今天分享的电子书是《“源网荷储一体化项目”的背景、现状与展望.pdf》，欢迎大家学习。
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大约半个世纪以来，人们对环境问题的认识一直在增强，但在过去十年中势头有所增强。这与经济因素和分布式可再生资源的快速发展相结合，增强了人们对全球能源行业未来发展的日益浓厚的兴趣。-未来的电力系统是否应该以多自治小地理区域（也称为微电网）的形式发展，其中负载和发电在本地集成？这两种模型都有优点和局限性：一方面，微电网缺乏长距离互连，因此不存在区域间振荡和线路拥堵。微电网也是在加州森林火灾或政治冲突等当地限制情况下确保电力安全的可行解决方案。然而，如果发电和需求之间的平衡得不到满足，此类系统很容易出现频率和其他问题。另一方面，欧洲“铜板”等超级电网为终端消费者带来了来自更有效地利用电力系统和跨境基础设施的好处，但有时这些系统无法解决当地问题。从技术角度来看，微电网是重新思考生产和消费方式的巨大机会，优先考虑本地和绿色能源。微电网有多种使用模式：要么连接到更大的电力系统，要么主动隔离以向离网区域或岛屿供电，甚至由于停电或主电网干扰而被迫隔离。微电网是由分布式能源（DER）组成的局部自主配电网络，其中包括存储资产和负载。如今的项目规模从几千瓦到数百兆瓦不等。在快速发展的能源格局中，微电网是将本地和分散生产引入大型集中式电网的正确解决方案。事实上，只要主电网连接起来，他们就像电网服务供应商一样，优先考虑当地（和绿色）生产商。他们还确保在必要时提供服务的连续性。![]()
图 1 显示了微电网的典型概要表示，包括储能系统 (ESS)、工业和住宅负载、本地生产商、一些产消者（通常是电动汽车）、一些基于化石能源的生产商、公共耦合点 (PCC) 和电网，以及所谓的微电网控制器。根据控制器的目标，还建议利用来自能源市场的实时数据（用于成本优化）、天气预报（以提高可再生能源渗透率）和其他微电网模式（以优化电网服务）。微电网项目的不同主要在于其 规模或初始目标。对于公用事业公司来说，投资微电网有不同的理由：-政治原因，例如确保主网遭受恐怖袭击的地区的服务连续性。只要微电网同步并连接到主电网，微电网控制器就会充当能源管理系统，旨在根据预定义的目标优化电网的行为。如果连接到主电网，微电网不必关心频率和电压调节。因此，微电网控制器必须处理能源问题和优化，因此被称为能源管理系统（EMS）。主要的EMS 控制主题是：在给定的微电网周边，消费者的多样性加上不断增长的消费可能会导致配电线路在某些时期变得规模过小。EMS 在减少线路拥堵方面可以发挥关键作用。例如，由于准确的天气预报，可以在消费高峰后或可再生能源产量较高时转移电动汽车充电。电池管理相当具有挑战性。如果在不需要的时候充电，可能会损失一些可再生能源生产，如果在错误的时期放电，效益可能会降低。这加强了对处理电池和可再生能源的最佳算法的大量研究，证明了电池和可再生能源之间的邻近性对于本地系统的最佳行为的优势。EMS 在互联微电网上的用途也可以被描述为控制生产者和消费者之间能源流的复杂解决方案。这意味着，利用能源市场行为、负荷测量和预测、生产商的生产、预测和成本函数以及电网状态和预测等参数，可以轻松设计正确的优化模式，以最小化生产的目标函数可控负载和生产资产的消耗概况。通常，EMS 的采样时间为 15 至 60 分钟。![]()
在全球列出的400多个微电网项目中，有一些符合上述描述。-美属萨摩亚的 Tesla 微电网，旨在优化配备 6 MWh 电池的 1.4 MW 太阳能发电厂的性能。-加州微电网的目标是缓解非常拥挤的输电线路的负荷，一些项目的容量高达 10 兆瓦。-米尔福德微电网旨在鼓励一些设施在可以减少主电网负载的情况下独立于电网运行。在该项目中，5 个设施能够以孤岛模式运行，其中包括 120 kW 的太阳能电池板、292 kW 的燃气和柴油发电机以及 30 kW 的存储。一旦微电网以孤岛模式运行，子系统的作用与连接的微电网有很大不同，因为主电网不再确保频率和电压调节。在孤岛微电网中，频率的稳定性和电压控制必须由分布式生产者来管理。事实上，与连接模式相比，分布式资源将不再以所谓的并网模式（=捕获主电网施加的正弦波的频率和幅度）运行，而是以并网模式运行，这意味着他们需要产生电压波。此外，可能缺乏惯性，这对于电网稳定性非常重要。通常，发电机组专用于这项任务，因为它们具有惯性。但当然，为了获得惯性而 100% 地使用发电机组是没有意义的，因为这意味着所有的环境问题。第一部分超出了本文的范围，但必须简要描述一下，以便理解本文的最后部分。为了将电网形成功能添加到可再生能源生产中，一种解决方案是复制逆变器中发电机组的行为。因此，它将能够产生电压波，并通过并联一个小电池来模拟惯性，从而创建所谓的虚拟同步发电机（VSG）。VSG 是 100% 可再生电网的关键，因为它解决了这个问题。研究的第二部分涉及寻找正确的算法以确保微电网的稳定性并保持目标函数优化的过程。从技术上讲，第 2 节中介绍的 EMS 仍然有用且可用，但为了确保稳定性，必须使用第二个控制层：电源管理系统 (PMS)。主要区别在于，EMS 是一个中央控制器，可预测未来 15 分钟（平均）的最佳生产和消耗情况，而 PMS 是一个分散控制器，直接连接到子系统并处理实时约束（ EMS 预测不准确、发电机意外跳闸等）。– 正常模式：在此模式下，PMS 遵循 EMS 的最佳配置文件并处理小的意外变化– 降级模式：在此模式下，当 EMS 配置文件不可行时，PMS 可以做出一些决定– 安全模式：在与EMS通信失败的情况下，每个PMS都有自己的简单优化模型，不需要生产者之间进行任何通信。这种模式是我的博士学位特别研究的一部分，可以在这里找到。（法语版）。图3表示一个简单的孤岛微电网，由发电机组、可再生能源（配备VSM解决方案）、可控负载和不可控负载组成。中央 EMS 可用，它与直接在 Energy-Pool flex-box 中实现的所有 PMS 进行通信。![]()
在正常模式下，微电网所有者给出目标函数和约束方面的要求，EMS 根据生产和消耗预测计算下一个时段的最佳能源配置。只要有可能，该配置文件就会传达给所有跟随它的弹性盒，包括由于负载和生产动态而引起的功率变化分量。现在让我们假设 EMS 发送的能源概况仅包括可再生能源生产。发电机组已停止，电池已充电 50%。这种情况最为严峻，因为可再生能源的波动性很大。由于计算的可再生能源概况是基于天气预报，因此如果出现重大预报错误，停电的风险不可忽视。激活降级模式以纠正 EMS 的配置文件并在需要时激活电池和/或发电机组，从而避免停电。当 EMS 和弹性盒之间存在通信问题时，可能会发生另一种严重情况。在这种情况下，弹性盒没有来自 EMS 的任何有关负载测量和可再生能源生产预测的信息。这种状态称为安全模式。这也可能是某些偏远地区的正常模式，这些地区的通信不稳定、难以建立或不存在。在这种情况下，所有弹性盒将使用集成算法来调节频率。因此，由于孤岛微电网具有更灵活的电网规范，因此可以作用于电网频率来与其他生产者/负荷进行通信。与主电网没有任何连接的孤岛微电网项目主要位于非洲和岛屿。例如，我们可以引用混合解决方案为毛里塔尼亚提供能源和成本节约，其中包括 1300 千瓦的太阳能和 5000 千瓦的柴油和天然气能源，或者旨在鼓励可再生能源渗透而不是基于柴油的发电机组的拉帕尔姆加那利群岛微电网。世界正面临一个重大的充满活力的十字路口，当前的健康危机再次证明在很短的时间内需要做出多少环保努力。在这种背景下，微电网似乎是克服可再生能源若干障碍的可行解决方案。世界各地正在进行许多项目，要么为未连接的地区提供绿色电力，要么为较发达的地区提供绿色电力。![]()
