源特性分析、優(yōu)化配置和綜合評估技術研究；2）冷熱電聯供微網調峰調蓄關鍵技術及需求側響應研究；3）冷熱電聯供微網消納分布式新能源技術研究。從而建立冷熱電聯供微網多時間尺度多目標聯合優(yōu)化調度模型，探索規(guī)?；娔芴娲膽媚Ｊ健槎嗄茉椿パa聯合優(yōu)化調度方法提供理論和應用基礎，提升能源綜合利用效率，促進可再生能源的就地平衡和消納，為國家的能源結構的轉型和節(jié)能減排做出貢獻。

隨著全球能源、環(huán)境問題的凸顯，風能、太陽能等可再生能源發(fā)電得到蓬勃發(fā)展，為了適應可再生能源分布式發(fā)電的規(guī)?；瘧?，微網技術應運而生。微網技術給電力系統及用戶帶來的技術經濟效益使得它己成為智能電網建設中的重要組成部分。為了充分發(fā)揮微網的優(yōu)勢，提高其運行管理水平，迫切需要研發(fā)微網能量管理系統(MGEMS)。

微網中含有諸多種類的分布式電源、儲能設備、電力電子換流設備和各類負荷等，具有分散性強、電源運行和用電需求方式靈活多樣、供電與用電互動性強等特點，因此傳統電網的能量管理系統便不再適用于微網的能量管理，故需要開發(fā)針對微網的能量管理系統。概括說來，微網能量管理系統(MGEMS )主要面臨著如下新的挑戰(zhàn) ：

1)多元的網絡化管理。網絡化管理在微網多能源利用過程中具有重要作用，它能使得微網系統運行時實現多能源供應、多能源互補和最大限度額提高能源的利用率，以此降低系統運行的成本；

2)復雜的調度策略以及調度計劃?？稍偕茉词軗Q到環(huán)境和地理位置的影響，具有隨機性、間歇性和波動性等特點，其調度計劃難以預先安排，在加以開發(fā)利用時需要因地制宜，并采取合適的調度策略以及調度計劃；

3)多樣的新能源與分布式發(fā)電技術。新能源與發(fā)電技術多種多樣，形式不一，各種發(fā)電方式在一個系統中運行時，需要靈活的EMS和系統調度策略使之互補發(fā)電，從而保證能源的綜合有效利用。

多能互補微網能量管理微網能量管理系統功能框架

微網能量管理系統為微網運行調度提供多種實時信息，保證微網安全穩(wěn)定運行，并提高微網的經濟運行水平。對于大電網來說，微網可以看作可控的電源或者負荷，根據電網的運行狀況和微網的需求，調節(jié)微網與大電網之間的能量交換。而微網能量管理系統則根據負荷需求、天氣情況、電價以及氣價等信息，協調微網中的分布式電源、儲能和主動負荷等設備，對微網進行調度決策管理與控制，保證微網安全、穩(wěn)定、經濟運行，提高微網電能質量和供電可靠性。微網能量管理系統的主要功能框架如圖1所示。

多能互補微網能量管理微網能量優(yōu)化管理技術

隨著智能電網的起步與發(fā)展，分布式可再生能源電源己成為研究熱點，但是大量分布式能源直接并網運行將對電力系統的電能質量、電網安全以及穩(wěn)定性帶來影響，如何使得分布式電源與電力系統之間協調運行，微網提供了一種切實有效的技術途徑，而為了實現微網中各分布式電源、儲能單元及負荷之間的最佳匹配，需重點研究微網能量優(yōu)化管理技術 。

微網能量優(yōu)化管理技術是從微網整體出發(fā)，統一協調當地電/熱負荷需求、電/氣價格、電網運行的相關要求、電能質量要求、需求側管理等一系列信息進行多維綜合優(yōu)化決策，以確定微網與大電網之間的交換功率、每個微電源出力計劃及主動負荷運行指令等。微網優(yōu)化運行調度是微網領域的重要研究課題，在微網能量優(yōu)化管理技術之中處于核心地位。

微網優(yōu)化運行調度技術通過合理地調度微網中分布式電源和儲能設備等單元的出力，以及與大電網之間的交換功率，可以在保證微網在安全、穩(wěn)定、可靠運行的前提下，實現其內部能量流及其與大電網之間能量交換的優(yōu)化，使微網綜合效益最大化。因此，開展微網優(yōu)化運行調度方法方面的研究具有重要的理論意義和應用價值。

微網并/離網運行方式故障電流差距較大，微源投退、布局容量、控制方式等影響故障電流大小和方向，因此基于固定值的傳統過流保護方案不再適用于微網。

微網線路保護微網不同運行方式

微網的運行方式不同，故障電流的大小不同，因此微網保護整定值也應不同。微網并網運行時，右圖2(a)中F1處短路，流過2處保護的故障電流由系統(Is)和微源提供，其中主要由系統提供;而離網運行時，圖2(b)中F1處短路，PCC點靜態(tài)開關斷開，流過2處保護的故障電流只有微源提供，其幅值較小。當DG1是逆變器型的微源時，故障電流更小。這是由于含逆變器型的微源故障電流注入能力被限制在兩倍額定電流以內，且衰減迅速。

綜上，微網并網運行時，故障電流較大;離網運行時，只有微源為其提供故障電流，故障電流較小。這使得基于固定值的傳統保護方案不能正確動作，因此微網線路保護的配置必須能適應微網不同的運行方式 。

微網線路保護微源投退

單個微源在微網中具有“即插即用”的特點，意味著微源可以隨時接入或者退出微網，這導致微網線路故障時故障電流的不確定性，使得傳統保護方案不適用于微網。如圖3(a)F2處發(fā)生短路故障時，流過保護4處的故障電流由系統和微源提供提供;如圖3(b)，當DG3退出運行時，F2處發(fā)生短路故障，流過保護4處的故障電流只有Is, IDG1。DG的投退影響了故障電流的大小。而傳統無源配電網F2處短路時，右側無故障電流因此也無保護安裝，DG接入配網后F2處短路時向故障點提供反向故障電流，在右側無保護的情況下會造成故障持續(xù)甚至繼續(xù)發(fā)展，影響供電的可靠性 。

微網線路保護微源布局、容量

配電網85%左右的故障都是瞬時故障，廣泛采用三段式電流保護。當前由于微網接入容量較小、結構簡單，多接入中低壓配電網，故在保護方面多配以簡單的過電流保護國川」。但是微源接入微網饋線中的位置不同、容量不同，對線路過電流保護的影響不同 ：

（1）DG接入微網饋線始端母線，下游線路中間點故障時，DG產生的助增電流使流過保護的故障電流增大，保護范圍也因此增大，可能延伸到所在保護下一段，使保護失去選擇性。而且DG輸出功率越大，影響越嚴重。

（2）DG接入微網饋線中間母線，當下游線路中間點故障時，由于微源的助增作用，使流過下游保護的短路電流增大，使得末端保護靈敏性得到增強;同時由于微源的汲流作用，流過DG上游保護的故障電流減小從而使保護的靈敏性降低，保護范圍縮小，如果相應保護沒有動作切除故障，則相應遠后備可能拒動。

（3）DG接入微網饋線末端母線，當相鄰線路中間點故障時，DG向上游保護提供反向故障電流，可能引起保護誤動作。

微網線路保護微源控制方式

逆變型微源在并網運行時一般采用恒功率(PQ)控制方式，在孤島運行時根據需要可選擇PQ控制、恒壓恒頻(V /f)控制或Droop控制。因此控制目標不同，在不同的控制方式下逆變型電源提供的短路電流差別較大。且當DG輸出功率具有波動性和間歇性時，故障電流數值也隨之發(fā)生變化。

《智能電網關鍵技術研究》是為適應目前我國智能電網建設需要而編寫的，它縱觀了國內外智能電網發(fā)展的最新動態(tài)，結合以往的運營經驗，從新能源發(fā)電及儲能技術、輸電網狀態(tài)監(jiān)測技術、變電站設備在線監(jiān)測技術、智能饋線自動化技術，微網的控制與保護技術、全維度智能化高級電網調度技術、電動汽車技術、互動式用電技術、配電網智能化通信組網技術以及資產全壽命周期管理方面，介紹和探討了當前智能電網發(fā)展的關鍵技術，內容深入淺出。本書由鐘清主編。