第1章微電網概述001
1.1微電網001
1.1.1微電網定義001
1.1.2分布式電源002
1.1.3儲能繫統004
1.1.4微電網的保護繫統006
1.1.5微電網的能量管理繫統008
1.1.6微電網容量及電壓等級008
1.1.7微電網的運行模式009
1.2多能互補的微電網012
1.2.1典型分布式能源微電網012
1.2.2多能互補微電網的關鍵技術020
1.2.3多能互補微電網的研究現狀023
1.3微電網的結構以及主要技術研究現狀026
1.3.1交流微電網027
1.3.2直流微電網030
1.3.3交直流微電網034
1.3.4微電網架構的設計038
1.4微電網群的分層調控研究現狀038
1.4.1微電網的控制結構038
1.4.2微電網的分層控制039
1.4.3微電網的調控技術040
1.4.4微電網的分布式協同控制042
1.5微電網國內外技術應用044
1.5.1國外微電網技術應用案例044
1.5.2國內微電網技術應用案例050
參考文獻053第2章微電網信息采集和數據處理技術057
2.1微電網物理信息建模057
2.1.1物理信息融合繫統概述057
2.1.2微電網物理信息融合建模方法059
2.1.3分布式發電模塊CPS建模064
2.1.4微電網CPS建模077
2.1.5微電網CPS模型仿真083
2.2微電網用能行為分析技術097
2.2.1用電信息采集、聚合與特征提取098
2.2.2用電行為模式識別100
2.2.3基於用能行為理解的關聯因素分析101
2.3基於雲邊計算的數據處理技術105
2.3.1雲計算106
2.3.2邊緣計算109
2.3.3基於雲邊計算的數據處理技術110
2.4微電網多時間尺度預測技術113
2.4.1負荷預測113
2.4.2可再生能源發電區間預測120
2.4.3可再生能源出力超短期預測127
參考文獻129第3章微電網控制技術133
3.1微電網經典控制架構133
3.1.1直流微電網控制架構134
3.1.2交流微電網控制架構139
3.2微電網控制器控制方法141
3.2.1微電網控制策略141
3.2.2件控制器設計147
3.3基於分布式人工智能（多代理繫統）的控制框架153
3.3.1多智能體的概念153
3.3.2多智能體概念圖與BDI模型154
3.3.3基於多智能體的分層控制結構156
3.3.4多智能體技術的應用舉例158
3.4基於協同論的一致性控制技術164
3.4.1自動發電控制AGC概要164
3.4.2多智能體一致性算法研究現狀165
3.4.3基於等微增率的一致性算法166
3.4.4基於多智能體一致性的下垂控制策略168
3.4.5基於多智能體的電壓頻率一致性多級協同控制策略173
參考文獻174第4章微電網分層控制實踐176
4.1基於JADE平臺的多代理控制技術176
4.1.1JADE簡介176
4.1.2FIPA標準簡介177
4.1.3JADE結構178
4.1.4JADE配置與主要的包179
4.1.5Agent的創建和啟動180
4.1.6Agent通信語言ACL的應用181
4.2基於多能互補的協調控制方案182
4.2.1多能互補與能源互聯網182
4.2.2能源互聯網的特點183
4.2.3能源路由器、轉換器和集線器184
4.3多能互補微電網協調控制器185
4.3.1基於能源集線器的多能互補分層協同控制186
4.3.2協調控制器結構192
4.3.3協調控制器功能設計194
4.4區域協調控制器研發198
4.件代理模塊199
4.4.2微電網代理模塊199
4.4.3上級電網代理模塊200
4.4.4不同代理模塊的通信方式200
4.4.5代理模塊的研發與應用200
4.4.6協調控制器的研發實例202
參考文獻208第5章微電網日前分層調控技術209
5.1微電網分層調控架構與特性210
5.1.1基於多代理繫統的分層架構211
5.1.2基於主從博弈的區域能源互聯網分布式能量管理框架214
5.2通信模式222
5.2.1基於多代理繫統的分層通信架構223
5.2.2基於能源細胞組織架構的區域能源網通信模式225
5.2.3基於一致性協同的通信模式227
5.3日前分層調控策略228
5.3.1微網層與配網層的多目標控制策略228
5.3.2微網微網層控制運行策略234
5.3.3微網用戶層運行控制策略246
5.4案例分析及仿真259
5.4.1歐洲典型微網結構與改進IEEE33節點繫統259
5.4.2某地區微能源網拓撲結構263
參考文獻276第6章微電網自適應調整技術278
6.1微電網內部設備快速通信模式279
6.1.1通信模式279
6.1.2微電網有線通信架構281
6.1.3微電網無線通信架構282
6.2微電網滾動優化策略283
6.2.1基於多智能體一致性的微電網電壓/頻率控制283
6.2.2基於自適應下垂控制的微電網分布式經濟控制295
6.2.3基於自律分散控制的多區域日內滾動優化調度策略304
6.3微電網實時調整策略312
6.3.1基於多智能體一致性的微電網分層實時優化312
6.3.2雙層博弈實時優化調整策略326
參考文獻338第7章微電網群分布式協同調度341
7.1微電網群的架構341
7.1.1微電網分層架構342
7.1.2多能互補微電網分層架構343
7.2微電網群的運行模式347
7.2.1多微網的動態合作博弈模型347
7.2.2多微網繫統雙層博弈模型347
7.2.3群微網與配電網雙層演化博弈決策349
7.3微電網群分布式協同調度策略359
7.3.1基於多代理的群微網分層調控框架359
7.3.2基於多代理的分布式調度設計361
7.3.3基於多代理設計的算例驗證364
7.3.4結論369
7.4微電網群分布式需求響應策略369
7.4.1分布式需求響應框架設計370
7.4.2需求響應建模和模型在線辨識371
7.4.3基於多代理繫的分布式需求響應分層優化設計373
7.4.4考慮全局預設約束的分布式通信和算法375
7.4.5算例分析378
7.4.6結論384
參考文獻384第8章虛擬電廠的優化運行388
8.1虛擬電廠的定義388
8.1.1虛擬電廠的組分和類別389
8.1.2虛擬電廠的功能特征391
8.1.3虛擬電廠與微電網的聯繫394
8.2虛擬電廠關鍵技術395
8.2.1多代理技術395
8.2.2區塊鏈技術401
8.2.3物聯網技術405
8.3虛擬電廠集成優化運行408
8.3.1博弈論與市場規則408
8.3.2虛擬電廠的市場模式414
8.3.3基於主從博弈模型的運行策略417
8.3.4基於納什談判模型的運行策略420
參考文獻425第9章微電網群的市場交易策略429
9.1微電網群市場分析的現狀429
9.1.1考慮配電繫統微電網聯盟合作運營框架429
9.1.2微電網群經濟行為決策432
9.1.3多代理繫統在微電網群電力市場中的應用434
9.1.4基於虛擬電廠的微電網群運行交易模式436
9.2微電網群競爭報價策略439
9.2.1非合作博弈模型439
9.2.2基於需求響應的虛擬電廠市場競價策略440
9.2.3考慮多能互補的多主體雙層博弈方式446
9.3合作博弈競價模式453
9.3.1合作博弈模型概述453
9.3.2基於合作博弈的多虛擬電廠交易方式455
參考文獻457第10章未來微電網調控技術的展望460
10.1數據驅動和人工智能技術460
10.1.1數據驅動在微電網中的應用461
10.1.2人工智能在微電網中的應用468
10.2微電網數字孿生與平行繫統470
10.2.1微電網數字孿生470
10.2.2平行繫統471
參考文獻472索引477

2020年9月22日，習近平總書記在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上鄭重宣布：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。”這一重要宣示為我國應對氣候變化、綠色低碳發展提供了方向指引，擘畫了宏偉藍圖。
中國要用不到10年時間實現碳達峰，再用30年左右時間實現碳中和，這是個非常艱巨的任務。想要達成這一任務，需要轉變能源發展方式，實現能源體繫的低碳、脫碳、清潔化。
在碳中和的大背景下，開發利用非化石能源，光伏將成為未來主力發電方式之一。2020年光伏發電裝機量累計達253GW，光伏發電2605億kW·h，全年減少二氧化碳排放1．64億t。預計到2050年光伏總裝機規模將達50億kW，為全社會提供6萬億kW·h/年的發電量。即推進能源開發清潔替代和能源消費電能替代；實現能源生產清潔主導、能源使用電能主導；能源電力發展與碳脫鉤、經濟社會發展與碳排放脫鉤。
由於我國資源稟賦和用能負荷不均衡，加之新能源的時空不匹配，風光大規模接入電網，其波動性和間歇性給電網帶來的影響也被日趨放大。目前，我國電力繫統靈活性較差，遠不能滿足波動性風光電並網規模快速增長的要求。我國靈活調節電源，包括燃油機組、燃氣機組以及抽蓄機組占比遠低於世界平均水平。特別是新能源富集的三北地區，靈活調節占比不到4%。高比例可再生能源繫統運行的可調節資源不足，調頻調峰資源明顯不足，安全穩定問題凸顯。
作為大量清潔能源消納和能源替代的綜合性平臺，微電網群綜合運用先進的電力電子技術、信息技術和智能管理技術，將大量由分布式能量采集裝置、分布式能量儲存裝置和各種類型負載構成的新型能源節點互聯起來，以實現能量雙向流動的能量對等交換與網絡共享。微電網一般指在一定範圍內，面向用戶實現能源網架、信息支撐與價值創造的深度融合，促進分布式電源互聯與儲能、新能源汽車、電能替代負荷等聚合互動，電力生產、分配、消費、存儲各環節協同發展的分布式電力繫統。微電網群是微電網發展的高級階段，與傳統微電網相比，微電網群是智能電網與信息網高度耦合的網絡。一方面，微電網群基於用戶的多樣化需主體整體數量多、單體容量小、地域範圍大等特點，依托營銷電商化、交易自由化、投資市場化等手段，降低繫統運行風險與用戶用能成本。另一方面，微電網群將實現從集中式能源生產到分布式能源生產消費的轉變，通過各層、各區域的智能主體交互，從而達到狀態實現的即插即用、對等互聯、協同自治，獲取相對合理的收益。
微電網群由許多微網智能主體有機組成，其對等、互聯、開放、共享等特性更加突出了智能主體的自治、協同等特質。分層調控是整合微電網群中多智能主體，協調運行狀態，從而實現整體較優策略的有效手段。因此，各個體間的調度和控制必須有機配合，以此為目標研究微電網群的分層調控模型和策略，希望得到一些普適規律，從而指導微電網群的優化運行與精確控制，達到能量流與經濟流的統一。
以價值驅動為導向的微電網群的分層調控技術是本書的主要研究內容，本書希望形成一套完整的揭示微電網群運行的理論體繫與分析流程，完善對微電網群運行的認識，指導其優化運行。同時激發微電網群中智能主體參與互動的積極性，提高盈利水平。
需要說明的是，本書借鋻了國內外電力繫統同行的大量經驗與觀點，參考了很多相關資料和文獻，得到了很多啟發，書後列出的參考文獻僅僅是其中的一部分。
本書在全面總結微電網群在工程技術、商業運營領域國內外研究進展的基礎上，也同時介紹了作者承擔的國家自然科學基金項目（U1866206，U1766207）、國網總部科技項目（52060018000N）和國家重點研發計劃（2021YFB2401200）等有關課題所取得的研究成果。本書所涉及的內容，包括山東大學呂天光教授，國家電網有限公司國調中心郝然，上海交通大學博士研究生周曉倩、姜子卿、殷爽睿、張宇帆、李昭昱、李佳媚、程浩源，碩士研究生黃開藝、張衝、朱天怡、孫子茹、陳旻昱等刻苦研究的成果，在此一並向他們表示感謝。
 本書共10章： 第1章對微電網繫統的架構、形態特征、內部資源與主體、管理繫統等進行了基本介紹；第2章討論了微電網的信息采集和數據處理技術，包括物理信息模型、用電行為分析和雲邊計算；第3章聚焦微電網控制技術，探究了分布式一致性控制方法；第4章介紹了微電網分層控制技術的工程實踐；第5章詳細闡述了微電網日前分層優化技術；第6章研究了微電網實時優化技術，實現微電網自適應調節；第7章給出了多個微電網分布式協同調度技術；第8章研究了微電網群組合成為虛擬電廠的運行方法；第9章分析了微電網群參與市場交易的報價和競爭策略；第10章結合現有示範工程及高新技術，對區域綜合能源繫統未來的發展趨勢進行了展望。
本書完稿後，雖經多番詳細審閱，仍難免有不足之處，加之作者編寫水平有限，隻能拋磚引玉，懇請廣大讀者和同仁提出寶貴意見。

艾芊謹識2022年4月於上海