安科瑞 劉秋霞
摘要：目前我國提倡的是綠色中國,并且在針對資源矛盾上和環(huán)境污染上,近幾年國家格外的重視這塊,因此國家逐漸的開發(fā)新能源,同時能有效的緩解資源矛盾還能有效的減少環(huán)境的污染。那么這一舉動推出了微電網的發(fā)展,并且微電網相關的技術也有了明顯的提升。因此,在目前這樣的情況下,未來能使微電網能夠能好的服務于國家和社會發(fā)展,所以就*須要嚴格的對微電網進行相應的控制,那么本文就針對微電網進行展開相應探討,并且對其進行控制策略的分析與研究。該文針對面向可再生能源的微電網系統(tǒng)如何實現(xiàn)分布式電源、儲能裝置、負荷之間的協(xié)調,達到系統(tǒng)的穩(wěn)定和*優(yōu)運行,制定了運行控制策略。針對并網運行、離網運行,分多種工況來進行現(xiàn)場試驗。測試結果表明,該微電網系統(tǒng)可連續(xù)穩(wěn)定運行,并/離網啟動、運行、切換都能滿足控制要求。
關鍵詞：微電網；控制策略；光儲充一體化；光儲充
0引言
我國的微電網技術是在新能源大受歡迎的背景下逐漸的發(fā)展起來的,而且對于當前的社會主要的資源的供需矛盾具有非常重要的意義。通俗的來講就是,微電網可以看作是服務于我國經濟發(fā)展與能源事業(yè)的新興技術,而且微電網自身也是具有非常高的可靠性,靈活性等強大的優(yōu)勢,并且也是推動我國經濟發(fā)展的重要力量之一。因此,這種技術在目前我國社會中的發(fā)展越多的同時,就需要對其自身運行以及控制進行相應的探究。
1微電網系統(tǒng)組成及其運行
微電網也譯為微網,是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、負荷、監(jiān)控和保護裝置等組成的小型發(fā)配電系統(tǒng)。而且微電網概念*初是由美國*先提出來的,但是經過長久以來的發(fā)展,對其進行的研究認為微電網具有非常高的可靠性和突出性的經濟效益。并且所謂的微電網值得就是一套系統(tǒng),并且其主要的構成的部分基本分為分布式電源和負荷,而且在微電網中,電源是*主要的一項,電源能實現(xiàn)能量轉換的同時提高控制,特點是在于自身存在的可兼顧性,能有效的兼顧電和熱能的供應。并且相對來講,微電網相相當于一個受控的單元,然而其*突出的優(yōu)勢就是能夠保證電能質量的同時還能有效的兼顧安全上的問題,而且其中主要的
運行方式主要有兩種,一種是孤島運行,而另一種就是并網運行。
所以在現(xiàn)階段中,自從微電網被廣泛的應用之后,相關的研究也就逐漸的開始,那么到目前為止,在微電網上已經取得了很多非常重要的成果,就拿基本的研究方向和未來的側來說,國外對微電網的研究基本上就是圍繞微電網的規(guī)劃和相關的影響等進行相應的展開,然而國內對微電網研究起步就比較晚,而且目前正處在仿真研究階段。但是,我國對微電網進行的研究認為,可以借助分布式的電源實現(xiàn)能源的供應,而且是一種相對特殊的電網,其自身的電源是可以介乎電子器件進行能量轉換的,而且后續(xù)可以并聯(lián)接在用戶上,這樣就可以保證在電能質量的基礎上,盡可能的提升供電的安全程度。那么站在用戶的角度來講,微電網除了可以使供電更加的安全和可靠,還能有效的減少線損、圍城正常電壓以及充分利用余熱。而且相對于傳統(tǒng)的微電網來說,新型的微電網技術具有了傳統(tǒng)所沒有的優(yōu)勢,雖說微電網具有了更多的優(yōu)勢但是在微電網運行的過程中所需要考慮的問題也就逐漸的增加,而且由于微電網特殊的運行控制方法,所以要想保證其在運行的歐辰中增加其自身的穩(wěn)定性和可靠性,就需要結合其運行的方式并且對其運行方式做好相應的控制。而且微電網運行中逆變電源的對其的影響非常的巨大,所以,出于運行的可靠性,就需要將逆變電源的控制作為,并且對其采取有效的控制策略。
圖1光儲充一體化系統(tǒng)組成結構
2 Acrel-2000MG充電站微電網能量管理系統(tǒng)
2.1平臺概述
Acrel-2000MG微電網能量管理系統(tǒng)，是我司根據(jù)新型電力系統(tǒng)下微電網監(jiān)控系統(tǒng)與微電網能量管理系統(tǒng)的要求，總結國內外的研究和生產的先進經驗，專門研制出的企業(yè)微電網能量管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)滿足光伏系統(tǒng)、風力發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電站的接入，*進行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、風能、儲能系統(tǒng)、充電站運行狀態(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)定的基礎上以經濟優(yōu)化運行為目標，促進可再生能源應用，提高電網運行穩(wěn)定性、補償負荷波動；有效實現(xiàn)用戶側的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷，提高電力設備運行效率、降低供電成本。為企業(yè)微電網能量管理提供安全、可靠、經濟運行提供了全新的解決方案。
微電網能量管理系統(tǒng)應采用分層分布式結構，整個能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個層：設備層、網絡通信層和站控層。站級通信網絡采用標準以太網及TCP/IP通信協(xié)議，物理媒介可以為光纖、網線、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。
2.2平臺適用場合
系統(tǒng)可應用于城市、高速公路、工業(yè)園區(qū)、工商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、智能建筑、海島、無電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。
2.3系統(tǒng)架構
本平臺采用分層分布式結構進行設計，即站控層、網絡層和設備層，詳細拓撲結構如下：
3微電網能量管理系統(tǒng)解決方案
3.1實時監(jiān)測
微電網能量管理系統(tǒng)人機界面友好，應能夠以系統(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)測光伏、風電、儲能、充電站等各回路電壓、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、隔離開關等合、分閘狀態(tài)及有關故障、告警等信號。其中，各子系統(tǒng)回路電參量主要有：相電壓、線電壓、三相電流、有功/無功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率、有功/無功電度、頻率和正向有功電能累計值；狀態(tài)參數(shù)主要有：開關狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。
系統(tǒng)應可以對分布式電源、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置等。
系統(tǒng)應可以對儲能系統(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，包含微電網光伏、風電、儲能、充電站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1系統(tǒng)主界面
子界面主要包括系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電站信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計列表等。
3.1.1光伏界面
圖2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、交流側運行狀態(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。
3.1.2儲能界面
圖3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、儲能當前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。
圖4儲能系統(tǒng)PCS參數(shù)設置界面
本界面主要用來展示對PCS的參數(shù)進行設置，包括開關機、運行模式、功率設定以及電壓、電流的限值。
圖5儲能系統(tǒng)BMS參數(shù)設置界面
本界面用來展示對BMS的參數(shù)進行設置，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6儲能系統(tǒng)PCS電網側數(shù)據(jù)界面
本界面用來展示對PCS電網側數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等。
圖7儲能系統(tǒng)PCS交流側數(shù)據(jù)界面
本界面用來展示對PCS交流側數(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。同時針對交流側的異常信息進行告警。
圖8儲能系統(tǒng)PCS直流側數(shù)據(jù)界面
本界面用來展示對PCS直流側數(shù)據(jù)，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側的異常信息進行告警。
圖9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10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，同時展示當前儲能電池的SOC信息。
圖11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，并展示當前電芯的電壓、溫度值及所對應的位置。
3.1.3風電界面
圖12風電系統(tǒng)界面
本界面用來展示對風電系統(tǒng)信息，主要包括逆變控制一體機直流側、交流側運行狀態(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、風速/風力/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。
3.1.4充電站界面
圖13充電站界面
本界面用來展示對充電站系統(tǒng)信息，主要包括充電站用電總功率、交直流充電站的功率、電量、電量費用，變化曲線、各個充電站的運行數(shù)據(jù)等。
3.1.5視頻監(jiān)控界面
圖14微電網視頻監(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)預覽、回放、管理與控制等。
3.1.6發(fā)電預測
系統(tǒng)應可以通過歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)、未來天氣預測數(shù)據(jù)，對分布式發(fā)電進行短期、超短期發(fā)電功率預測，并展示合格率及誤差分析。根據(jù)功率預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15光伏預測界面
3.1.7策略配置
系統(tǒng)應可以根據(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)運行模式的設置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計劃、需量控制、防逆流、有序充電、動態(tài)擴容等。
具體策略根據(jù)項目實際情況（如儲能柜數(shù)量、負載功率、光伏系統(tǒng)能力等）進行接口適配和策略調整，同時支持定制化需求。
圖16策略配置界面
3.1.8運行報表
應能查詢各子系統(tǒng)、回路或設備*時間的運行參數(shù)，報表中顯示電參量信息應包括：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、尖峰平谷時段電量等。
圖17運行報表
3.1.9實時報警
應具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠對各子系統(tǒng)中的逆變器、雙向變流器的啟動和關閉等遙信變位，及設備內部的保護動作或事故跳閘時應能發(fā)出告警，應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；并應能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關人員。
圖18實時告警
3.1.10歷史事件查詢
應能夠對遙信變位，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19歷史事件查詢
3.1.11電能質量監(jiān)測
應可以對整個微電網系統(tǒng)的電能質量包括穩(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)主界面上應能實時顯示各電能質量監(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*和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度*和正序/負序/零序電流值；
2）諧波分析功能：系統(tǒng)應能實時顯示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；應能顯示電壓偏差與頻率偏差；
4）功率與電能計量：系統(tǒng)應能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應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)應能產生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關人員；系統(tǒng)應能查看相應暫態(tài)事件發(fā)生前后的波形。
6）電能質量數(shù)據(jù)統(tǒng)計：系統(tǒng)應能顯示1min統(tǒng)計整2h存儲的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，包括均值、*值、*值、95%概率值、方均根值。
7）事件記錄查看功能：事件記錄應包含事件名稱、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20微電網系統(tǒng)電能質量界面
3.1.12遙控功能
應可以對整個微電網系統(tǒng)范圍內的設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，并遵循遙控預置、遙控返校、遙控執(zhí)行的操作順序，可以及時執(zhí)行調度系統(tǒng)或站內相應的操作命令。
圖21遙控功能
3.1.13曲線查詢
應可在曲線查詢界面，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22曲線查詢
3.1.14統(tǒng)計報表
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各配電節(jié)點的發(fā)電、用電、充放電情況，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；具備對并網型微電網的并網點進行電能質量分析。
圖23統(tǒng)計報表
3.1.15網絡拓撲圖
系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網絡結構；可在線診斷設備通信狀態(tài)，發(fā)生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。
圖24微電網系統(tǒng)拓撲界面
本界面主要展示微電網系統(tǒng)拓撲，包括系統(tǒng)的組成內容、電網連接方式、斷路器、表計等信息。
3.1.16通信管理
可以對整個微電網系統(tǒng)范圍內的設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，快速查看某設備的通信和數(shù)據(jù)情況。通信應支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。
圖25通信管理
3.1.17用戶權限管理
應具備設置用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（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、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
圖26用戶權限
3.1.18故障錄波
應可以在系統(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個開關量波形。
圖27故障錄波
3.1.19事故追憶
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。
用戶可自定義事故追憶的啟動事件，當每個事件發(fā)生時，存儲事故掃描周期及事故后10個掃描周期的有關點數(shù)據(jù)。啟動事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點可由用戶隨意修改。
3.2硬件及其配套產品
6結束語
微電網將分布式發(fā)電、負荷、儲能設備及控制裝置等納入一個小電力系統(tǒng)中,形成一個單一可控的單元,同時,削弱了分布式發(fā)電對電網的沖擊和負面影響,增強了電力系統(tǒng)的供電安全性和可靠性,被認為是解決大規(guī)模新能源發(fā)電接入電網的有效途徑。微電網系統(tǒng)的運行控制策略作為微電網技術的重要組成部分,對于提高微電網系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定、經濟運行有著不可替代的重要作用,該課題已成為面向可再生能源的微電網系統(tǒng)應用和推廣亟需解決的問題,具有重要的理論和工程價值。
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