微电网关键技术研究与应用
负荷预测与能量调度技术在微电网中的应用研究与实现
负荷预测与能量调度技术在微电网中的应用研究与实现一、引言微电网是指由多种能源互联的小型电力系统，它可以自主地运行而无需依赖传统的电力供应网络。
在微电网中，负荷预测和能量调度是关键技术，旨在提高能源利用率和稳定性。
本文将对负荷预测和能量调度技术在微电网中的应用进行研究与实现。
二、负荷预测技术负荷预测技术主要通过分析历史负荷数据和建模预测来预测未来的负荷需求。
常用的负荷预测方法包括统计模型、人工智能等。
统计模型利用历史负荷数据进行数据分析和建模，如时间序列分析、回归分析等。
人工智能方法包括神经网络、支持向量机等，它们通过机器学习对历史数据进行训练，并利用已有的模型来预测未来的负荷需求。
负荷预测技术的应用可以帮助微电网管理者优化能源调度和决策，以实现能源的高效利用。
三、能量调度技术能量调度技术主要通过合理调度微电网中各种能源的产生和消耗，以满足负荷需求和保持能源供应的稳定。
常用的能量调度方法包括建模优化、最优控制等。
建模优化方法通过建立微电网的数学模型，并利用优化算法对其进行优化，以实现最佳的能量调度策略。
最优控制方法则通过对微电网的控制策略进行优化，以实现对能源的最优利用。
能量调度技术的应用可以保证微电网在不同情况下的供能可靠性和经济性。
四、负荷预测与能量调度技术联合应用负荷预测技术和能量调度技术的联合应用可以进一步提高微电网的运行效率和稳定性。
首先，通过负荷预测可以准确预测未来的负荷需求，从而为能量调度提供准确的输入参数。
其次，在能量调度过程中，可以根据预测的负荷需求和能源产生情况制定合理的调度策略，以确保能源供应的可靠性和高效性。
最后，在微电网实际运行中，随时根据新的负荷预测结果和实时能源情况进行调整，以实现动态的能量调度。
五、实现案例以某小型微电网为例，对负荷预测和能量调度技术进行实验。
首先，收集微电网历史负荷数据并进行预处理，包括数据清洗和特征提取。
然后，基于统计模型和人工智能方法对历史数据进行训练，并利用已有模型预测未来的负荷需求。
中国微电网技术研究及其应用现状
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研究现状
自21世纪初以来，中国政府对微电网技术给予了高度，并大力推动相关研究工 作。目前，中国在微电网技术领域已经取得了一系列重要成果，以下为研究现 状的概述：
1、研究历史与现状
中国微电网技术的研究可以追溯到2000年代初期，当时主要集中在理论研究和 系统设计方面。随着政府对新能源和节能减排的重视，以及电力市场的逐步开 放，中国微电网技术的研究和应用得到了快速发展。目前，中国在微电网技术 领域的科研实力已经达到世界先进水平。
（2）城市供电领域：在城市供电系统中，微电网可以作为配电网的补充，提 高电力供应的可靠性和稳定性，同时满足多样化的电力需求。
（3）农村供电领域：在偏远地区和农村地区，微电网可以解决电力供应成本 高、可靠性差等问题，提高农村地区的生产生活水平。
2、贡献与效果
中国微电网技术的应用已经取得了显著的成效和贡献，主要表现在以下几个方 面：
（3）微电网保护与安全：主要研究微电网的继电保护、安全防护、故障诊断 等方面，以确保微电网的安全稳定运行。中国在微电网保护与安全方面的研究 已经取得了重要进展，如基于智能算法的继电保护系统和故障诊断系统等。
3、存在的问题和挑战
尽管中国微电网技术的应用已经取得了显著成效，但仍存在以下问题和挑战： （1）投资成本较高：微电网建设需要较大的投资成本，包括设备购置、安装 调试、运行维护等方面的费用。高昂的投资成本可能会成为制约微电网技术推 广应用的一个重要因素。
（2）技术标准缺失：目前，中国微电网技术标准尚不完善，缺乏统一的技术 规范和标准化的管理方法。这可能导致不同地区、不同企业的微电网系统难以 兼容和互联互通，限制了微电网技术的发展和应用。
（3）政策支持不足：尽管中国政府已经出台了一些鼓励新能源和节能减排的 政策，但在微电网技术方面的政策支持力度还有待加强。政策支持的不足可能 会影响微电网技术的研发、示范和推广应用。
直流微电网关键技术研究综述
直流微电网关键技术研究综述一、本文概述随着可再生能源的快速发展和微电网技术的不断进步，直流微电网作为一种新型的电力系统架构，逐渐受到了广泛关注。
直流微电网以其高效、灵活、可靠的特点，在分布式能源接入、能源互联网构建以及智能电网发展等方面展现出巨大的应用潜力。
本文旨在对直流微电网的关键技术进行深入研究和综述，以期为相关领域的学术研究和实践应用提供有益的参考。
本文首先介绍了直流微电网的基本概念、特点及其在国内外的发展现状，明确了研究直流微电网关键技术的重要性和紧迫性。
随后，文章重点围绕直流微电网的拓扑结构、控制策略、能量管理、保护技术、稳定性分析及优化运行等方面进行了详细阐述。
在拓扑结构方面，介绍了不同拓扑结构的优缺点及适用场景；在控制策略方面，探讨了集中式控制、分布式控制及混合控制等策略的优缺点；在能量管理方面，分析了能量调度、储能系统优化配置等关键问题的解决方法；在保护技术方面，研究了直流微电网故障特性及保护策略；在稳定性分析及优化运行方面，提出了提高直流微电网稳定性和运行效率的有效措施。
通过对直流微电网关键技术的综合分析和评价，本文总结了当前研究的成果和不足，指出了未来研究的方向和重点。
本文还结合实际案例，探讨了直流微电网在实际应用中的效果及前景。
希望本文能为直流微电网技术的进一步发展和应用提供有益的启示和借鉴。
二、直流微电网关键技术研究现状随着可再生能源的快速发展和分布式发电系统的广泛应用，直流微电网作为一种新兴的电力供应模式，受到了广泛的关注和研究。
直流微电网以其高效、灵活、可靠的特点，成为未来智能电网的重要组成部分。
目前，关于直流微电网的关键技术研究主要集中在以下几个方面。
直流微电网的拓扑结构设计是直流微电网稳定运行的基础。
目前，常见的直流微电网拓扑结构有放射式、环式、网状等。
研究者们通过对不同拓扑结构的特性进行分析，提出了多种适用于不同应用场景的拓扑结构设计方案。
这些方案旨在提高直流微电网的供电可靠性、经济性以及运行灵活性。
能源储存技术在微电网中的应用研究
能源储存技术在微电网中的应用研究随着可再生能源的快速发展和能源消费模式的转变，微电网理念越来越受到关注。
微电网是一种分布式能源系统，能够将可再生能源、传统能源和能源储存技术相结合，提供可靠、高效和环保的能源供应。
在微电网中，能源储存技术的应用研究将对能源的使用和管理产生重要影响。
一、能源储存技术的分类能源储存技术可分为电化学储能技术、电动机技术、燃料电池技术和储氢技术等多种类型。
电化学储能技术主要包括蓄电池和超级电容器，具有高能量密度和快速充放电能力的特点。
电动机技术利用电能将机械工作或势能存储为电能，包括飞轮储能技术和压缩空气储能技术。
燃料电池技术将化学反应转化为电能，提供连续的电力输出，主要包括氢燃料电池和燃煤燃料电池。
储氢技术是利用氢气作为能源的储存媒介，包括氢化物储氢和压缩氢气储氢。
二、能源储存技术在微电网中的应用1. 能源平衡和调度微电网具有一定的能源不确定性，尤其是可再生能源的波动性。
能源储存技术可以平衡和调度微电网中各种能源之间的供需关系，提高能源的利用效率和可靠性。
通过对储能系统的控制和管理，可以有效地储存和释放不同类型的能源，实现能源的平衡和调度。
2. 应对电力峰值需求传统能源系统在面对电力峰值需求时，常常需要通过增加发电设备的容量来应对，这不仅增加了能源的消耗，还增加了运营成本。
而利用能源储存技术，可以在非峰值时段将不用的电能储存起来，在峰值时段释放，以满足瞬时的电力需求。
这不仅优化了能源的利用效率，还降低了对传统能源的依赖。
3. 电网安全和稳定微电网中的能源储存技术可以提供备用电源，为系统提供电力稳定性。
在传统电网受到故障或自然灾害影响时，能源储存系统可以快速切换为备用电源，提供持续的电力供应。
这对于保障电网的安全和可靠性至关重要。
4. 市场参与和经济效益能源储存技术还可以通过市场参与获得经济效益。
在微电网中，通过储能系统将剩余的电能储存起来，在需求高峰时售出，以获取更高的电价。
微电网技术研究现状与发展前景概述
微电网是由分布式电源、储能电源、能量转换器、保护装置等设备组成的，在某种意义上也是一个小型的发配电场所。针对微电网的研究，主要对于分布式电源进行创新，提高分布式电源的灵活性，实现在应用过程中供应大功率系统的运作，同时开发出不同强弱的能源，方便满足系统工作时不同的需求，达到调节控制作用，从而解决分布式电源的并网问题。微电网主要的创新目的就是将电网进项有效的开发和延伸，保障分布式电源能够和可再生能源实现连接状态，增强负荷多种能源的能力，完成主动式配电网的构建，从而实现电网打破传统方式的限制，开始走上发展创新的道路[1]。
[2]李越嘉,杨莹,常国祥.微电网技术在中国的研究应用现状和前景展望[J].中国电力,2016,49(S1)
二、微电网的结构分布
针对微电网结构进行精细化的研究，了解微电网的控制能力和运行方式，从中发现微电网的特点和功能，并且体现出微电网对于社会生活的重要性。
微电网就像是一个独立的控制设备，它通过本身的系统和接口设置，保证能源的正常流动和设备的稳定性，在微电网的创新设计中，改变了负荷压力的线路，对于不重要的负荷压力进行整合和合理安排，保障线路不受到过度的负荷压力，否则对微电网系统内部带来损耗，运用同样的原理，解决微电网系统的符合压力，促进微电网的稳定运行。
（三）能量管理器
能够量管理器是主要负责微电网的管理功能，工作形式是对系统进行电压和功率的控制和管理，保障微电网的正常运行[2]。
三、微电网技术的特点
我国微电网经过长期的研究和发展，已经可以投入开展微电网示范工程的建设，标志着我国电网产业的巨大发展，主要有以下特征：微电网对于功率实现了有效的控制手段；微电网的运行过程中主要以消耗风能、太阳能等自然能源为主，或者实现循环能源利用，减少污染的排放；独立系统的构建；降低分布式电源带来的影响等。
面向新型电力系统下的微电网技术研究
面向新型电力系统下的微电网技术研究摘要：在双碳与新型电力系统背景下，太阳能、风力发电等可再生能源占比逐渐提高，分布式电源由于清洁低碳、配置灵活性高等优点，发展规模迅速扩大。
但分布式电源的随机性和波动性具有不可控性，且大规模应用及接入也给传统电网带来巨大的挑战及冲击。
微电网的提出实现了分布式电源灵活、数量大、多样性的并网问题，实现不同类型分布式电源的协调和有效利用。
本文针对新型电力系统下微电网技术展开研究，因地制宜选择微电网建设方式，实现多种能源综合高效利用。
关键词：新型电力系统；微电网；新能源；分布式电源；0 引言为满足“碳达峰、碳中和”生态文明建设、构建以新能源为主体的新型电力系统[1-3]的目标要求，随着整县光伏的开发推进，结合光伏+储能配置，调整微电网[4-8]的负荷分配模式，适时提高微电网中光伏出力较大供电区的负荷分布，实现光伏的高效消纳和微电网的可观、可测、可调。
在完成馈线组内分布式光伏电源高效消纳的同时，可平滑馈线组负荷曲线、削峰填谷，降低馈线组负载率与峰谷差，均衡馈线组潮流分布，提高微电网供电可靠性。
由于单个微电网的分布式电源容量有限，为提高微电网中分布式电源的有序接入和有效利用，将多个微电网互联通过集群的方式运行，相邻微电网之间进行功率互济和信息交互，形成区域内能源[9-14]优势互补、互联共享，支持微电网并网运行优化调节控制功能，具备微网正常运行情况下以分布式电源最大发力为目标的电力平衡优化分析，具体电网可通过微网控制器对相关设备进行调节控制。
根据电网经济运行要求，将联络线功率、电压等控制值经过优化计算后下发给微电网协调控制器，微电网协调控制器自动接收和执行DMS下发的优化控制值，响应电网调度。
本文结合微电网的应用场景，分析微电网的运行控制、能量管理技术，建立光伏、储能、充电桩、可调柔性负荷统筹优化的中枢系统，建立群调群控主站，形成主站、子站、终端三级电网调度控制系统，实现能源自治、需求响应等应用场景，提升电网弹性。
基于新能源的微电网系统研究与应用
基于新能源的微电网系统研究与应用随着电力需求的快速增长和环境保护意识的提高，新能源成为了人们关注的热点话题之一。
传统的中央化电力系统存在着能源效率低、供电不稳定等问题，而基于新能源的微电网系统则成为了解决方案之一。
本文将对基于新能源的微电网系统进行研究与应用的相关内容进行探讨。
首先，我们先来了解一下什么是微电网系统。
微电网系统可以理解为一个小规模的电力系统，由分布式能源、负荷、能量存储设备和相关控制系统构成，它可以与传统电网进行互动，也可以与之独立运行。
微电网系统的引入可以有效地提高能源利用效率，减少能源消耗，并且能够更好地应对电力系统的故障和变化。
基于新能源的微电网系统主要借助太阳能、风能等可再生能源来进行能量供给。
与传统电力系统相比，新能源具有环保、可再生、可持续等优势，并且能够有效地减少对传统能源的依赖。
然而，新能源也面临着天气条件、地理位置等因素的限制，因此如何合理利用新能源，实现微电网系统的稳定运行是一个需要解决的问题。
其次，我们来讨论一下基于新能源的微电网系统的研究内容。
首先是新能源的接入与集成。
微电网系统需要将可再生能源与传统电网有机地结合起来，使之能够相互支持和协调运行。
在实际应用中，新能源的接入和集成需要进行合理的规划和设计，包括太阳能光伏板、风能发电机组等设备的选型和布置，以及能量存储装置的设计和建设等方面。
其次是微电网系统的控制与管理。
微电网系统需要一个完善的控制系统来实现能量的调度和供需的平衡。
通过与传统电网的互联互通，微电网系统可以根据当地的能源情况和负荷需求进行智能化的调度和管理。
这需要借助先进的电力技术和智能化的控制手段，以保证微电网系统的安全、稳定和可靠运行。
此外，微电网系统还需要考虑到供电可靠性与稳定性。
由于新能源的天气条件和地理位置的限制，微电网系统的供电可靠性和稳定性可能会受到一定的影响。
因此，针对这个问题，需要开展相应的研究，包括新能源的预测与预警技术、能量存储技术的应用以及备用电源的配置等方面，以提高微电网系统的可靠性和稳定性。
微电网技术的研究与应用前景
Ｍ ｉ ｒ ｇ ｉ ｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ Ａｐ ｉ ａ ｉ ｎ Ｐｒ ｓ ｅ ｔ ｃ ｏ ｒ ｄ Ｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｐｌｃ ｔｏ ｏ ｐ ｃ ｓ
现 状 ； 我 国发 展 微 电 网面 临 的 关 键 问 题 ， 微 电 网的 定 位 、 现 有 配 电 网 的 协 调 、 电 网 发 展 自身 的技 术 等 对 如 与 微
问 题 进 行 了分 析 与 探讨 ， 对 我 国 微 电 网 的 应用 作 了展 望 。 并
关 键 词 ： 布 式 电源 ； 电 网 ； 电 可 靠性 ； 网 智 能 化 分 微 供 电
图 １
』 荷Ｊ 热负
微 电 网 结 构 方 框 图
力系统 发生 故障 ， 布 式 电源 必 须 迅速 退 出 电 网 分
运行 ， 也限 制 了分 布式 电源 的应用优 势 。 这 为 了减少 分布 式 电 源 的诸 多 不 利影 响 ， 挥 发
其积极 作 用 ， 好 的 解 决 方 案 是 采 用 微 电 网 较
元 ， 可在数 秒 内动 作 ， 高供 电 区域 的供 电可靠 它 提 性 、 低损 耗 、 定 电压 ， 可 以提 供 不 问断 电源 降 稳 还
满 足用户 的特定 需求 。微 电 网和大 电网 的互 为备 用 ， 以提 高供 电 的可靠性 。由图 １ 知 ， 电 网 可 可 微 可 以包括 光伏 发电 、 风能或 者燃料 电池 等微 电源 ，
１４ ２
电力与 能源
第 ３ 卷第 ２ ２ 期
２ｌ Ｏ １年 ４月
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微电网关键技术研究与应用
发表时间：2016-10-15T12:07:03.753Z 来源：《电力技术》2016年第5期作者：曹辉迟震陈辰杭银丽冯志阳顾竞成[导读] 微电网是充分利用可再生能源发电的一种新模式。
（1南通供电公司江苏南通 226004；2中天昱品科技有限公司江苏南通 226009；3中天光伏技术有限公司江苏南通 226009摘要：微电网是充分利用可再生能源发电的一种新模式。
微电网中的微源通过电力电子接口接入电网，微源种类繁多，既可以是光伏、燃料电池或微型燃气轮机，也可以是蓄电池、超级电容、飞轮储能系统等。
负荷可以根据其负荷等级，分别挂在不同的馈线上。
为了
实现微电网系统能量调度和保护，微电网一般需配备能量管理系统。
关键词：微电网；关键技术；应用
当公共电网正常工作时，PCC闭合，微电网与公共电网并网运行；当公共电网出现故障时，PCC迅速断开，微电网进入孤岛运行模式，能量管理系统可以选择性地切除普通负荷，确保系统关键负荷的正常供电，提高微电网系统内关键负荷供电的可靠性，同时保证电网的安全性；公共电网故障切除后，微电网经过同步控制后可以重新并网运行。
1.微电网的控制策略
微电网的整体控制策略采用主从控制策略。
主从控制是指当微电网孤岛运行时，微网中只有一个或者多个电压源逆变器作为变流器工作在恒压恒频率（V/f）模式，提供微网的参考电压和参考频率，其余的分布式电源作为从逆变器工作在恒功率（PQ）模式。
当微电网并网工作时，变流器需要锁相控制，保证微网输出电压的幅值、频率、相位与公共电网相同，减小并网过程中的冲击，实现柔性并网。
2.变流器的工作模式
基于主从控制的微电网变流器既能够工作在孤岛模式下也要能够工作在并网模式下，在不同模式下变流器的工作环路有所不同。
变流器采用双环控制结构，外环控制器用来实现上述不同控制的转换，并产生内环参考信号；内环控制器用于对电流的控制，改善系统运行性能，提高逆变器输出电能质量。
2.2.1 并网工作模式
并网运行时，公用电网为微电网系统提供电压和频率支撑，微电网逆变器采用恒功率控制，只需控制输出设定的有功功率和无功功率。
此时，逆变器输出电压被公用电网钳位为电网电压，逆变器在稳态时输出功率实际由并网电流决定，从而只需控制逆变器输出电流即可完成恒功率控制的目标。
变流器输出交流网络的有功和无功功率在旋转坐标系下可以表示为：
（1）其中，ud和uq分别为微电网逆变器三相输出电压经过park变换得到的d轴和q轴电压分量；id和iq分别为逆变器三相输出电流经过park 变换得到的d轴和q轴电流分量。
由于park变换中，选定合成电压矢量方向为d轴方向，则q轴电压分量为零。
因此，有功功率只与d轴有功电流有关，无功功率只与q轴无功电流有关，从而可以通过电网电压值和功率给定值(Pref和Qref)得到电流内环给定值(idref和iqref)：
（2）式中，idref、iqref分别为电流内环d轴和q轴的给定值。
采样三相电网电压，对其进行abc/dq变换，得到电网d轴电压分量。
根据给定的有功和无功参考值，由式（2）求得电流内环给定值idref、iqref。
2.2. 2孤岛工作模式
微电网在孤岛运行时失去了电网的电压和频率支撑，因此，为满足本地负荷的供电质量要求，微电网主控逆变器需承担起为微电网系统建压的功能，为从逆变器提供电压和频率支撑，并根据负荷需求调整自身的输出功率。
此时，变流器由恒功率控制转为恒电压恒频率控制（V/f控制）。
V/f控制器的时域表达式为：
（3）式（3）中，fref是系统孤岛运行时的给定频率参考，Eref是给定电压幅值参考。
微电网锁相环的自主频率生成模块生成微电网孤岛运行时的锁相角，为微电网系统提供频率支撑；然后将此锁相角θinv作用于逆变器输出电压的park变换。
逆变器三相输出电压经过park变换得到ud和uq分量，分别与电压参考Eref和0进行比较，并对误差进行PI控制，从而得到内环控制器的参考信号idref与iqref。
3.微电网系统设计
微电网变流器的主要功能和性能指标有：
（1）、能量双向流动，可实现储能元件充放电的管理。
（2）、并网运行：按照中央控制器的要求发出或者吸收一定的有功或者无功功率。
（3）、孤岛运行：多机并联孤岛运行功能；参与电压控制；参与频率调节；向重要负荷提供不间断供电。
（4）、能够实现并网到孤岛或者孤岛到并网的平滑切换，保证系统稳定。
（5）、具备丰富的通信接口，便于与上级监控或者调度系统交换信息。
（6）、具有保护功能，在各种情况下保证微电网变流器的安全。
3.1 变流器主电路设计
主电路设计主要包括功率电路设计和控制电路设计。
系统采用TMS320F28335芯片为主控芯片，系统直流侧和交流侧采样之后送入DSP进行处理，处理后给出功率器件的驱动信号，控制功率器件的关断。
3.2 控制电路设计
控制部分主要由DSP控制板、采样模块、MCU模块、辅助电源板构成。
DSP主控板主要完成各种模拟信号和数字信号的综合处理，实现系统的保护和控制功能，是控制算法和控制策略的实现平台。
采样模块主要完成各种模拟信号的采样。
MCU模块主要完成面板显示与控制功能，是实现用户控制的操作模块。
3.2.1 DSP控制电路设计
DSP控制板功能电路包括：CPU及其外围电路、CPLD及其外围电路、上电复位电路、RS-485通讯接口电路、CAN通讯接口电路、SPI通讯接口电路、数字量的输入输出接口以及采样信号调理电路等。
CPU选用TI公司的浮点DSP芯片TMS320F25335，其具有运算速度快，价格便宜，外设丰富，AD转换精度高等、自带PWM发生器等优点。
CPLD主要用来完成逻辑信号的运算。
3.2.2 MCU电路设计
MCU板主要完成参数的显示和键盘输入、与DSP通信以及与上一级PLC通信的功能。
其硬件电路主要包括：单片机以及其外围电路、RS-485通讯接口电路、时钟芯片、EEPROM以及DSP的SPI通讯电路、键盘控制电路、显示电路、LED控制电路等。
4结论
微网变流器是微电网系统的关键单元之一。
孤岛运行时变流器要用来维持微电网的电压和频率稳定，并网运行时可以用来实现微网的优化运行。
微电网变流器需要能够实现能量双向流动，接收中央调度管理，实现微电网系统经济优化运行；电网故障时，变流器需要能够实现不间断供电。
微电网技术可以有效地解决大规模分布式发电系统并网运行问题，提高了可再生能源的利用。
参考文献
[1]杨素琴, 韩念杭, 罗念华. 分布式发电系统并网影响研究综述[J]. 自动化与仪器仪表, 2012 (1): 15-18.
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