冷热电联供微网的综合优化管理关键技术研究

随着对于冷、热、电等多种能源需求的不断增加，城市微网由单一提供电能的微电网发展成为可以同时提供电能、热能和冷能的微型能源网。因此，如何从综合能源整体利用效率最高的角度出发，建立起一套完整的冷热电联供微网优化配置、综合评估、调度调峰、需求侧响应及消纳分布式新能源等方面的技术方法，是本项目旨在解决的核心问题。对此，本项目首先分析了冷热电联供微网的主要设备组成与能量耦合流动关系，提出了一种考虑混合潮流约束的冷热电联供微网规划模型，并建立相应的多指标综合评价方法对其进行评估，从而得到满足经济性和环保要求的规划方案。 其次，本项目建立了冷热电联供微网并网优化及需求侧响应模型，着重对比分析了储能、可控负荷对系统优化运行的影响。并在不同季节下分析系统优化运行情况，给出对应季节下各分布式发电机组的出力计划、可控负荷调用计划以及储能安排情况。可为冷热电联供微网的运行和需求侧资源调动提供借鉴。 之后，本项目建立了计及相关随机性因素的分布式新能源模型，并针对冬季我国北方供暖地区新能源消纳困难的问题，提出了一种将整体系统视为多个冷热电联供微网，进行多区域互联，并打破“以热定电”规则，将冷热能就地平衡的冷热电综合调度模型。用于研究具有一定波动性的分布式新能源在不同时间尺度和区间上对冷热电联供微网的影响。 最后，本项目提出了一种考虑分布式新能源接入情况下，城市混合能源联供微网的调度运行模型。该模型特别针对冷热电联供微网中常见的城市高层建筑供热用气问题，进行了深入的研究与探讨，构建了城市高层建筑分布式供热用气模型。在消纳新能源的同时，改善高层建筑的用气和用热状况，并带来较好的经济和安全效益。 本项目共发表学术论文20篇，其中SCI论文10篇，ESI论文1篇，授权发明专利3项，受理发明专利1项，获得软件著作权2项，获省部级科研奖励1次，部分理论成果在特变电工新疆新能源股份有限公司西安园区的能量管理系统中得到实际应用。 2100433B

随着冷热电能源需求的不断增加，可以同时提供电能、冷能和热能的冷热电联供微网正蓬勃发展。不同于传统微电网，对其的研究需从多种角度出发，依托冷热电能的相互转换关系，实现冷热电混合能源的整体最优。然而，就应对冷热电联供微网优化调度研究方面，尚缺少一套完整的设备建模、综合评估、调峰调蓄、需求侧响应分析以及利用其消纳分布式新能源的技术方法，这是本项目旨在解决的核心问题。主要研究内容包括：1）冷热电联供微网混合能源特性分析、优化配置和综合评估技术研究；2）冷热电联供微网调峰调蓄关键技术及需求侧响应研究；3）冷热电联供微网消纳分布式新能源技术研究。从而建立冷热电联供微网多时间尺度多目标联合优化调度模型，探索规模化电能替代的应用模式。为多能源互补联合优化调度方法提供理论和应用基础，提升能源综合利用效率，促进可再生能源的就地平衡和消纳，为国家的能源结构的转型和节能减排做出贡献。

随着全球能源、环境问题的凸显，风能、太阳能等可再生能源发电得到蓬勃发展，为了适应可再生能源分布式发电的规模化应用，微网技术应运而生。微网技术给电力系统及用户带来的技术经济效益使得它己成为智能电网建设中的重要组成部分。为了充分发挥微网的优势，提高其运行管理水平，迫切需要研发微网能量管理系统(MGEMS)。

微网中含有诸多种类的分布式电源、储能设备、电力电子换流设备和各类负荷等，具有分散性强、电源运行和用电需求方式灵活多样、供电与用电互动性强等特点，因此传统电网的能量管理系统便不再适用于微网的能量管理，故需要开发针对微网的能量管理系统。概括说来，微网能量管理系统(MGEMS )主要面临着如下新的挑战 ：

1)多元的网络化管理。网络化管理在微网多能源利用过程中具有重要作用，它能使得微网系统运行时实现多能源供应、多能源互补和最大限度额提高能源的利用率，以此降低系统运行的成本；

2)复杂的调度策略以及调度计划。可再生能源受换到环境和地理位置的影响，具有随机性、间歇性和波动性等特点，其调度计划难以预先安排，在加以开发利用时需要因地制宜，并采取合适的调度策略以及调度计划；

3)多样的新能源与分布式发电技术。新能源与发电技术多种多样，形式不一，各种发电方式在一个系统中运行时，需要灵活的EMS和系统调度策略使之互补发电，从而保证能源的综合有效利用。

多能互补微网能量管理微网能量管理系统功能框架

微网能量管理系统为微网运行调度提供多种实时信息，保证微网安全稳定运行，并提高微网的经济运行水平。对于大电网来说，微网可以看作可控的电源或者负荷，根据电网的运行状况和微网的需求，调节微网与大电网之间的能量交换。而微网能量管理系统则根据负荷需求、天气情况、电价以及气价等信息，协调微网中的分布式电源、储能和主动负荷等设备，对微网进行调度决策管理与控制，保证微网安全、稳定、经济运行，提高微网电能质量和供电可靠性。微网能量管理系统的主要功能框架如图1所示。

多能互补微网能量管理微网能量优化管理技术

随着智能电网的起步与发展，分布式可再生能源电源己成为研究热点，但是大量分布式能源直接并网运行将对电力系统的电能质量、电网安全以及稳定性带来影响，如何使得分布式电源与电力系统之间协调运行，微网提供了一种切实有效的技术途径，而为了实现微网中各分布式电源、储能单元及负荷之间的最佳匹配，需重点研究微网能量优化管理技术 。

微网能量优化管理技术是从微网整体出发，统一协调当地电/热负荷需求、电/气价格、电网运行的相关要求、电能质量要求、需求侧管理等一系列信息进行多维综合优化决策，以确定微网与大电网之间的交换功率、每个微电源出力计划及主动负荷运行指令等。微网优化运行调度是微网领域的重要研究课题，在微网能量优化管理技术之中处于核心地位。

微网优化运行调度技术通过合理地调度微网中分布式电源和储能设备等单元的出力，以及与大电网之间的交换功率，可以在保证微网在安全、稳定、可靠运行的前提下，实现其内部能量流及其与大电网之间能量交换的优化，使微网综合效益最大化。因此，开展微网优化运行调度方法方面的研究具有重要的理论意义和应用价值。

微网并/离网运行方式故障电流差距较大，微源投退、布局容量、控制方式等影响故障电流大小和方向，因此基于固定值的传统过流保护方案不再适用于微网。

微网线路保护微网不同运行方式

微网的运行方式不同，故障电流的大小不同，因此微网保护整定值也应不同。微网并网运行时，右图2(a)中F1处短路，流过2处保护的故障电流由系统(Is)和微源提供，其中主要由系统提供;而离网运行时，图2(b)中F1处短路，PCC点静态开关断开，流过2处保护的故障电流只有微源提供，其幅值较小。当DG1是逆变器型的微源时，故障电流更小。这是由于含逆变器型的微源故障电流注入能力被限制在两倍额定电流以内，且衰减迅速。

综上，微网并网运行时，故障电流较大;离网运行时，只有微源为其提供故障电流，故障电流较小。这使得基于固定值的传统保护方案不能正确动作，因此微网线路保护的配置必须能适应微网不同的运行方式 。

微网线路保护微源投退

单个微源在微网中具有“即插即用”的特点，意味着微源可以随时接入或者退出微网，这导致微网线路故障时故障电流的不确定性，使得传统保护方案不适用于微网。如图3(a)F2处发生短路故障时，流过保护4处的故障电流由系统和微源提供提供;如图3(b)，当DG3退出运行时，F2处发生短路故障，流过保护4处的故障电流只有Is, IDG1。DG的投退影响了故障电流的大小。而传统无源配电网F2处短路时，右侧无故障电流因此也无保护安装，DG接入配网后F2处短路时向故障点提供反向故障电流，在右侧无保护的情况下会造成故障持续甚至继续发展，影响供电的可靠性 。

微网线路保护微源布局、容量

配电网85%左右的故障都是瞬时故障，广泛采用三段式电流保护。当前由于微网接入容量较小、结构简单，多接入中低压配电网，故在保护方面多配以简单的过电流保护国川」。但是微源接入微网馈线中的位置不同、容量不同，对线路过电流保护的影响不同 ：

（1）DG接入微网馈线始端母线，下游线路中间点故障时，DG产生的助增电流使流过保护的故障电流增大，保护范围也因此增大，可能延伸到所在保护下一段，使保护失去选择性。而且DG输出功率越大，影响越严重。

（2）DG接入微网馈线中间母线，当下游线路中间点故障时，由于微源的助增作用，使流过下游保护的短路电流增大，使得末端保护灵敏性得到增强;同时由于微源的汲流作用，流过DG上游保护的故障电流减小从而使保护的灵敏性降低，保护范围缩小，如果相应保护没有动作切除故障，则相应远后备可能拒动。

（3）DG接入微网馈线末端母线，当相邻线路中间点故障时，DG向上游保护提供反向故障电流，可能引起保护误动作。

微网线路保护微源控制方式

逆变型微源在并网运行时一般采用恒功率(PQ)控制方式，在孤岛运行时根据需要可选择PQ控制、恒压恒频(V /f)控制或Droop控制。因此控制目标不同，在不同的控制方式下逆变型电源提供的短路电流差别较大。且当DG输出功率具有波动性和间歇性时，故障电流数值也随之发生变化。

《智能电网关键技术研究》是为适应目前我国智能电网建设需要而编写的，它纵观了国内外智能电网发展的最新动态，结合以往的运营经验，从新能源发电及储能技术、输电网状态监测技术、变电站设备在线监测技术、智能馈线自动化技术，微网的控制与保护技术、全维度智能化高级电网调度技术、电动汽车技术、互动式用电技术、配电网智能化通信组网技术以及资产全寿命周期管理方面，介绍和探讨了当前智能电网发展的关键技术，内容深入浅出。本书由钟清主编。