【关键词】微电网；孤岛运行；能量管理；优化控制

引言

微电网孤岛运行模式下，通过调节分布式电源出力，对满足负荷需求及保障系统供电可靠性具有促进意义。微电网工程持续深化趋势下，光伏发电、风力发电及储能技术不断革新，微电网孤岛运行模式虽然在海岛、边防等偏远地区得到广泛运用，但在实际运行中，极易受到自然灾害影响[1]。目前，微电网孤岛运行控制结构主要由集中式控制、分布式控制形式组成，其中，集中式控制依赖于中央控制器与多个从控制器的协调工作，实现微电网的能量管理；分布式控制则无需中央控制器，各微电网单元独立进行能量管理，并通过个体间的协商达成能量的有效管理，为确保微电网孤岛运行模式下系统的高效稳定运行，科学、合理的能量管理和控制系统至关重要。因此文章对微电网孤岛运行模式下的能量管理与优化控制展开研究，旨在为广大学者提供参考帮助及建议[2]。

一、微电网孤岛运行模式下能量管理系统设计

（一）设计目标及系统结构

微电网的运行方式灵活多变，既可以与主电网连接并网运行，也可以与主电网断开连接在孤岛模式运行。作为分布式发电的一种高效组织形式，微网在缓解供应紧缺问题、解决环境问题及削弱分布式发电对电网冲击等方面发挥着重要作用。微网既可以与大电网并网运行也可以孤岛运行，孤岛运行时微网需由其内部一个或多个微电源提供稳定的电压和频率，该类微电源称为电压/频率支撑单元，其余的微电源称为非电压/频率支撑单元[3]。其多存在于偏远地区、海岛、工业园区。由于孤岛微电网没有大电网的支撑，所以必须有优良的能量管理方法保证其内部电力供给端与需求端实现平衡，保证孤岛微电网的稳定运行。本次系统设计目标如下。

1.设计目标

微电网孤岛运行模式下能量管理系统的主要设计目标有三个。

（1）确保微电网孤岛运行模式的安全稳定运行，系统频率、电压都在一定范围之内。一般系统频率在50±0.5 Hz，电压在额定电压的±7%。充分利用能源，提高可再生能源消纳率及降低能耗。

（2）提高供电可靠性，保障各种等级负荷用电。

（3）系统按照负荷等级对不同负荷进行分类，保障各种重要等级负荷的用电，使发电系统始终能够满足负荷需求。

2.系统结构

微电网孤岛运行模式下能量管理系统由监测模块、控制模块、通信模块和执行模块4个部分构成。

（1）监测模块。微电网中各分布式电源、储能装置、负荷、母线等的电压、电流、功率、频率等运行参数，经过高精度电压/电流互感器、功率分析仪、频率测量仪等监测设备采集到模拟信号后，转换成数字信号并依次传送到数据采集卡及控制模块。

（2）控制模块。控制模块自评为整个系统的控制系统，接收监测模块的监测数据并根据预设的控制策略，对各个电源和储能装置的出力实施优化调度。控制模块常采用高性能微处理器、数字信号处理器及优化调度算法、功率平衡算法等复杂控制算法运行平台作为其控制核心。

（3）通信模块。通信模块负责各模块间和外部设备的数据传输，保持信息畅通。数据传输方式主要是以太网、光纤通信、无线通信。以太网和光纤通信速度较快、稳定性好，但适用于场合距离限制性较高的情况，对数据传输实时性要求较高；无线通信的适用场合为一些需要灵活设置但又布线困难的场所，通常成本较低，但具有无电磁辐射、传输速度相对较慢、距离远限制等特点[4]。

（4）执行模块。执行模块根据来自控制模块的指令，调节各分布式电源的输出功率、储能装置的充放电状态等，实现对能量管理系统进行充放电的功能。

（二）系统运行方式

微电网孤岛运行模式下能量管理系统有两种运行方式，根据负荷预测和各电源的发电能力制定优化调度计划，通常使用时间序列分析方法、人工神经网络、支持向量机等方法预测一定时间范围内的负荷需求，根据负荷预测结果制定调度计划[5]。对微电网孤岛运行模式下常规电源的调度规则如下。

（1）微电网孤岛运行模式首选使用可再生能源发电，人员可再生能源电源不足时，通过储能装置补充，当储能装置电量不足以满足负荷需求时，启动柴油发电机组等备用电源。

（2）发生系统故障时，能量管理系统对故障位置进行快速检测与隔离，且根据其他电源和储能装置重新调整自身运行状况以保证非故障区域的稳定供电。