华电学者提出基于虚拟储能的直流微电网源荷储多时间尺度协调控制方法

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在直流微电网中，分布式电源、可控负荷及储能均具有参与系统功率调节的控制潜力。目前，微电网中关于源荷储优化调度策略中，可控设备的运行参数各不相同，导致调用相对孤立，集控管理单元缺乏对系统状态的整体感知，灵活性和协调性仍显不足。源荷储协同控制在应对新能源出力波动、可控设备运行工况多变的实际场景时，难以有效整合系统资源，优化多元功率调节。因此，高效利用可控资源及快速准确的源储荷协调控制，将是直流微电网提升安全经济运行水平的关键。

目前，微电网重点关注源荷储侧可调资源的合理配置和充分利用，提升系统的运行灵活性。在源储荷协调控制中，虽引入需求响应资源联合优化，但可控资源运行模式各自独立，缺乏统一调度措施，未全面评估多类可控资源的协同优化效益。为解决这一问题，虚拟储能技术将可控设备虚拟为储能形式，具有大幅简化源储荷联合运行方式的潜力。

虚拟储能技术虽然为整合微电网内可控资源提供了可行方案，但仍需建立便于源荷储统一调度的控制模型。并且多时间尺度的能量优化与协调控制亟待完善，使可控设备通过虚拟储能形式释放其控制潜力，适应微电网多变的运行方式，同时有效提升系统的经济性和安全性。

为整体优化直流微电网中的源荷储可控资源，新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学）的张祥宇、舒一楠、付媛，在2022年第23期《电工技术学报》上撰文，直流微电网内的可控源储荷设计了上层能量优化和下层协调控制的双层管理方法，提出了基于虚拟储能的多时间尺度源荷储协调控制策略，使供、需两侧资源得以整合，提升了系统调控的互动灵活性。

图1  基于虚拟储能的双层能量调度框架

研究人员首先通过风电及可控负荷模拟电容储能充放电特性，构建含多灵活性资源的虚拟储能系统模型，并将其集成于直流微电网优化调度模型中，利用虚拟储能系统的充放电管理，完成系统经济调控；其次，为应对非计划性波动功率，引入双层调度模型，以保障经济运行的上层能量优化为基础，提出基于虚拟储能的源荷储短时分区协调控制技术，提升微电网运行的可靠性；最后，通过仿真验证了虚拟储能可充分激发直流微电网内源荷储在多时间尺度下的协同调节潜力，改善系统运行的经济性和安全性。

他们分析发现，以虚拟电容形式将具备可控性的负荷、风机和电动汽车构建为虚拟储能系统，使直流微电网能够将虚拟电容值作为统一调控参数，以虚拟荷电状态作为系统运行评估指标，便于整体规划系统内的可控资源储备及安全调用范围。

此外，直流微电网在所提双层管理模式下，供需侧各类可控资源的能量储备通过多时间尺度配合，不仅监测更加直观，且资源调度的协调性和灵活性均得到了显著提升。在所提上层控制中，通过虚拟电容值不仅可以评估可控设备的调节潜力，并且便于统一调用能量储备，使优化运行得以简化，显著降低系统运行成本。

研究人员指出，引入虚拟储能后，直流微电网在电压分层控制基础上，通过监测虚拟荷电状态，可进一步融入所提分区协调控制，短时调用源储荷的能量储备应对非计划性扰动。测试结果表明在所提下层运行控制策略中，依据虚拟储能运行区域划分，源荷储快速控制潜力可以得到充分发挥，不仅有效地避免了电池过度充放电，而且保障了系统运行安全性。

本文编自2022年第23期《电工技术学报》，论文标题为“基于虚拟储能的直流微电网源荷储多时间尺度能量优化与分区协调控制”。本课题得到国家自然科学基金项目和河北省重点研发计划项目的支持。

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