【国家电网】港口微电网建模仿真与运行管控技术_39页_4mb

港口微电网建模仿真与运行管控技术总结

1. 发展背景

港口微电网的发展背景与国家“双碳”目标密切相关。2021年，国家明确提出构建以新能源为主体的新型电力系统，推动交通运输行业向绿色、低碳转型。交通运输行业化石能源消费占比近90%，是唯一碳排放仍在上升的领域，因此港口作为重要的交通节点，其能源转型尤为关键。

目前，我国港口数量众多，包括沿海港口150余个（含24个主要港口、8个区域性枢纽港口、24个地区性重要港口）和内河港口1300多个（含28个主要港口）。典型港口如上海洋山港、宁波舟山港和青岛港，均具备较高的吞吐能力和现代化设施。

港口的能源使用现状主要依赖电能、燃油、煤炭、LNG等，能源利用形式单一，尚未实现多种能源的高效交互和循环利用。港区电网为传统供电网络，存在电能质量差、损耗高、运营成本高等问题。随着新能源的引入，港区电网将向具有“双高”特征（高比例新能源、高负荷波动）的微电网转变，需协调优化控制以提升能源利用效率。

2. 运行控制策略

港口微电网运行控制策略主要包括能量管理主站多时间尺度优化调度架构和多能源协调控制器的协控策略。

2.1 能量管理主站多时间尺度优化调度架构

• 采用递阶模型预测控制（MPC）方法，将系统调度控制过程分为日前计划和实时校正两个时间尺度。
• 日前计划以新能源本地消纳率为优化目标，目标函数包括购电成本、运维成本、弃风弃光惩罚等。
• 实时校正每5分钟执行一次，对日前计划偏差进行修正，重点调控功率型储能、柔直设备和电动作业车辆充电站等快速响应设备。

2.2 多能源协调控制器协控策略

• 用于协调控制储能与柔直转供系统，实现稳态和异常状态下的实时控制。
• 正常运行状态下，根据遥测数据协调控制储能与柔直设备，其他资源按主站指令运行。
• 异常运行状态下，执行异常控制策略，如主变重载、母线负载不平衡、通信中断等。

3. 建模仿真

港口微电网建模仿真平台是实现规划与运行优化的重要工具，其核心思想是“基于模型做预测，基于预测做决策”。

3.1 仿真平台功能模块

• 源荷预测：提供负荷与新能源的预测数据。
• 联合仿真：对运行和规划方案进行仿真验证。
• 规划优化：基于预测数据优化港口能源系统配置。
• 运行优化：生成在线调度策略并执行。
• 综合评价：对仿真结果进行评估，并反馈至优化阶段，形成闭环流程。

3.2 仿真模型与验证

• 风机模型：模拟风速与风功率变化。
• 光伏模型：反映光伏辐照度、温度与输出功率的关系。
• 储能模型：用于分析储能设备充放电特性与运行约束。
• 柔直模型：用于模拟柔直设备的传输功率变化。
• 负荷模型：反映港区负荷特性与变化趋势。

仿真平台已在RTDS系统上进行验证，运行数据通过IEC104规约上传至能量管理系统，生成优化调度策略并下发执行。

4. 实际工程应用情况

4.1 典型运行场景仿真

• 基于某港区源荷历史数据，利用“手肘法”和K-means聚类算法，划分出季度和年度典型运行场景。
• 通过仿真，评估了不同运行场景下的新能源消纳率和用电自治率等关键指标。

4.2 日常运行场景仿真

• 在“概率最大场景”下，新能源消纳率达到100%，用电自治率为21.5%。
• 通过柔直设备的协调控制，实现了10kV I、II段间的功率平衡。

4.3 “源大荷小”极端场景仿真

• 在“源大荷小”场景下，新能源消纳率由70.92%提升至84.6%，用电自治率由80%提升至81.1%。
• 通过能量管理主站与协调控制器的协同策略，验证了运行控制方案的有效性。

5. 建议与展望

1. 港口是“一带一路”建设的重要节点，需打造智慧港口和绿色港口，提升能源利用效率，降低碳排放，助力“双碳”目标实现。
2. 推动港口绿色化发展，引入光伏、风电、氢能、热能等多种能源形式，构建多能互补系统。
3. 微电网具有“双高”特征，需加强源荷不确定性分析，优化协调运行策略。
4. 建议进一步完善模型与仿真系统，提升平台的适用性与易用性，支持更多场景的仿真模拟。
5. 持续迭代调度控制策略，提升微电网短时间尺度功率平衡能力和异常运行下的稳定性。