微电网中的四元素“源网荷储”-北极星售电网

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微电网中的源网荷储这四个元素该如何理解？

电源、电网、负荷、储能。

（来源：微信公众号“黄师傅说电”）

这四个元素在大的电力系统中比比皆是，在小型的微电网系统中也同样存在。

可以说整个电力系统就如同西兰花一样，不论怎么向下切分，依然都是同一个形状，那么自然在大电力系统运行分析中的一些道理同样适用于微电网中。

所以想要系统性地了解用户侧微电网，就要先对于其中各个元素进行充分地理解。

#电源

因为我们讨论的范围视在用户侧微电网，甚至更小一点就是某个企业表后的微电网，那么电源可选择的种类就比较有限。

最常见的就是光伏发电了，其充当的是一个跟随电网来发电的角色，是一个可控电流源。

电流源顾名思义，只负责提供电流，不负责支撑电压，这也是电力电子设备接网的主流工作模式。

一旦跟随的“网”没了，也就是电压三要素失准，那么光伏系统也会随之停机，等待电压恢复后再自行启动。

还可能存在的一类电源是内燃机类型，多为柴油发电机。

柴油发电机直接接入用户配网，但大多数时刻都处于冷备状态，充当备用电源的角色。

因为配置的柴油发电机组容量有限，提供紧急供电时也只能带动部分重要负荷，所以一般配有柴油发电机的用户侧配网，对于这类重要负荷也会设置双回路供电。

一路由主电源也就是网侧来供电，而另一路是柴油发电机的供电回路，二者互斥，不能同时开启。

而在一些离网的项目中，柴油发现机的角色会更大一些。小型项目配置的柴油发电机可以独立带动微电网内的全部负荷，大型的项目也需要具备一定容量，好作为主电源的黑启动电源。

离网项目中，光伏和储能作为主电源，难免会有电力电子设备宕机、天公不作美、储能电量不足等情况，此时柴油发电机的存在就是另一份保障。

而柴油发电机本身也可以具备并网运行和离网运行两种模式，并网运行时其呈现可控电流源的属性，根据指令控制自身有功和无功的输出。

离网运行时其呈现电压源的属性，根据指令建立母线电压三要素，带动其它电流源恢复工作。

这是用户侧微电网可能会存在两类电源，我们先有个概念，之后的文章里都会慢慢细说。

#储能

放置在工商业用户侧的电化学储能系统比较常见了，不过我习惯把双向的电动汽车充电桩也放在这里一并考虑。

集装箱式的算静置储能设备，随取随用；电动汽车的算是动态储能设备，需要发信号邀请响应。

在微电网并网运行状态下，储能依靠变流器并网，也处于电流源的工作模式。根据能量管理系统进行充放电的操作，可控点还是比较多的，它也是整个微电网受控源的灵魂。

而在离网运行模式下，多数情况都是依靠储能充当电压源来支撑小系统的电压。

因为在两种不同微电网运行模式下，储能系统需要两种不同的工作状态，那么就要在并离网切换时储能也能够同时进行工作状态的切换。

而切换状态必然需要时间，但电力系统的平衡是瞬时的，所以想要在并离网期间不存在任何掉电的缝隙，我们可能还需要一些其它储能手段来保持系统的运行稳定。

也就是说，在短时的缝隙里，我们还需要一些资源来撑起这短暂时刻的供需平衡，为储能设备在离网状态下接管整个系统电压争取时间。

可能用到的储能设备就有可以短期瞬时提供一定功率支撑的超级电容或者飞轮储能，也有直接和重要不断电负荷串联的UPS/EPS等不间断电源。

#负荷

用户的电力负荷看似是这四要素中最不可控的一个环节，不过现在随着负荷预测在电力市场中的角色越来越重要，随着调节类虚拟电厂的负荷侧资源越来越受到重视，对于可关断、可调节负荷资源的开发也成为了行业热点。

作为消费电力的设备，负荷将电能转化为其它形式的能量，进而再带来其它方面的效益。

而用电成本对比用电收益，可能本就不在一个数量级，这也给一些调节资源的开发带来难处，毕竟想要改变一个用户的用电习惯，可能比改变一个人的生活习惯还难，这和组织转型慢于个人改变是一个道理。

不过这并不能作为负荷资源难以开发的借口，虽然颠覆式的改变很难，但渐进式的改良还是可以尝试的。

我觉得难点在于对于用户负荷的了解，对于用电习惯的掌控以及对于不影响用电收益下的改良方案的提出。

归根到底就是有没有那个耐心花时间去琢磨用户的负荷，去做一件可能短期内不创造效益的事儿，当然也可能是做了也不会有任何效果的事儿。

不过回到负荷对电量的消耗，任何电量的消费都会有其对象，进而有其原因，而对于负荷的控制就在于是否会有提前拟定好的调节方案，是否可以随时根据能量管理系统的判断来执行方案。

还有一个不能忽视的负荷就是已经存在于用户配电成套设备中的无功补偿设备，因为负荷所需要的不仅是有功功率，还有无功功率。

一个好的微电网系统不该把这个可控无功源放置在自身的控制策略之外，所以对于负荷的控制要在有功和无功两个方面进行考量。

虽然电力辅助服务市场尚未开启无功支撑的品种，但一个良好的功率因数还是可以在内部损耗，在力调电费方面发挥重要作用。

#电网

源网荷储的最后一个元素，“网”该如何理解，我并不会把其理解成用户的配电网络。

本质上用户的配网都是按需进行的容量设计，基本不会存在一个支路供给容量不足以满足整个支路负荷用电需求的情况。

那么把这个网理解为某个用户的配网就不具备可以讨论的点。

所以我习惯把这里的网解释为网供电源，或者说是整个用户与大电网之间的交换功率，这样一来就可以用“源”和“荷”为两个思考角度来构建微电网的模型。

网供电源不论是向用户供给电能，还是从用户处吸收电能都会提供微电网的电压支撑，所以充当的是电压源的角色。但这个交换功率的大小虽然也受控，却是一种间接受控的方式。

根据功率平衡约束，四要素时时刻刻的有功功率和无功功率都要维持平衡，即矢量和为零，那么和电网的交换功率大小就取决于对分布式电源、储能和负荷调控后的结果。

而这个结果也是微电网/虚拟电厂结算的重要依据。

小结

如果把源网荷储四个要素继续抽象成2个要素，那就是电源和负荷。

其中分布式电源是纯粹的源，电力负荷是纯粹的荷，而网和储就介于两种状态之间，可以为源也可以为荷。

当然，这是我对于四要素的个人理解，大家可以参考。

这不是官方定义，也不是金科玉律，只是比较符合我去理解微电网运行，去设计微电网控制策略的思考习惯而已。

下一篇，我们尝试画几张图，先从微电网矢量图画起，看看这四个元素该如何体现在这一张图上~

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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