2. 微电网源网荷储建模基础

微电网的协调控制算法最终要落到一组可计算的数学模型上。若模型不统一，上层优化给出的功率指令在仿真中可能无法复现，甚至出现方向相反、量纲错位的问题。本节围绕分布式电源、储能、负荷和网络元件四类对象，说明各自的建模方法、常用参数以及模型接口规范，为后续的功率平衡、经济调度与稳定性分析提供统一基础。

一、建模的参照约定

在建立任何模型之前，必须先固定参照系。本节统一采用以下约定：功率以“发出为正、吸收为负”定义，即分布式电源输出功率为正，储能充电为负、放电为正，负荷消耗功率为负；时间步长记为 Δt，默认取 1 min 或 1 h，具体由控制层级决定；电压、电流采用标幺值或国际单位制，并在接口中显式标注基准值。参照系一旦确定，全文及图示保持一致，切换时必须重新说明。

二、分布式电源建模

分布式电源主要包括光伏、风电和微型燃气轮机。光伏的出力主要受辐照度和温度影响，工程上常用简化模型：

P_pv = P_stc × (G/G_stc) × [1 + k_T (T_c − T_stc)]

其中 P_stc 为标准测试条件下的额定功率，G 为实际辐照度，G_stc 取 1000 W/m²，k_T 为功率温度系数，T_c 为电池温度。例如某光伏阵列 P_stc = 100 kW，k_T = −0.004 /℃，当 G = 800 W/m²、T_c = 45℃ 时，P_pv ≈ 100 × 0.8 × [1 − 0.004 × 20] ≈ 73.6 kW。该结果属于示例计算，用于说明参数如何影响出力。

风电常用功率曲线描述：低于切入风速输出为零，介于切入与额定风速之间按风速三次方近似，高于额定风速后限功率运行，超过切出风速则停机。微型燃气轮机则常用一阶惯性环节加燃料消耗曲线建模，其输出功率对指令的响应可写为：

P_mt(s) = K_mt / (1 + T_mt s) × P_ref(s)

K_mt 为增益，T_mt 为时间常数，典型值在数十秒量级。分布式电源接口应至少包含：额定功率、当前可用功率上限、爬坡率限制、启停状态和功率指令输入。

三、储能建模

储能的核心是荷电状态（SOC）与充放电功率之间的动态关系。以电池储能为例，采用安时积分法：

SOC(t+Δt) = SOC(t) − (η_ch × P_ch × Δt) / E_rated
SOC(t+Δt) = SOC(t) + (P_dis × Δt) / (η_dis × E_rated)

其中 P_ch、P_dis 分别为充电和放电功率，η_ch、η_dis 为对应效率，E_rated 为额定容量。例如 E_rated = 200 kWh，η_ch = 0.95，若以 50 kW 充电 1 h，则 SOC 下降约 0.2375，即 23.75%。储能模型还必须包含 SOC 上下限约束、最大充放电功率约束以及充放电状态互斥约束。接口字段建议包括：SOC、SOH、最大充电功率、最大放电功率、当前可充/可放功率和充放电效率。

四、负荷建模

负荷可分为刚性负荷、可平移负荷和可中断负荷。刚性负荷用功率时间序列描述，直接参与功率平衡；可平移负荷需给出可调度时间窗口和持续时长；可中断负荷则给出可中断容量和补偿成本。对于电压敏感负荷，还可采用 ZIP 模型：

P_load = P_0 [a_p (V/V_0)² + b_p (V/V_0) + c_p]

其中 a_p、b_p、c_p 分别为恒阻抗、恒电流、恒功率分量系数，且三者之和为 1。负荷接口应包含：预测功率曲线、可调容量、调节成本、功率因数和是否可中断标志。

五、网络元件建模

网络元件包括线路、变压器和开关。线路常用 π 型等值电路，其串联阻抗和并联导纳由单位长度参数与长度决定；变压器用变比和漏抗表示；开关则用 0/1 状态变量描述通断。对于辐射状微电网，潮流计算可采用前推回代法，其收敛判据通常取相邻两次迭代电压偏差小于 1×10⁻⁴ p.u.。网络接口应包含：支路首末端节点、电阻、电抗、对地电纳、容量限值和开关状态。

六、模型接口规范

为了让四类模型能够被同一套协调控制算法调用，需要统一接口。建议每个模型至少提供三类信息：状态量（如 SOC、节点电压）、控制量（如功率指令、开关命令）和约束量（如功率上下限、爬坡率）。接口数据可采用如下结构：

{
  "device_id": "PV_01",
  "type": "pv",
  "P_available": 73.6,
  "P_cmd": 60.0,
  "P_min": 0.0,
  "P_max": 73.6,
  "ramp_rate": 10.0,
  "status": "on"
}

所有功率量统一使用 kW，时间使用 s 或 min，并在接口中显式声明。这样，上层优化只需读取 P_available 和约束量，即可生成 P_cmd，再由设备模型执行。

七、建模中的常见问题与处理

第一，量纲不统一。若光伏模型用 W、储能模型用 kW，协调层在求和时会得到错误结果，因此接口中必须显式声明单位。第二，时间尺度不匹配。光伏和负荷预测通常为分钟级，储能 SOC 变化为小时级，网络潮流为秒级，建模时应按控制层级选择步长，必要时采用多时间尺度分层模型。第三，约束遗漏。储能若只写功率约束而遗漏 SOC 约束，优化结果可能要求电池在 SOC 为 0.05 时继续放电，实际不可执行。第四，方向约定不一致。若某设备模型把充电定义为正，而协调层按“吸收为负”处理，会出现充放电指令相反的问题，必须在接口文档中明确正方向。

综上，分布式电源、储能、负荷和网络元件的建模方法各有侧重，但接口规范可以统一。掌握这些模型及其接口，是后续实现源网荷储协调控制的前提。