在當(dāng)前全球能源日益緊缺的背景下，作為大電網(wǎng)的有益補(bǔ)充和分布式能源的有效利用形式，微電網(wǎng)已經(jīng)引起世界各國的廣泛關(guān)注并在不同地區(qū)紛紛得以示范應(yīng)用。尤其是在大電網(wǎng)難以覆蓋的偏遠(yuǎn)山區(qū)、獨(dú)立海島、邊防哨所等特殊場所，通過整合基于可再生能源的分布式電源（Distributed Generations, DGs）、儲(chǔ)能單元及本地負(fù)荷構(gòu)成能夠自治運(yùn)行的獨(dú)立微電網(wǎng)（Stand-Alone Microgrid, SAMG），在保障區(qū)域內(nèi)供電可靠性和電能質(zhì)量的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)、節(jié)能減排與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，有助于提高能源的綜合利用效率，進(jìn)一步推進(jìn)清潔能源的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

現(xiàn)有研究與實(shí)踐表明，長期處于孤島運(yùn)行狀態(tài)的SAMG通常配置有以風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（Wind Turbine Generator, WTG）、光伏發(fā)電（Photovoltaic, PV）為代表的DGs，同時(shí)考慮到間歇性可再生能源與負(fù)荷波動(dòng)的不確定性以及大電網(wǎng)電壓頻率支撐的缺失，SAMG通常還配置有一定數(shù)量的柴油發(fā)電機(jī)組（Diesel Engine, DE）和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（Battery Energy Storage System, BESS）以保障整個(gè)系統(tǒng)的供電可靠性和運(yùn)行穩(wěn)定性。

• 有學(xué)者在風(fēng)柴儲(chǔ)獨(dú)立供電系統(tǒng)多種運(yùn)行模式及控制策略的基礎(chǔ)上建立了系統(tǒng)最優(yōu)配置模型，結(jié)果顯示，配置一定的柴油發(fā)電機(jī)組可以彌補(bǔ)風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的不足，保證系統(tǒng)的供電充裕性和可靠性，但文中沒有充分考慮風(fēng)電和負(fù)荷的波動(dòng)性，并且其運(yùn)行控制過于理想化。
• 有學(xué)者提出一種含風(fēng)柴儲(chǔ)設(shè)備的小型孤立電力系統(tǒng)的發(fā)電容量充裕度評估方法，研究顯示，儲(chǔ)能容量對系統(tǒng)可靠性有積極影響，但文中沒有考慮儲(chǔ)能設(shè)備控制策略的影響。
• 有學(xué)者探討了獨(dú)立風(fēng)光柴儲(chǔ)微網(wǎng)系統(tǒng)中各電源在給定調(diào)度策略下的最優(yōu)容量配置，提出通過儲(chǔ)能系統(tǒng)和DE的配合來提升系統(tǒng)可靠性，但研究偏重于經(jīng)濟(jì)性，沒有考慮系統(tǒng)調(diào)度策略的具體實(shí)施。
• 有學(xué)者在考慮設(shè)備運(yùn)行約束條件的基礎(chǔ)上提出了一種風(fēng)光柴儲(chǔ)孤立微電網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行控制策略以保證系統(tǒng)的長期可靠運(yùn)行并有效延長電池壽命，同時(shí)提高系統(tǒng)全壽命周期經(jīng)濟(jì)性。

上述文獻(xiàn)主要側(cè)重基于長期能量管理的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化，較少關(guān)注基于短期功率平衡的實(shí)時(shí)運(yùn)行控制，然而后者研究對于SAMG的安全穩(wěn)定與供電可靠更具實(shí)際指導(dǎo)意義。

• 有學(xué)者提出了雙層協(xié)調(diào)調(diào)度方法，在計(jì)劃調(diào)度層的基礎(chǔ)上對微電網(wǎng)中不可控微電源的功率預(yù)測偏差進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度，從而保障微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)、安全與穩(wěn)定運(yùn)行。
• 有學(xué)者提出基于超短期風(fēng)速預(yù)測的風(fēng)柴儲(chǔ)海水淡化獨(dú)立微電網(wǎng)實(shí)時(shí)能量管理調(diào)度策略，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)可再生能源發(fā)電出力與負(fù)荷的實(shí)時(shí)平衡，從而達(dá)到減少柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)間、充分利用風(fēng)力發(fā)電的目的。
• 有學(xué)者在縮減作為壓頻控制單元的可控型微電源的基點(diǎn)運(yùn)行范圍的基礎(chǔ)上，針對作為壓頻控制單元的儲(chǔ)能裝置進(jìn)行能量狀態(tài)區(qū)間劃分，同時(shí)引入負(fù)荷競價(jià)策略，制定實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度策略以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立微電網(wǎng)的可靠與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
• 有學(xué)者提出一種包含正常運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行調(diào)度和大擾動(dòng)時(shí)的緊急功率控制的雙模式優(yōu)化控制方案，并分別從準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)經(jīng)濟(jì)性和暫態(tài)穩(wěn)定性兩方面實(shí)現(xiàn)獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化控制。

總體來說，WTG、PV、DE以及BESS在SAMG中的應(yīng)用相對成熟，并得到了較為廣泛的認(rèn)可，但生物質(zhì)發(fā)電（Biomass Power Generation, BPG）在SAMG中的應(yīng)用研究較為缺乏，其主要原因在于傳統(tǒng)的BPG基本上都按全功率方式作為一個(gè)穩(wěn)定電源點(diǎn)并入大電網(wǎng)，而SAMG的總體容量相對較小，難以直接消納。

同時(shí)，現(xiàn)有的研究工作更多集中于SAMG的規(guī)劃設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，較少關(guān)注正常工況和緊急工況下的運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換及其供電可靠性，沒有充分考慮不同調(diào)頻能力的DGs和儲(chǔ)能設(shè)備之間的實(shí)時(shí)聯(lián)合調(diào)頻控制，從而導(dǎo)致多種DGs之間的協(xié)調(diào)運(yùn)行方式過于理想化，不利于工程實(shí)現(xiàn)。

對于風(fēng)柴儲(chǔ)生物質(zhì)獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)來說，如果不加以區(qū)分，從所有設(shè)備全部投入到全部退出共有15種可能的運(yùn)行模式，但并非所有的組合狀態(tài)都能長期穩(wěn)定運(yùn)行。

為此，本文以不同DGs和儲(chǔ)能設(shè)備在SAMG中的功能定位為基礎(chǔ)，從風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、柴油發(fā)電系統(tǒng)、生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)以及系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用共5個(gè)層面分別提出有針對性的控制策略，同時(shí)為了有效發(fā)揮各分布式電源的技術(shù)特點(diǎn)，提高SAMG的綜合發(fā)電效率，進(jìn)一步提出一種基于模式轉(zhuǎn)換的微電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行控制方法，使其在所有既定運(yùn)行模式的正常運(yùn)行工況與緊急運(yùn)行工況下都能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)轉(zhuǎn)換并保持穩(wěn)定運(yùn)行，并通過典型工況下的案例分析驗(yàn)證了上述方法的有效性。

圖1 風(fēng)柴儲(chǔ)生物質(zhì)獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖3 風(fēng)/柴/儲(chǔ)/生物質(zhì)獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換

總結(jié)

本文針對風(fēng)柴儲(chǔ)生物質(zhì)SAMG系統(tǒng)在不同運(yùn)行模式下的供電可靠性問題，提出了基于模式轉(zhuǎn)換的實(shí)時(shí)運(yùn)行控制方法。典型案例下的仿真結(jié)果表明：

1）根據(jù)不同電源設(shè)備的出力特性提出了明確的系統(tǒng)功能定位，通過WTG限功率控制實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電波動(dòng)影響的最小化；通過DE動(dòng)態(tài)區(qū)間控制實(shí)現(xiàn)了不同模式下系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用的自適應(yīng)調(diào)整；通過BESS改進(jìn)充放電控制實(shí)現(xiàn)了其充放電的精細(xì)化管理；通過BPG輔助調(diào)頻控制實(shí)現(xiàn)了其對系統(tǒng)的有效功率支撐；通過兩級旋轉(zhuǎn)備用策略協(xié)同在線電源設(shè)備保障了SAMG系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

2）本文首次提出的協(xié)調(diào)控制方法實(shí)現(xiàn)了SAMG系統(tǒng)在正常工況和緊急工況下都能在既定的不同運(yùn)行模式間進(jìn)行平滑轉(zhuǎn)換并保持持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，可以有效提升系統(tǒng)的整體供電可靠性；同時(shí)實(shí)現(xiàn)了優(yōu)先利用WTG出力，其次利用BESS放電，再次提升BPG出力，最后才增加DE出力，可有效提升可再生能源的利用效率。