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摘要：本文深入探討了光伏發(fā)電微電網(wǎng)在能源轉(zhuǎn)型背景下的應(yīng)用價值與技術(shù)挑戰(zhàn)。研究立足于提升微電網(wǎng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，設(shè)計了一種創(chuàng)新的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)綜合考慮了光伏發(fā)電的波動性與微電網(wǎng)的動態(tài)平衡需求。通過優(yōu)化電力分配與儲能策略，旨在確保微電網(wǎng)在各種工況下的有效運行。系統(tǒng)設(shè)計中，詳細分析了光伏發(fā)電特性，構(gòu)建了微電網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型，以支持控制器的精確設(shè)計和性能評估。在實際應(yīng)用中，選取了一個典型園區(qū)作為案例，對其光伏發(fā)電微電網(wǎng)進行模擬與控制策略的實施。通過與傳統(tǒng)控制策略的對比，驗證了新系統(tǒng)在提高供電可靠性和降低運行成本方面的顯著優(yōu)勢。性能評估部分，采用了包括電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定、有功功率平衡和備用容量利用率在內(nèi)的多項指標，全面考察了協(xié)調(diào)控制策略在實際運行中的效果。總結(jié)來說，本研究提出的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)為園區(qū)光伏發(fā)電微電網(wǎng)的優(yōu)化管理提供了新的理論支持和技術(shù)方案，對于推動可再生能源的廣泛應(yīng)用和微電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展具有重要的理論與實踐意義。
關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；微電網(wǎng)；協(xié)調(diào)控制；系統(tǒng)設(shè)計；案例分析
0引言
隨著全球能源危機和環(huán)境保護意識的日益增強，可再生能源的開發(fā)利用已成為解決能源供應(yīng)和環(huán)境問題的關(guān)鍵途徑。其中，光伏發(fā)電以其清潔、可再生的特性，在分布式能源系統(tǒng)中占據(jù)了重要地位。然而，光伏發(fā)電的隨機性和波動性對微電網(wǎng)的穩(wěn)定運行提出了挑戰(zhàn)，這就需要一套有效的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)來確保微電網(wǎng)的穩(wěn)定、有效運行，同時降低運行成本，提高用戶服務(wù)水平。
本研究旨在通過提出一種創(chuàng)新的光伏發(fā)電微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，解決微電網(wǎng)在實際運行中的關(guān)鍵技術(shù)問題，提升其在能源轉(zhuǎn)型背景下的應(yīng)用價值，為構(gòu)建智能、綠色的能源系統(tǒng)提供理論依據(jù)和技術(shù)方案。這一研究成果的推廣將有利于推動微電網(wǎng)技術(shù)的進步，促進分布式能源的廣泛應(yīng)用，助力全球能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。
1光伏發(fā)電微電網(wǎng)概述
1.1 光伏發(fā)電技術(shù)簡介
光伏發(fā)電，作為可再生能源的一種，是通過利用太陽光的能量直接轉(zhuǎn)化為電能的過程，其核心組件是太陽能電池板，主要由硅基或其他半導(dǎo)體材料制成。這種技術(shù)自20世紀50年代以來，隨著材料科學(xué)和電子技術(shù)的進步，已經(jīng)取得了顯著的發(fā)展，成為解決能源危機和環(huán)境保護問題的關(guān)鍵技術(shù)之一。
光伏發(fā)電主要有兩種主要類型：光伏（PV）和光熱（CSP）。光伏技術(shù)直接將太陽光轉(zhuǎn)換為電能，是目前較廣泛應(yīng)用的太陽能技術(shù)，包括單晶硅、多晶硅、薄膜太陽能電池等多種形式。光熱技術(shù)則通過集熱器將太陽光轉(zhuǎn)化為熱能，再通過熱機轉(zhuǎn)換為電能，雖然效率較高，但受地域限制較大，不適合大規(guī)模分布式應(yīng)用。光伏發(fā)電具有顯著的環(huán)保特性，無污染、無噪音、無移動部件，且在壽命期內(nèi)運行成本較低。然而，其輸出功率受光照強度、溫度和光伏電池組件角度等因素影響，具有隨機性和波動性，這使得光伏發(fā)電在融入傳統(tǒng)電網(wǎng)時帶來挑戰(zhàn)。尤其是在微電網(wǎng)中，這種波動性可能影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性和供電可靠性，因此，需要有效的協(xié)調(diào)控制策略來平衡供需，確保微電網(wǎng)的有效運行。
隨著科技的發(fā)展，光伏組件效率不斷提高，成本持續(xù)下降，使得光伏發(fā)電更具競爭力。此外，儲能技術(shù)的進步，如鋰離子電池等，為解決光伏發(fā)電的波動性問題提供了有效手段，通過儲能設(shè)備的充放電，可以平滑光伏出力，提供穩(wěn)定電力供應(yīng)。因此，研究光伏發(fā)電微電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，對于提升微電網(wǎng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，推動能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型具有重要意義。
1.2 微電網(wǎng)技術(shù)概述
微電網(wǎng)（Microgrid）是一種小型的、自治的電力系統(tǒng)，能夠在并網(wǎng)或離網(wǎng)狀態(tài)下運行，以滿足特定區(qū)域的電力需求。它結(jié)合了先進的電力電子技術(shù)、通信技術(shù)以及能源管理策略，能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域內(nèi)能源的有效利用和靈活管理。微電網(wǎng)的技術(shù)核心在于其高度集成和智能化的控制能力，使它能夠自主調(diào)節(jié)電力供需，確保電壓、頻率等關(guān)鍵參數(shù)的穩(wěn)定，同時減少對主電網(wǎng)的依賴，提高供電的可靠性和安全性。
微電網(wǎng)技術(shù)主要包括以下幾個關(guān)鍵組成部分：
（1）分布式電源集成：微電網(wǎng)通常集成多種分布式能源，如光伏發(fā)電、風(fēng)能、儲能設(shè)備（如電池、飛輪）、燃氣發(fā)電等，以實現(xiàn)能源互補和優(yōu)化利用。這些分布式電源的隨機性和波動性要求微電網(wǎng)具備靈活的控制策略，以適應(yīng)不同的運行工況。
（2）能量管理系統(tǒng)（EMS）：EMS是微電網(wǎng)的大腦，負責(zé)監(jiān)控、分析和優(yōu)化整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)。它通過實時數(shù)據(jù)采集和處理，實現(xiàn)對分布式電源、儲能設(shè)備、負荷的協(xié)調(diào)控制，確保微電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。此外，EMS還可以根據(jù)電力市場規(guī)則，參與電力交易，以較大化微電網(wǎng)的經(jīng)濟效益。
（3）電力電子設(shè)備：包括逆變器、變流器等，它們是連接微電網(wǎng)內(nèi)各種電源與負荷的關(guān)鍵設(shè)備，通過轉(zhuǎn)換電壓、頻率和相位，確保電力的可靠傳輸。同時，電力電子設(shè)備還可以實現(xiàn)對電壓、電流的精確控制，優(yōu)化系統(tǒng)性能。
通信與信息管理系統(tǒng)：微電網(wǎng)依賴于有效、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)，來實現(xiàn)分布式控制和數(shù)據(jù)交換。無線和有線通信技術(shù)的集成，使得微電網(wǎng)能夠?qū)崟r監(jiān)控和調(diào)整運行狀態(tài)，同時與其他系統(tǒng)（如主電網(wǎng)、電力市場等）進行信息交互。
（4）保護與故障隔離：微電網(wǎng)保護系統(tǒng)是確保系統(tǒng)安全的關(guān)鍵，它能快速識別和隔離故障，防止故障擴散，保障系統(tǒng)穩(wěn)定。微電網(wǎng)的保護配置通常包括自適應(yīng)保護和廣域電流差動保護，它們能夠適應(yīng)微電網(wǎng)運行方式的變化，提供及時、準確的保護。
（5）儲能系統(tǒng)：儲能設(shè)備在微電網(wǎng)中扮演著緩沖角色，它能夠吸收和釋放電能，以平滑分布式電源的波動，改善電能質(zhì)量，降低對主電網(wǎng)的沖擊。儲能技術(shù)的不斷發(fā)展，如鋰離子電池、超級電容器和飛輪儲能，為微電網(wǎng)的儲能配置提供了更多選擇。
微電網(wǎng)技術(shù)的研究與應(yīng)用，是推動能源轉(zhuǎn)型的重要一環(huán)，它不僅提高了能源的使用效率，還促進了可再生能源的廣泛應(yīng)用，有助于構(gòu)建更加智能、綠色的能源系統(tǒng)。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和成本的逐步降低，微電網(wǎng)將在未來的能源結(jié)構(gòu)中發(fā)揮更加重要的作用，為實現(xiàn)全球能源可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。
2協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計
2.1系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計
在設(shè)計某園區(qū)光伏發(fā)電微電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)時，遵循了模塊化、靈活性和智能化的原則，以適應(yīng)微電網(wǎng)的動態(tài)特性并提高其運行效率。系統(tǒng)架構(gòu)由三個主要部分組成：數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控模塊、決策與優(yōu)化模塊以及執(zhí)行與控制模塊，各模塊協(xié)同工作，保證微電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。
數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控模塊負責(zé)收集來自光伏陣列、儲能系統(tǒng)、燃氣輪機、負荷以及與主電網(wǎng)的交互信息。這些數(shù)據(jù)包括但不限于光伏出力、儲能狀態(tài)、電網(wǎng)電壓頻率數(shù)據(jù)、負荷變化趨勢等。通過安裝在各設(shè)備上的傳感器和智能電表，這些實時數(shù)據(jù)被有效地錄入系統(tǒng)，然后通過高速通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街醒肟刂茊卧２捎昧薎EC61850國際標準規(guī)約，確保數(shù)據(jù)的實時性和準確性，為后續(xù)的決策與優(yōu)化提供堅實基礎(chǔ)。
決策與優(yōu)化模塊是系統(tǒng)的核心，它基于實時數(shù)據(jù)，通過先進的算法模型，進行電力分配、儲能策略的優(yōu)化計算。該模塊首先分析光伏發(fā)電的波動特性，結(jié)合微電網(wǎng)的動態(tài)平衡需求，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，如基于遺傳算法的多目標優(yōu)化模型，以實現(xiàn)供電可靠性與經(jīng)濟性的平衡。模型中考慮了儲能系統(tǒng)的充放電效率、設(shè)備投資和運行成本、用戶電價等因素。此外，決策模塊還考慮了電力市場的動態(tài)價格，使得微電網(wǎng)能夠在滿足內(nèi)部需求的同時，參與市場交易，提高經(jīng)濟效益。
執(zhí)行與控制模塊負責(zé)根據(jù)決策模塊的優(yōu)化結(jié)果，實時調(diào)整微電網(wǎng)內(nèi)的電力分配和儲能策略。該模塊與就地控制層、集中控制層和系統(tǒng)控制層的設(shè)備緊密集成，通過精確的通信，實現(xiàn)對分布式電源、儲能設(shè)備的實時控制。例如，調(diào)整光伏逆變器的輸出功率，控制儲能設(shè)備的充放電狀態(tài)，以保證微電網(wǎng)電壓、頻率的穩(wěn)定，實現(xiàn)有功功率平衡。同時，該模塊還具備廣域保護功能，通過實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，執(zhí)行自適應(yīng)保護和廣域電流差動保護策略，確保微電網(wǎng)在異常情況下能夠快速恢復(fù)穩(wěn)定。
整個協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)采用三層架構(gòu)，既保證了控制的靈活性，又確保了系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計充分考慮了園區(qū)微電網(wǎng)的特性和挑戰(zhàn)，旨在通過精確的數(shù)據(jù)分析，智能的決策優(yōu)化，以及有效的執(zhí)行控制，實現(xiàn)微電網(wǎng)的有效、穩(wěn)定運行，降低運行成本，提高用戶服務(wù)水平。這樣的架構(gòu)設(shè)計為園區(qū)光伏發(fā)電微電網(wǎng)的優(yōu)化管理提供了堅實的理論支持和技術(shù)保障。
2.2控制策略研究
在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計中，控制策略是核心部分，它直接決定了系統(tǒng)的性能和效率。針對光伏發(fā)電微電網(wǎng)的波動性，提出了以下創(chuàng)新的控制策略。
引入了基于預(yù)測的控制策略。考慮到光伏發(fā)電的隨機性，利用歷史數(shù)據(jù)和氣象預(yù)測技術(shù)，對光伏發(fā)電的出力進行短期預(yù)測，從而預(yù)知未來一段時間內(nèi)的電力供需情況。這種預(yù)測信息被用于優(yōu)化電力分配和儲能操作，降低因光伏出力波動帶來的影響，確保微電網(wǎng)內(nèi)電壓和頻率的穩(wěn)定。通過這種方法，減少了對快速調(diào)整的依賴，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。
設(shè)計了一種儲能系統(tǒng)優(yōu)化控制策略。儲能設(shè)備在微電網(wǎng)中起到平抑功率波動、提高電能質(zhì)量的作用。采用自適應(yīng)充放電策略，根據(jù)實時的光伏發(fā)電出力和負荷需求，動態(tài)調(diào)整儲能設(shè)備的充放電速率和時間，以實現(xiàn)較優(yōu)化的儲能利用。此外，儲能策略還結(jié)合了電力市場價格信號，根據(jù)市場電價的波動，調(diào)整儲能設(shè)備的充放電策略，以實現(xiàn)微電網(wǎng)在參與電力市場交易時的收益較大化。
再者，提出了一種基于多目標優(yōu)化的控制策略。此策略兼顧了系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性、供電可靠性和安全性。通過遺傳算法等優(yōu)化技術(shù)，構(gòu)建了一個綜合考慮分布式電源出力、儲能狀態(tài)、用戶需求、電力市場價格和設(shè)備約束的多目標優(yōu)化模型。模型的目標函數(shù)包括最小化運行成本、較大化供電可靠性以及保證設(shè)備的安全運行。通過實時運行此優(yōu)化模型，能夠在多個目標之間找到平衡點，實現(xiàn)系統(tǒng)的全局較優(yōu)化控制。
還引入了自適應(yīng)保護策略。針對微電網(wǎng)動態(tài)變化的運行工況，設(shè)計了一種能快速適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的自適應(yīng)保護系統(tǒng)。這種保護系統(tǒng)通過實時監(jiān)測微電網(wǎng)的運行狀態(tài)，動態(tài)調(diào)整保護設(shè)備的整定值，確保在任何情況下都能提供有效的保護，防止故障擴大，保障微電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。
在實際應(yīng)用中，的控制策略不僅能應(yīng)對光伏發(fā)電的隨機性，還能適應(yīng)電網(wǎng)負荷的波動，以及電力市場的價格變化，從而實現(xiàn)微電網(wǎng)在各種工況下的有效、穩(wěn)定運行。通過與傳統(tǒng)固定策略的對比，發(fā)現(xiàn)，新策略在提高系統(tǒng)運行效率、降低運行成本和提升用戶服務(wù)水平方面具有明顯優(yōu)勢。
設(shè)計的控制策略充分考慮了光伏發(fā)電微電網(wǎng)的復(fù)雜性和挑戰(zhàn)，通過預(yù)測、優(yōu)化和自適應(yīng)保護等技術(shù)，提供了一種有效、智能的管理方案。這些策略的實施，對于提升微電網(wǎng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，推動可再生能源的廣泛應(yīng)用，以及微電網(wǎng)技術(shù)的革新具有重要的理論和實踐意義。
3案例分析與性能評估
通過實際案例來驗證和評估所設(shè)計的光伏發(fā)電微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在實際運行中的性能。選取的案例是位于某大型科技園區(qū)的微電網(wǎng)系統(tǒng)，該園區(qū)內(nèi)建設(shè)有大規(guī)模的光伏發(fā)電陣列、儲能系統(tǒng)和燃氣輪機發(fā)電設(shè)備，同時伴隨著高密度的科研辦公負荷。
對園區(qū)的光伏發(fā)電系統(tǒng)進行了詳細分析，考慮了地理位置、氣候條件以及光伏組件的安裝角度等因素，模擬了不同季節(jié)的光伏發(fā)電出力，以展示其波動性和不確定性。然后，基于歷史數(shù)據(jù)和氣象預(yù)報，構(gòu)建了光伏發(fā)電功率的短期預(yù)測模型，該模型被集成到的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，為實時的電力分配和儲能策略提供參考。
系統(tǒng)實測數(shù)據(jù)表明，新設(shè)計的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在預(yù)測光伏出力方面表現(xiàn)出色，尤其是在清晨和傍晚時段，當(dāng)光伏發(fā)電出力波動較大時，預(yù)測模型能夠準確判斷出力變化趨勢，從而提前調(diào)整儲能系統(tǒng)充放電策略，減少了功率波動對微電網(wǎng)穩(wěn)定運行的影響。此外，還通過控制策略的優(yōu)化，顯著降低了儲能設(shè)備的充放電次數(shù)，延長了其使用壽命，降低了運營成本。
在儲能系統(tǒng)優(yōu)化控制策略方面，觀察到，與基于固定規(guī)則的傳統(tǒng)策略相比，自適應(yīng)充放電策略能夠更靈活地適應(yīng)光伏發(fā)電出力和負荷變化，通過智能調(diào)整儲能系統(tǒng)的充放電速率和時間，有效平滑了電網(wǎng)的功率波動。特別是在中午時段，當(dāng)光伏出力達到峰值時，儲能系統(tǒng)能夠吸收多余的電能，而在夜晚或陰天時，釋放電能以彌補光伏發(fā)電的不足，從而保證了微電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。
針對經(jīng)濟性，的多目標優(yōu)化策略在電力市場環(huán)境下展現(xiàn)了顯著的優(yōu)勢。通過實時考慮市場電價，儲能系統(tǒng)能夠在價格較高時放電，價格較低時充電，從而減少了購買電能的成本，增加了微電網(wǎng)的收益。實證結(jié)果顯示，新策略使微電網(wǎng)在參與電力市場交易時，年度收益提高了約20%。
在安全性方面，自適應(yīng)保護策略有效地應(yīng)對了微電網(wǎng)內(nèi)設(shè)備故障和電網(wǎng)擾動。通過實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，保護系統(tǒng)能夠迅速調(diào)整保護設(shè)備的整定值，避免了故障的擴大，保障了微電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。在模擬故障場景時，新保護策略的響應(yīng)速度和準確度均優(yōu)于傳統(tǒng)固定策略。
為了全面評價系統(tǒng)性能，選擇了電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定、有功功率平衡和備用容量利用率作為主要評估指標。對比傳統(tǒng)控制策略，新系統(tǒng)的這些指標均有明顯提升。在電壓穩(wěn)定方面，新系統(tǒng)在各種工況下能夠更好地保持電壓在規(guī)范范圍內(nèi)；頻率穩(wěn)定方面，系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力減小了頻率波動，提高了電網(wǎng)的電能質(zhì)量；有功功率平衡方面，通過優(yōu)化電力分配策略，實現(xiàn)了微電網(wǎng)內(nèi)部供需的動態(tài)平衡；備用容量利用率則明顯提高，這意味著在滿足功率需求的同時，系統(tǒng)的冗余能力得到了更有效的利用。
4系統(tǒng)概述
4.1概述
Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，是我司根據(jù)新型電力系統(tǒng)下微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)與微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的要求，總結(jié)國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的先進經(jīng)驗，專門研制出的企業(yè)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)滿足光伏系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電樁的接入，全天候進行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、風(fēng)能、儲能系統(tǒng)、充電樁運行狀態(tài)及健康狀況，是一個集監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理為一體的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上以經(jīng)濟優(yōu)化運行為目標，提升可再生能源應(yīng)用，提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性、補償負荷波動；有效實現(xiàn)用戶側(cè)的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷，提高電力設(shè)備運行效率、降低供電成本。為企業(yè)微電網(wǎng)能量管理提供安全、可靠、經(jīng)濟運行提供了全新的解決方案。
微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)應(yīng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，整個能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個層：設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層和站控層。站級通信網(wǎng)絡(luò)采用標準以太網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議，物理媒介可以為光纖、網(wǎng)線、屏蔽雙絞線等。系統(tǒng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。
本方案遵循的國家標準有：
本技術(shù)規(guī)范書提供的設(shè)備應(yīng)滿足以下規(guī)定、法規(guī)和行業(yè)標準：
GB/T26802.1-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范第1部分：通用要求
GB/T26806.2-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)工業(yè)控制計算機基本平臺第2部分：性能評定方法
GB/T26802.5-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范第5部分：場地安全要求
GB/T26802.6-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范第6部分：驗收大綱
GB/T2887-2011計算機場地通用規(guī)范
GB/T20270-2006信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)安全技術(shù)要求
GB50174-2018電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范
DL/T634.5101遠動設(shè)備及系統(tǒng)第5-101部分:傳輸規(guī)約基本遠動任務(wù)配套標準
DL/T634.5104遠動設(shè)備及系統(tǒng)第5-104部分:傳輸規(guī)約采用標準傳輸協(xié)議子集的IEC60870-5-網(wǎng)絡(luò)訪問101
GB/T33589-2017微電網(wǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定
GB/T36274-2018微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范
GB/T51341-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計標準
GB/T36270-2018微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范
DL/T1864-2018型微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范
T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)度運行規(guī)范
T/CEC150-2018低壓微電網(wǎng)并網(wǎng)一體化裝置技術(shù)規(guī)范
T/CEC151-2018并網(wǎng)型交直流混合微電網(wǎng)運行與控制技術(shù)規(guī)范
T/CEC152-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)需求響應(yīng)技術(shù)要求
T/CEC153-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)負荷管理技術(shù)導(dǎo)則
T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)度運行規(guī)范
T/CEC5005-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計規(guī)范
NB/T10148-2019微電網(wǎng)第1部分：微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則
NB/T10149-2019微電網(wǎng)第2部分：微電網(wǎng)運行導(dǎo)則
5.1系統(tǒng)架構(gòu)
本平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，即站控層、網(wǎng)絡(luò)層和設(shè)備層，詳細拓撲結(jié)構(gòu)如下：
圖1典型微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)組網(wǎng)方式
6系統(tǒng)功能
微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機界面友好，應(yīng)能夠以系統(tǒng)一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開關(guān)等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。其中，各子系統(tǒng)回路電參量主要有：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、頻率和正向有功電能累計值；狀態(tài)參數(shù)主要有：開關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。
系統(tǒng)應(yīng)可以對分布式電源、儲能系統(tǒng)進行發(fā)電管理，使管理人員實時掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲能單元運行功率設(shè)置等。
系統(tǒng)應(yīng)可以對儲能系統(tǒng)進行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進行及時告警，并支持定期的電池維護。
微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面包括系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)光伏、風(fēng)電、儲能、充電樁及總體負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節(jié)能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據(jù)不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統(tǒng)信息進行顯示。
圖2系統(tǒng)主界面
子界面主要包括系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風(fēng)電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計列表等。
6.1.1光伏界面
圖3光伏系統(tǒng)界面
本界面用來展示對光伏系統(tǒng)信息，主要包括逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進行展示。
6.1.2儲能界面
圖4儲能系統(tǒng)界面
本界面主要用來展示本系統(tǒng)的儲能裝機容量、儲能當(dāng)前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。
圖5儲能系統(tǒng)PCS參數(shù)設(shè)置界面
本界面主要用來展示對PCS的參數(shù)進行設(shè)置，包括開關(guān)機、運行模式、功率設(shè)定以及電壓、電流的限值。
圖6儲能系統(tǒng)BMS參數(shù)設(shè)置界面
本界面用來展示對BMS的參數(shù)進行設(shè)置，主要包括電芯電壓、溫度保護限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。
圖7儲能系統(tǒng)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)界面
本界面用來展示對PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等。
圖8儲能系統(tǒng)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)界面
本界面用來展示對PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、溫度值等。同時針對交流側(cè)的異常信息進行告警。
圖9儲能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面
本界面用來展示對PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側(cè)的異常信息進行告警。
圖10儲能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面
本界面用來展示對PCS狀態(tài)信息，主要包括通訊狀態(tài)、運行狀態(tài)、STS運行狀態(tài)及STS故障告警等。
圖11儲能電池狀態(tài)界面
本界面用來展示對BMS狀態(tài)信息，主要包括儲能電池的運行狀態(tài)、系統(tǒng)信息、數(shù)據(jù)信息以及告警信息等，同時展示當(dāng)前儲能電池的SOC信息。
圖12儲能電池簇運行數(shù)據(jù)界面
本界面用來展示對電池簇信息，主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當(dāng)前電芯的較大、較小電壓、溫度值及所對應(yīng)的位置。
6.1.3風(fēng)電界面
圖13風(fēng)電系統(tǒng)界面
本界面用來展示對風(fēng)電系統(tǒng)信息，主要包括逆變控制一體機直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、風(fēng)速/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進行展示。
6.1.4充電樁界面
圖14充電樁界面
本界面用來展示對充電樁系統(tǒng)信息，主要包括充電樁用電總功率、交直流充電樁的功率、電量、電量費用，變化曲線、各個充電樁的運行數(shù)據(jù)等。
6.1.5視頻監(jiān)控界面
圖15微電網(wǎng)視頻監(jiān)控界面
本界面主要展示系統(tǒng)所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實現(xiàn)預(yù)覽、回放、管理與控制等。
系統(tǒng)應(yīng)可以通過歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)、未來天氣預(yù)測數(shù)據(jù)，對分布式發(fā)電進行短期、超短期發(fā)電功率預(yù)測，并展示合格率及誤差分析。根據(jù)功率預(yù)測可進行人工輸入或者自動生成發(fā)電計劃，便于用戶對該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。
圖16光伏預(yù)測界面
系統(tǒng)應(yīng)可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、儲能系統(tǒng)容量、負荷需求及分時電價信息，進行系統(tǒng)運行模式的設(shè)置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計劃、需量控制、有序充電、動態(tài)擴容等。
圖17策略配置界面
應(yīng)能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備指定時間的運行參數(shù)，報表中顯示電參量信息應(yīng)包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。
圖18運行報表
應(yīng)具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠?qū)?/span>各子系統(tǒng)中的逆變器、雙向變流器的啟動和關(guān)閉等遙信變位，及設(shè)備內(nèi)部的保護動作或事故跳閘時應(yīng)能發(fā)出告警，應(yīng)能實時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護事件名稱、保護動作時刻；并應(yīng)能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關(guān)人員。
圖19實時告警
應(yīng)能夠?qū)b信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電芯溫度（鋰離子電池）、壓力（液流電池）、光照、風(fēng)速、氣壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。
圖20歷史事件查詢
應(yīng)可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量包括穩(wěn)態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進行持續(xù)監(jiān)測，使管理人員實時掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況，以便及時發(fā)現(xiàn)和消除供電不穩(wěn)定因素。
1）在供電系統(tǒng)主界面上應(yīng)能實時顯示各電能質(zhì)量監(jiān)測點的監(jiān)測裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度百*百和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度百*百和正序/負序/零序電流值；
2）諧波分析功能：系統(tǒng)應(yīng)能實時顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率、A/B/C三相電流總諧波畸變率、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率、偶次諧波電壓總畸變率、偶次諧波電流總畸變率；應(yīng)能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率、2-63次諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電流含有率；
3）電壓波動與閃變：系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相電壓波動值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值；應(yīng)能提供A/B/C三相電壓波動曲線、短閃變曲線和長閃變曲線；應(yīng)能顯示電壓偏差與頻率偏差；
4）功率與電能計量：系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應(yīng)能顯示三相總有功功率、總無功功率、總視在功率和總功率因素；應(yīng)能提供有功負荷曲線，包括日有功負荷曲線（折線型）和年有功負荷曲線（折線型）；
5）電壓暫態(tài)監(jiān)測：在電能質(zhì)量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發(fā)生時，系統(tǒng)應(yīng)能產(chǎn)生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關(guān)人員；系統(tǒng)應(yīng)能查看相應(yīng)暫態(tài)事件發(fā)生前后的波形。
6）電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計：系統(tǒng)應(yīng)能顯示1min統(tǒng)計整2h存儲的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，包括均值、較大值、較小值、95%概率值、方均根值。
7）事件記錄查看功能：事件記錄應(yīng)包含事件名稱、狀態(tài)（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續(xù)時間、事件發(fā)生的時間。
圖21微電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量界面
應(yīng)可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進行遠程遙控操作。系統(tǒng)維護人員可以通過管理系統(tǒng)的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預(yù)置、遙控返校、遙控執(zhí)行的操作順序，可以及時執(zhí)行調(diào)度系統(tǒng)或站內(nèi)相應(yīng)的操作命令。
圖22遙控功能
應(yīng)可在曲線查詢界面，可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。
圖23曲線查詢
具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。對微電網(wǎng)與外部系統(tǒng)間電能量交換進行統(tǒng)計分析；對系統(tǒng)運行的節(jié)能、收益等分析；具備對微電網(wǎng)供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數(shù)等分析；具備對并網(wǎng)型微電網(wǎng)的并網(wǎng)點進行電能質(zhì)量分析。
圖24統(tǒng)計報表
系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。
圖25微電網(wǎng)系統(tǒng)拓撲界面
本界面主要展示微電網(wǎng)系統(tǒng)拓撲，包括系統(tǒng)的組成內(nèi)容、電網(wǎng)連接方式、斷路器、表計等信息。
可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進行管理、控制、數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。系統(tǒng)維護人員可以通過管理系統(tǒng)的主程序右鍵打開通信管理程序，然后選擇通信控制啟動所有端口或某個端口，快速查看某設(shè)備的通信和數(shù)據(jù)情況。通信應(yīng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。
圖26通信管理
應(yīng)具備設(shè)置用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控操作，運行參數(shù)修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
圖27用戶權(quán)限
應(yīng)可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各相關(guān)電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力系統(tǒng)安全運行水平有著重要作用。其中故障錄波共可記錄16條，每條錄波可觸發(fā)6段錄波，每次錄波可記錄故障前8個周波、故障后4個周波波形，總錄波時間共計46s。每個采樣點錄波至少包含12個模擬量、10個開關(guān)量波形。
圖28故障錄波
可以自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時掃描數(shù)據(jù)，包括開關(guān)位置、保護動作狀態(tài)、遙測量等，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
用戶可自定義事故追憶的啟動事件，當(dāng)每個事件發(fā)生時，存儲事故*10個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關(guān)點數(shù)據(jù)。啟動事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點可由用戶指定和隨意修改。
圖29事故追憶
7硬件及其配套產(chǎn)品
綜上所述，設(shè)計的光伏發(fā)電微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在實際運行中表現(xiàn)出色，系統(tǒng)穩(wěn)定性、經(jīng)濟性和用戶服務(wù)水平得到了顯著提升。這些優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在理論模型的驗證上，更體現(xiàn)在實際應(yīng)用中的優(yōu)化效果。這一成果為園區(qū)微電網(wǎng)的有效管理提供了強有力的技術(shù)支持，為推動可再生能源的廣泛應(yīng)用和微電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展提供了寶貴的實踐經(jīng)驗，為構(gòu)建智能、綠色的能源系統(tǒng)奠定了堅實的基礎(chǔ)。未來，期待這一技術(shù)能在更多園區(qū)微電網(wǎng)中得到推廣，共同推動能源轉(zhuǎn)型的進程。
