微电网系统

本议题选取新疆典型场景巴音布鲁克镇区开展镇域末端保供型微电网建设运行模式探索，基于就近的小水电、光伏等分布式绿色资源，整合移动发电、台区储能等新型电力设施，构建兆瓦级“水、光、柴、储、充”自适应灵活组网的微电网系统，实现了微网并离网的“零感知”切换、外部电网故障时的黑启动及微网内部的电力电量平衡，有效提高了镇域民生负荷供电可靠性，同时为偏远地区的可靠供电搭建新的供电模式。

直流微电网是一个网络物理信息系统，在信息传递的过程中容易遭受网络攻击的影响。虚假数据注入信息通道会影响微电网的系统安全。检测并修正虚假数据注入攻击，能够提升微电网系统运行的安全性。针对这一问题，提出了一种基于卷积神经网络（convolutional neural network，CNN）和长短期记忆网络（long short-term memory，LSTM）联合最大互信息系数（maximum information coefficient，MIC）的二阶段虚假数据注入攻击检测方法。首先，使用CNN从直流微电网运行的时序数列中提取时序特征，运用LSTM模型结合CNN提取的时序特征运行得到直流微电网运行状态预测值，与直流微电网运行的实际值对比，初步判断系统中是否存在虚假数据；其次，考虑到CNN-LSTM模型存在一定的误报率，构建MIC校验器，进一步判断系统中是否存在虚假数据并恢复；最后，通过直流微电网Matlab仿真分析，验证了所提方法的合理性和可行性。

国家电网有限公司确立了“具有中国特色国际领先的能源互联网企业”战略目标，作为责任央企，连云港供电公司致力于为沿海岛屿提供安全、优质、经济、环保的能源。为满足海岛用电需求，公司组建联合攻关团队，攻克发展、建设、运检、调控、信通等多个专业难题，在开山岛上建设一套综合能源智能微电网系统；充分利用海岛丰富的风、光、波浪能等自然资源，建设30千瓦风机一台，采用屋顶平铺方式建设110千瓦光伏，660千瓦时储能，发电功率50千瓦柴油发电机和日产10吨淡水的海水淡化系统，通过多种能源协同互补利用，彻底解决岛上用电用水紧缺难题。建成投运开山岛智能微电网及海水淡化系统，让开山岛的夜晚灯火通明，为将开山岛建设成为全省乃至全国有影响力的党性教育基地、国防教育基地、爱国主义教育基地贡献苏电经验。 

数字化转型驱动传统陶瓷产业能源变革。泰鑫瓷业以绿色低 碳-工业互联网为基础的碳中和路径，通过数字化转型驱动生产 方式变革，采用工业互联网、大数据、5G 等新一代信息技术提 升能源、资源、环境管理水平，深化生产制造过程的数字化应用， 赋能绿色制造。推动陶瓷制造过程的关键工艺装备智能感知和控 制系统、过程多目标优化、经营决策优化等，实现陶瓷生产制造 过程碳排放等信息采集监控、碳排放智能分析和精细管理。打造 一个面向陶瓷产品生产周期系统，以数据驱动提升陶瓷传统行业 绿色低碳技术创新、绿色制造和运维服务水平。

构建多能互补利用工业绿色微电网系统。普丽环境针对自身 用能需求和特点，创新性集成了屋顶分布式光伏发电、高效光伏 PVT 热电联供、分散式风力发电、再电气化系统优化以及余热利 用系统为一体的多能互补工业绿色微电网能源系统，解决了企业 生产过程低碳用电、生产用热水和冬季供暖的需求，构建企业用 能监控调配体系，实现企业可再生能源就地消纳比例达 84.4%。

直流微电网系统规模不断增大，大量变流器并入电网导致稳定性问题严峻，传统阻抗分析法在建立复杂拓扑网络的等效模型时存在一定局限性。为此，文章提出基于广义阻抗比的改进阻抗分析法，首先推广传统阻抗比的概念，根据端口特性建立系统等效模型，推导并定义广义阻抗比来表征系统稳定性。进一步对系统进行小信号建模，得出基于广义阻抗比的稳定判据进行分析。最后，通过算例分析和时域仿真验证了所提方法在多变流器直流微电网系统稳定性分析中的正确性和有效性。

随着极地科考力度的加大，能源需求迅速增加，以燃油为主的极地用能所带来的环境污染和碳排放问题已不容小觑，亟须构建以清洁可再生能源为主的微电网系统以保证极地科考绿色可持续发展。文中通过分析南极科考站的资源特性，选择风光储微电网结构，建立系统容量优化配置模型。极地环境复杂多样，对储能系统影响较显著，为保证微电网未来运行具有更好的适应能力，在配置阶段详细考虑了储能容量衰减对微电网系统经济效益的影响，分析了温度、充放电倍率、循环次数对电池容量的影响，建立基于自适应灰色关联分析法的多因素耦合的电池容量衰减模型，并将其纳入优化配置模型，使用改进粒子群算法对南极科考站进行算例求解与分析。算例仿真结果表明，考虑储能容量衰减的微电网配置方案可降低电池过充、过放概率，延长电池的使用寿命，更适用于极地。

光伏发电具有间歇性、波动性和预测难的特性，因此需要与其他能源进行互补。常用的方法是利用水电机组的快速响应和储能电池灵活高效的补偿来构建水光储微电网系统。然而，这一系统具有强烈的非线性特性，其稳定性的一个关键问题是频率控制。针对这一问题，设计了基于多目标H2理论的混合H2/H∞鲁棒控制器，主要目标是在暂态下抑制频率振荡。在控制器中嵌入海鸥算法，对海鸥算法进行混沌初始化和参数改进得到一种改进海鸥算法(improved seagull optimization algorithm, ISOA)。利用ISOA对H2/H∞鲁棒控制的加权矩阵系数和范数权重进行参数优化，最终获得最优混合ISOA-H2/H∞鲁棒控制器。仿真结果表明，所设计的ISOA-H2/H∞鲁棒控制器在功率扰动和系统参数摄动下能保证水光储系统的频率稳定，并具有满意的动态特性。

在多能互补独立微电网关键技术研究中主要面临 3 大技术问题：①缺少适应高寒、高海拔地区低能耗的预制舱热管理系统。现有技术方案为加强物理保温，增加空调、加热器等，该方案对温度不敏感的蓄电池（铅炭、铅酸）虽能起到保温、散热作用，但加热器、空调等保温设备功率大，耗能多，而且效果差。②多能互补独立微电网系统，其电源一致性和电能平衡管控是多电源独立微电网的难点，也是独立微电网系统管控的重大技术挑战。现有技术采用超短期发电和负荷功率变化的预测，其时间长且准确率低，不能满足平抑波动的要求，影响微电网的稳定运行。转子发电系统如柴油发电机组、水力发电投入到运行独立的微电网中，缺少无缝切换成功的案例。③多能互补独立微电网运营管理平台尚处萌芽阶段，微电网整体性能监测与预警缺乏成功经验。现有的平台，不能监测系统的整体性能、预防故障，发现故障也无法及时处理，影响储能系统的性能及安全。上述技术问题阻碍我国多能互补独立微电网的建设与运营进程，亟需突破高寒高海拔多能互补独立微电网稳定运行关键技术，提升我国微电网技术水平，切实改善和保障民生、助力偏远无电地区发展。 依托国家实现能源转型的政策、精准扶贫的科技项目，项目团队产学研用协同攻关，历时 2年，突破了传统预制舱热管理技术、多电源发电一致性和电能平衡管控技术、运维远程控制等关键技术。主要创新：①研发了适应高寒高海拔地区预制舱热管理系统，优化预制舱内风道设计，提出了利用峰值发电来蓄热技术，实现了预制舱内储能电池表面温度均匀分布，提高了储能电池效率，降低了站用电率；②研制反向协同调控装置，提出了储能重叠追踪调控投切技术，实现了光伏等可再生能源平抑波动、平稳供电、多电源无缝切换的目的；③提出了基于双向指标的独立微电网运维远程管理平台。研发了一套可用于评估多能互补独立微电网及其子系统（子模块）的性能状态量化指标，实现了多能互补独立微网的整体性能监测与预警运维远程管理平台。项目荣获国家发明专利 26 项，实用新型 12 项，科技论文 38 篇，参与国家标准 5 项，行业标准 3 项，企业标准 1 项，专著 2 项，软著 5 项。项目研发的预制舱热管理系统、储能重叠追踪调控投切技术、微电网运维远程管理平台，已成功应用于我国 23 项高寒高海拔多能互补独立微电网工程，确保了数十亿投资的稳定收益，实现科研成果向生产应用的快速转化，推动我国多能互补独立微电网技术的快速健康发展，经济和社会效益显著。

微电网接入配电网之后，能够规避分布式电源给配网带来电压闪变、谐波污染等一系列不利影响，促进分布式电源与可再生能源的大规模接入。常规的微电网组网结构主要以交流微电网系统为主。近年来，随着用户直流负荷持续增加，以及光伏、电池储能系统等具有直流输出特性的分布式电源在用户侧的广泛接入，兼顾交/直流分布式电源并网需求以及交/直流负荷供电需求的混合型微电网成为工程的建设热点。交直流混合微电网同时具有交流微电网与直流微电网的优点，可根据供电区域内分布式电源与负荷类型灵活选取组网方式，并且可以减少分布式电源的电能传输环节，降低电能传输损耗。由于交直流系统的帮合导致交直流混合微电网系统的运行管理较为复杂，目前尚没有完善、标准的组网和运行管理模式，实际工程过程中普遍存在着并网/孤岛切换振荡难以抑制、交直流系统交互影响、对外联络线功率难以管控等难题。本成果创新性提出一种基于混合储能技术的交直流混合微电网组网拓扑及其运行控制方法，旨在解决交直流微电网技术在实际工程中存在的上述难题，实现交直流微电网系统多模态稳定运行及与大电网间的协同调度，保障区域内交直流负荷的高质量电能供给及多样化分布式电源的高效利用，推动我国分布式能源技术的发展及工程推广应用，加快我国能源消费结构的“电能替代”和“清洁替代”进程。