中车风电臧晓笛：微电网经济运行与能量优化管理
能见APP讯：10月19日，2016年北京国际风能大会暨展览会在中国国际展览中心召开。中车株洲电力机车研究所有限公司风电事业部高级主任设计师臧晓笛在分论坛上，作了主题发言，分享一个内容是微电网的能量优化管理。
以下为发言全文：
各位来宾大家上午好！我代表中车风电今天跟大家分享的一个内容是微电网的能量优化管理，分为以下三个方面，首先这是我国能源局一个关于供电模式的一个“十三五”规划，那么这个规划就是说2020年我国的供电模式大电网集中发电为主分布式发电为辅，占的比例大概是9%，分布式发电包括分布式水电、光伏、风电、生物质、天然气等等。大规模分布式发电接入电力系统会对我们传统大电网造成一定冲击，包括电能质量方面，继电保护方面，以及运行模式等方面。我们的微电网技术可以很好解决这类问题，是我国大力发展分布式风电的重要手段，关于微电网的定义，国外有很多种，我们国家更多强调它是一种小型发配电系统，能够实现自我控制、保护和管理的自制系统，既可以并网运行也可以孤立运行。
微电网当前几个主要作用如下，第一个它可以最大化的接纳分布式电源，第二个节能降耗提高能效，第三个可以满足用户多类电能质量需求，第四个它可以提高抗灾能力及应急供电。我们现在微电网技术有几个方面需要我们应对，一个就是多种分布式电源和储能以及负荷谐波作用机理，还有协同规划，运行策略，保护体系，第五个市场交易。当前涉及的技术有以下六各方面，有分布式电源与储能、设计规划、保护系统等等。那从我们前面说的“十三五”规划大家可以看到这个微电网它的市场广阔前景看好，但是现在运行的微电网工程大多数都是示范式项目，真正市场化的项目很少，原因在于它的盈利收支平衡尚需国家补贴支持。在这种形势下它的前期的规划设计和运行阶段优化管理就显得格外的重要，这就是我今天要跟大家分享的第二部分内容。
首先规划设计这块，我们的规划目标三个，第一个就是运行费用最小，第二个就是环境效益最大，第三个综合效益最好，规划设计内容包括微电网的选址，容量优化配置，以及我们网架结构设计。由于今天我们是限时，所以所有过程给大家简单介绍一下不展开。规划设计优化过程首先第一步我们会进行资料的收集与分析，这个资料包括系统技术参数，设备经济参数。
第二部分我们进行规划与设计建模，这一部分包括分布式电源建模，储能建模，以及搭建我们优化模型，这里包括设定的目标函数，我们的一个约束条件，还有我们能量交换策略。然后我们选择求解算法进行迭代求解，最终得出优选方案，包括分布式电源，我们储能以及容量的安装位置，还有主要技术经济指标。
这个是我们一个模型的构建过程，我们考虑的有三个方面，一个就是我们的目标函数，这里我们设定两个目标，第一个系统总投资运行的综合成本要最低。第二个目标分布式发电占比最大化，第一个目标代表经济性，第二个目标代表环保型。约束条件，功率平衡约束，储能约束，这个是结合能量交换策略，这个就包括储能投切，以及代表旋转发电机的柴油机以及小水电的投切。这个是我们优化设计的一个结果，大家可以看到纵坐标代表系统总投入运行成本，代表我们目标函数的经济性。横坐标代表分布式发电占总的负荷电量比例代表它的环保性，这两者是相互矛盾的，也就是说我要是保证经济性同时我就要牺牲它的环保性，实际工程中我们根据项目不同要求来平衡这两个特性。
这是我们推的规划建设的一个模式，那么现有的微电网建设模式大多数二十年为全生命周期经济规划，一次性建设，这里一个改进原则，我们在满足负荷需求同时保证建设投资运行维护成本综合成本最低，还有一个设备残值最大。我们改进建设模式二十年规划设计分批建设，三年、五年、十年根据负荷增长情况来定。保证后期投入设备的残值最大化。这是我们算的一个例子，这个项目我们前期的规划是3台1.5兆瓦的风电机组，4台1.1兆瓦柴油发电机组，2.0兆瓦储能系统，最终得出来我们十年建设，我们第一个十年我们是投运两台风电机组，3台柴油发电机组，第二个十年补投一个风电机组，补投一个柴油发电机组，风机寿命都是按二十年计算，负荷增长按3%/年计算，最终得出结论，二十年的使用生命周期过去后我们可以保留一台风电机组一台柴油发电机组残值大概占总投资成本是10%。
第二个推混合储能的模式，我们利用超级电容大电流快充快放特点，解决微电网大负荷投切以及微电网运行模式转化，秒级负载追随特性，利用蓄电池成本低、技术成熟的优点在可再生能源富裕时候进行充电，能源不足时候进行放电，从而达到削峰贴谷的作用。
第二个投入运行管理，一个是微电网功率预测，这部分包括我们的发电功率预测以及负荷功率预测，第二部分是负荷用电分析，第三个是能量优化调度。那么这个优化的过程简单给大家介绍一下，首先就是一个运行特性的分析，这个部分包括分布式能源出力，储能，负荷需求响应，能源价格。
第二个优化建模，设定目标函数，运行总成本最小，约束条件，能量交换策略，选择优化算法迭代计算，最终我们得出优化结果，那么这个结果包括分布式能源出力，储能运行策略，可控负载调度策略，外部交换功率等。这个是中车建的微电网综合试验系统，这套系统建在2010年，不做实验的时候为园区四个厂房供电，大家可以看到我们这套系统麻雀虽小五脏俱全，代表可再生清洁能源的光伏发电，混合储能系统，RLC智能负载，除此之外，增加了用于实验的干扰发生器以及模拟源。那我们这套系统建的时候我们集成前面规划及运行规划管理所说的，采取分批建设，储能采取混合储能的模式，这个储能采取超级电容和蓄电池，用于实验的干扰发生器+模拟源。干扰发生器摸底微电网中可能出现的电能质量问题，用来验证我们电能质量检测、治理功能，模拟源用来模拟可能出现的电网各种工况，电网掉电和低电压等。这是我们这套综合试验系统现在具备的功能，大家可以看到基本上涵盖前面所有的关键技术的研究和验证，包括我们黑启动实验，无缝切换实验，以及我们通信数据监控以及经济稳定运行的研究和验证。
第三部分我给大家介绍一下中车微电网产业链，首先系统级的，我们中车在能源互联网产业链，智能微电网，轨道交通能量管理系统，储能产业链都有规划和涉足，能源互联网，智能微电网、储能大家都不陌生，拿么轨道交通能量管理系统和我们微电网有什么关系呢，这里我跟大家解释一下，大家都知道我们高铁基本上我们是全国甚至是全世界普及，然后我们城际地铁在我国一线和二线城市都在规划建设投运，高铁和地铁实际上全线供给系统用能是很庞大的。
单独说广东地铁，广东地铁全线一年供能大概是1.1亿度电，所以这块我们响应国家节能减排号召，规划以高铁站/地铁站采用逆变回馈装置，站内大型屋顶光伏、储能装置作为分布式电源，以我们站内动力、电梯、电力照明作为负荷建一个牵引供电系统的微电网。我们涉及的相关业务单元，首先我们的风力发电这块业务我们做了十年，现在我们整机从1.5兆瓦一直到3兆瓦、海上风机我们都有成熟的产品，风电机组涉及的关键部件，变流器、发电机、叶片、齿轮箱等等我们中车都有全套产业链。功率预测、低风速、高海拔、抗低温这些关键技术我们都有多年的设计运行经验。光伏这块光伏电站电气设备提供，光伏电站EPC服务，户用光伏发电解决方案提供包括并网型、离网型、光储一体化解决方案等。
那么我们第三个业务单元就是我们储能，这个是我们中车宁波新能源一块业务，我们主要做超级电容，单体可以做到3000F到12000F，100万次也就是十年寿命，当前的主要应用在储能式充电站、线路储能装置、微电网储能装置等方面。我们还有一块业务就是我们的充电桩，我们这个是我们中车时代电动一块业务，目前我们匹配方案从30个千瓦到150千瓦都有提供，充电方式纯电动、夜间、白天、续驶里程等几种模式。有一个很牛的应用，就是我们曾经为2008北京奥运会当时全亚洲最大的充电站提供了240台智能充电机产品，我们电能质量治理这块，2012年以前主要是采取SVC模式，2012年以后采取SVG产品，我们的SVG在实际风场响应时间达到17到18个毫秒，远大于我们现在标准中30ms的响应要求，目前电能质量治理方案为我们国家典型地区，这里我们统计了一下是21个风电场及光伏电场提治理方案及设备。好，我今天的汇报到这里，感谢大家！
提问：我在中车这边，因为我们两个不是搞的一样的，然后我想问一下针对微电网这块，就目前对我们牵引（音译）供电系统微电网处于规划阶段还是试运行阶段。
臧晓笛：这块今年1月到8月份我们是做了一个调研，调研我们广东地铁和高铁的武汉供电段，现在我们是完成了前面的这些参数的收集，以及我们的这种技术可研性分析，下一步会选一个典型的高铁站和地铁站作为示范点来建牵引供电系统微电网。
