中節(jié)能綠洲(北京)太陽能科技有限公司的研究人員吳敏，在2015年第11期《電氣技術(shù)》雜志上撰文，給出了基于光/儲一體化智能逆變器的家庭微電網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)構(gòu)架，對智能逆變器的拓撲和功能進行了介紹;設(shè)計了一套家庭微電網(wǎng)系統(tǒng)，對系統(tǒng)組成與信息采集方式進行了詳細說明;從家庭能效管理的電源、負荷之間的關(guān)系中，提出等效的數(shù)學(xué)模型，并對其抽象方法和等效關(guān)系進行了詳細介紹;提出一套基于調(diào)節(jié)儲能蓄電池充放電功率的能效管理算法，給出數(shù)字控制的具體實現(xiàn)方法，并結(jié)合實際峰谷電價例子，給出了經(jīng)濟性最好的能效管理控制策略。

最后通過matlab/Simulink利用實際發(fā)電和用電數(shù)據(jù)，對算法進行仿真，驗證了算法的正確性。

隨著新能源行業(yè)的快速發(fā)展和智能電網(wǎng)技術(shù)的不斷實踐，分布式發(fā)電技術(shù)得到大力的發(fā)展。為推動分布式發(fā)電的應(yīng)用，國家發(fā)展改革委2013年印發(fā)關(guān)于《分布式發(fā)電管理暫行辦法》，提出對于分布式發(fā)電，電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)提供并網(wǎng)服務(wù)，政府給一定補貼等規(guī)定。

家庭供電網(wǎng)絡(luò)不在是單一的用電負荷的角色，而兼有發(fā)電的角色。家庭負載也不是單一的由交流電網(wǎng)供電，而是還有本地的分布式電源供電。家庭能效管理與能源消費也不在是簡單的用電管理，智能電網(wǎng)與家庭能效的管理是一種雙向互動的方式，有很強的關(guān)聯(lián)性。

家庭能效管理會主動參與到智能電網(wǎng)的綜合控制中，達到電網(wǎng)可以給用戶更經(jīng)濟更好的服務(wù)，同時家庭負荷可以通過避免電網(wǎng)高峰時段運行等方法確保電網(wǎng)更加安全有效的運行。

智能電網(wǎng)與分布式電源的結(jié)合，催生了家庭微電網(wǎng)能效管理概念的提出和發(fā)展。近幾年來已經(jīng)有大量的研究和實踐，分布式電源在家庭中的不斷應(yīng)用帶動了整個行業(yè)發(fā)展模式的改變。戶用分布式發(fā)電中應(yīng)用最多的是光伏發(fā)電，分布式光伏發(fā)電與儲能結(jié)合起來可以實現(xiàn)對家庭能效的優(yōu)化利用。

光/儲一體化智能逆變器可以實現(xiàn)光伏電池板和儲能蓄電池同時接入電網(wǎng)運行，并通過對電池板和蓄電池的協(xié)調(diào)管理，實現(xiàn)最大功率并網(wǎng)發(fā)電、功率可調(diào)度并網(wǎng)發(fā)電和離網(wǎng)運行三種工作模式。將智能家庭能效管理策略與光/儲一體化智能逆變系統(tǒng)結(jié)合可以實現(xiàn)家庭用電的優(yōu)化控制，提高家庭用電經(jīng)濟性。

本文提出一種基于光/儲一體化智能逆變器的家庭能效管理策略，給出了家庭微電網(wǎng)系統(tǒng)的整體架構(gòu)圖，做了詳細的介紹。通過對家庭能效管理的數(shù)學(xué)模型的分析提出一種針對分時電價的能效管理策略，達到家庭用電費用最低的目標，通過Matlab/Simulink仿真分析驗證了控制算法的正確性。

1、基于智能逆變器的家庭微電網(wǎng)的系統(tǒng)整體架構(gòu)模式

由各種分布式電源、儲能單元、負荷以及監(jiān)控和保護裝置組成的集合，具有靈活的運行方式和可調(diào)度性能，能在并網(wǎng)運行和離網(wǎng)運行兩種模式間切換，這是微電網(wǎng)的定義。而家庭微電網(wǎng)可以理解，在一戶人家的用電網(wǎng)絡(luò)具備上述定義中的功能和特點，我們就可以稱之為家庭微電網(wǎng)。

本文設(shè)計一種基于智能逆變器的家庭微電網(wǎng)系統(tǒng)，可以實現(xiàn)微電網(wǎng)的相關(guān)功能，并且使用設(shè)備數(shù)量很少，便于應(yīng)用于安裝分布式發(fā)電的用戶家庭中。

1.1光/儲一體化智能逆變器功能簡介

分布發(fā)電中用的并網(wǎng)逆變器的特點是功率等級小，但集成的功能較多，較傳統(tǒng)并網(wǎng)逆變器更智能。光/儲一體化智能逆變器可接入兩路獨立的光伏發(fā)電單元，和一路儲能單元，具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 智能逆變器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

這里設(shè)計的系統(tǒng)，光伏電池板的電壓一般在150V到300V左右，儲能蓄電池系統(tǒng)的電壓一般在45V到65V左右。逆變器主要有4部分組成，兩個BOOST升壓DC/DC變換器，用來接兩路獨立的光伏發(fā)電，可以實現(xiàn)升壓、MPPT等功能;一個雙向DC/DC變換電路，采用DAB拓撲結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)升、降壓和對于蓄電池的充放電，通過對電池的充放電兼顧穩(wěn)定直流BUS電壓等功能;一個單相逆變電路，采用H橋結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)逆變并網(wǎng)、離網(wǎng)、PQ可調(diào)節(jié)等功能。

1.2家庭微電網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

圖2為一個家庭微電網(wǎng)的系統(tǒng)柜圖。從圖中系統(tǒng)可以看出，本文設(shè)計的家庭微電網(wǎng)系統(tǒng)可以接入分布式光伏發(fā)電和儲能蓄電池，并且應(yīng)用智能逆變器，可以實現(xiàn)并網(wǎng)運行模式和離網(wǎng)運行兩種工作模式。在并網(wǎng)工作的時候，輸出的有功功率和無功功率的大小可以接受上層的控制指令。雙向計量裝置可以實現(xiàn)對用戶與電網(wǎng)之間功率交換進行雙向計量。

如果光伏發(fā)電的功率大于本地負載的用電功率，并且蓄電池的電量也充足的情況下，可以將多余的電量送到電網(wǎng)。在偏遠山區(qū)或者電網(wǎng)不穩(wěn)定的地區(qū)，可能出現(xiàn)電網(wǎng)故障或者電網(wǎng)不穩(wěn)定的情況，此時系統(tǒng)可以斷開并網(wǎng)開關(guān)，工作在獨立模式，由光伏發(fā)電和蓄電池來提供電能，智能逆變器工作在電壓源模式。

微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)和能量管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)對系統(tǒng)中設(shè)備的監(jiān)測與控制，根據(jù)具體目標和實際情況會加入能理管理策略在微電網(wǎng)的監(jiān)控平臺中。LabVIEW以其入門簡單，開發(fā)周期短，開發(fā)成本低等優(yōu)點在中國得到了越來越多的應(yīng)用，本文中監(jiān)控系統(tǒng)采用LabVIEW軟件開發(fā)。

智能逆變器通過485通訊線與數(shù)據(jù)采集卡連接，本地負載或者控制本地負載的開關(guān)與通過485通訊線與數(shù)據(jù)采集卡連接，能效管理系統(tǒng)直接與采集卡進行數(shù)據(jù)傳輸，最終實到對整個系統(tǒng)的綜合管理。

圖2 家庭微電網(wǎng)系統(tǒng)框圖

2、家庭電力消費的數(shù)學(xué)模型(略)

3、家庭能效管理控制策略(略)

4、仿真結(jié)果與分析(略)

5、結(jié)論

本文對家庭系統(tǒng)的構(gòu)建給出了詳細的說明，對于智能逆變器的組成和功能進行了介紹。在此基礎(chǔ)上，通過對家庭用電電源和負荷的深入分析，得到數(shù)學(xué)模式。并且以數(shù)學(xué)模型的形式，給出了能效管理的控制策略。最后用Matlab/Simulink對實際數(shù)據(jù)進行仿真計算，驗證了能量管理算法的正確性和可行性。

本文中為了不影響用戶對負載的使用，對于負載沒有進行管理，下一步工作可以進一步對負載進行分類，對于負載的工作功率大小和工作時段進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)更優(yōu)化的能效管理策略。