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周志超，天津大学电气与自动化工程学院博士研究生，高级工程师，主要研究方向：分布式发电与微电网技术、微机继电保护与控制。曾在国电集团“风电设备及控制国家重点实验室”及“国家能源潮汐海洋能发电技术重点实验室”从事新能源发电与并网技术的研究。核心参与了加拿大自然资源部“CREE原住民社区10MW新能源混合供电示范项目”、计划项目“分布式发电供能系统相关基础研究”、计划项目“含分布式电源的微电网关键技术研发”、国家海洋局“2*kW潮流能发电工程样机产品化设计与制造”等多项国内外、省部级重大科研攻关项目。在新能源发电领域，成功开发出大容量电池储能双向变流器一系列产品，取得发明专利授权8项，实用新型专利授权9项，软件著作权3项。
下图为本文案例(加拿大CREE原住民社区10MW新能源混合供电示范项目)现场踏勘照片：
1研究背景
独立微网系统(stand-alonemicrogrid，SAMG)中可再生能源渗透率高，电源和负荷双侧均充斥着很强的不确定性，给系统的优化规划设计(包括分布式电源(distributedgenerations，DGs)类型和容量的优化，运行控制策略类型及参数的优化等)带来了很大的技术挑战，传统的以发电跟踪负荷波动实现系统平衡和以发电控制调整系统运行状态的运行策略和控制手段将难以为继，选择合适的DG组合方案和经济运行控制策略可以有效降低SAMG的投资运行成本和污染物排放，并保证供电可靠性。
目前关于SAMG的容量配置和运行控制策略已进行了大量的研究工作，但研究对象主要集中于风/光/水等可再生能源发电，对于生物质发电(biomasspowergeneration,BPG)系统在SAMG中的应用研究较为缺乏；研究方法大多采用基于能量供需平衡的准稳态逐时仿真优化设计方法，较少
本文针对包含柴油发电机(dieselengine，DE)、风力发电机组(windturbinegenerator，WTG)、BPG和锂电池储能的SAMG，充分考虑了各DGs的技术特性，系统正常运行时的备用容量、大扰动时的紧急备用容量，以及多台DE的组合开机方式等问题，提出一种包含正常运行时的经济运行调度和大扰动时的紧急功率控制的双模式优化控制方案，以达到提高可再生能源渗透率、降低柴油消耗量、优化BESS容量配置和运行工况、提高系统稳定性等目标。选取加拿大某偏远原住民小区(55°16′N，77°45′W)的风柴储SAMG作为研究对象，分析验证了所提方法的有效性。2含生物质发电的独立微网系统模型
本文采用基于有机朗肯循环(organicrankinecycle,ORC)的生物质发电技术，该系统自动化程度高，低功率出力性能好，技术较为成熟。研究中，不考虑基于可控负荷的广义储能和负荷调度控制技术。
根据系统中各DGs的技术特性，提出一种改进的负荷跟随(improvedloadfollowing,ILF)实时运行调度策略：DE作为SAMG主电源，长期运行于低于额定出力水平的某基点运行功率PD_base，承担系统能量管理调度周期内的净负荷波动的同时，也为系统提供足够的备用容量；BPG作为DE的补充电源，亦长期运行，承担系统大于能量管理调度周期时长的净负荷波；通过不同充放电倍率和荷电状态(stateofcharge,SOC)运行区间的设置，将削峰填谷和紧急功率控制两功能集成于一套储能系统中，使BESS优先为系统遭受大扰动时提供紧急调频功能，其次为在系统正常运行时，以较小充放电倍率进行能量搬运。运行控制分为正常运行功率调度和紧急功率控制两个模式。紧急功率控制优先，以保证系统在大扰动情况下的稳定运行为目标；正常运行功率调度在为紧急功率控制预留足够系统备用容量的限制下，以实现系统的经济环保运行为目标。3算例分析
系统结构如图1所示，为在原有3×1.1MW纯DE发电基础上，新建一套包含3×1.5MWWTG、1×1.0MWBPG和2MW×1hBESS的风柴储生物质SAMG，以满足未来20年内的小区用电需求。图1风柴储生物质独立微网算例系统结构图
着重从三个方面进行了分析研究：
1）经济运行调度的准稳态仿真分析：根据当地20年内的预测风速和负荷需求，采用本文所提出的经济调度策略进行全寿命周期的准稳态仿真分析，仿真步长10min。图2为系统某典型日的实时运行情况。
图2典型日各微电源的运行功率
2）不同生物质出力调度策略的经济敏感性分析。
3）大扰动情况下的稳定性分析：从前述准稳态调度仿真结果中选取四种典型运行场景进行系统的暂态稳定性分析，分别考虑有一台出力较大的电源故障(不包含单台DE运行，且DE故障的极端情况)退出运行的情况，验证N-1系统能否继续稳定运行。图3为单台WTG意外退出时的系统暂态过程。
图3 场景3单台WTG意外退出时的系统暂态过程
4结论
围绕风柴储生物质SAMG，提出了一种包含正常运行时的经济运行调度和大扰动时的紧急功率控制的双模式优化控制方案，以某偏远社区的独立供电系统为案例进行了分析。研究结果表明：
1）通过ILF能量调度策略，利用绿色可再生的生物质燃料的BPG可以有效降低SAMG运行中的柴油消耗，但其出力须充分考虑WTG、PV等间歇性可再生能源发电出力和负荷需求的波动性，以实现两者间的有效合作发电，达到系统经济性和环保性的整体优化。
2)SAMG的经济调度中，WTG经常需要限功率运行，确保风能高渗透率的同时，限制风电出力的波动对系统的冲击；限功率控制时，WTG成为一定程度上的可控微电源，具备调峰调频的能力。
3）DE宜运行在低于额定容量的某基点功率附近，获得较高发电效率的同时，为系统运行保留一定的旋转备用，并可充分利用机组优异的短时过载能力为系统提供事故备用容量。
4）通过四个SOC关键节点和高低充放电倍率的选定，将能量搬运与紧急功率控制两功能集成于一套BESS中，紧急功率支撑功能优先，削峰填谷次之，减小了BESS的容量配置需求、充放电控制的频次及功率的波动。
本文案例得到了加拿大自然资源部的科技示范项目资助，所提优化控制方案已通过魁北克水电局的技术审查，并获得最终售电许可协议。引文信息
周志超,王成山,焦冰琦,等.风柴储生物质独立微网系统的优化控制[J].中国电机工程学报,,35(14):-.
ZHOUZhichao,WANGChengshan,JIAOBingqi,etal.Optimalcontrolofwind/biomass/diesel/batterystand-alonemicrogridsystem[J].ProceedingsoftheCSEE,,35(14):-(inChinese)．
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