在如今這個(gè)能源需求日益攀升的時(shí)代，工業(yè)與日常生活對(duì)于穩(wěn)定、高效且環(huán)保的電力供應(yīng)有著迫切的需求。面對(duì)這樣的大環(huán)境，一種創(chuàng)新的解決方案——微電網(wǎng)運(yùn)行及其切換控制策略和能量管理系統(tǒng)，應(yīng)運(yùn)而生。 想象一下，一個(gè)集成了先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)、能夠智能切換運(yùn)行模式的微電網(wǎng)系統(tǒng)，它不僅能提高能源使用效率，更能在關(guān)鍵時(shí)刻保證電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和可靠性。這不是空想，而是現(xiàn)實(shí)中可行的解決方案。

無(wú)論是因?yàn)橹麟娋W(wǎng)故障導(dǎo)致的突發(fā)斷電，還是預(yù)定的維護(hù)需要，微電網(wǎng)都能迅速作出響應(yīng)，保障電力不間斷。接下來(lái)是能量管理系統(tǒng)，這是確保微電網(wǎng)高效運(yùn)作的大腦。通過(guò)精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析和管理，該系統(tǒng)能優(yōu)化儲(chǔ)能資源的使用，延長(zhǎng)儲(chǔ)能設(shè)備的壽命，同時(shí)還能減少能源浪費(fèi)。這意味著不僅能滿足用戶對(duì)穩(wěn)定電力的基本需求，還能實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，為綠色環(huán)保出一份力。 這套系統(tǒng)還特別適用于工業(yè)園區(qū)等場(chǎng)景，能綜合開發(fā)利用光伏、風(fēng)電、地?zé)岬瓤稍偕茉?，以及余熱余壓等資源。^[2]通過(guò)多能互補(bǔ)和智能耦合，形成一套完整的智慧能源解決方案，不僅能滿足產(chǎn)城融合度高、土地資源集約利用度高的需求，更是加工制造業(yè)為主的工業(yè)園區(qū)的。

摘要:微電網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式配電網(wǎng)的一種有效形式，微電網(wǎng)技術(shù)能夠促進(jìn)分布式發(fā)電的大規(guī)模接入。針對(duì)微電網(wǎng)中并網(wǎng)模式和孤島模式之間的切換，提出一種含復(fù)合儲(chǔ)能裝置的微電網(wǎng)優(yōu)化控制策略。這種復(fù)合儲(chǔ)能的微電網(wǎng)優(yōu)化控制將超級(jí)電容器和蓄電池的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合到一起，用于由分布式電源作為主控式電源的微電網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)平滑切換的目標(biāo)。結(jié)果表明：在切換時(shí)間、頻率、電壓上，復(fù)合儲(chǔ)能均優(yōu)于蓄電池儲(chǔ)能。

關(guān)鍵詞:微電網(wǎng)；復(fù)合儲(chǔ)能；運(yùn)行模式；無(wú)縫切換；控制策略

0引言

微電網(wǎng)是一種將分布式電源、儲(chǔ)能裝置、負(fù)荷、變流器以及監(jiān)控保護(hù)裝置等有機(jī)整合在一起的小型發(fā)配電系統(tǒng)。它可以充分發(fā)揮分布式發(fā)電在經(jīng)濟(jì)、節(jié)能及環(huán)保中的優(yōu)勢(shì)，協(xié)調(diào)與大電網(wǎng)的矛盾，具有較高的靈活性與可調(diào)度性。微電網(wǎng)中主要電源的輸出功率具有較大的波動(dòng)性和隨機(jī)性，利用儲(chǔ)能技術(shù)可以解決這些問(wèn)題。微電網(wǎng)對(duì)儲(chǔ)能既有速度方面的要求，又有容量方面的要求，一種儲(chǔ)能元件很難同時(shí)滿足這些要求，因此，復(fù)合儲(chǔ)能技術(shù)需要深入研究。蓄電池由于技術(shù)成熟、能量密度大、價(jià)格低廉得到廣泛應(yīng)用，容易實(shí)現(xiàn)大容量?jī)?chǔ)能，為此蓄電池主要完成微電網(wǎng)中宏觀上的功率平衡作用。但是微電網(wǎng)中頻繁的充放電容易造成蓄電池溫度升高，嚴(yán)重影響蓄電池的壽命，且不能用于功率的快速補(bǔ)償；超級(jí)電容器充電功率大，速度快，使用壽命長(zhǎng)，可以完成穩(wěn)定頻率、電壓、補(bǔ)償隨時(shí)電壓變化等功能。所以，蓄電池與超級(jí)電容器組成的復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)，具有容量密度高、功率密度大、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn),對(duì)于平抑由分布式能源組成的微電網(wǎng)的功率平衡及安全穩(wěn)定運(yùn)行具有積極的意義。

近年來(lái)，許多國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者，在利用混合儲(chǔ)能平抑間隙式電源功率波動(dòng)方面進(jìn)行了卓有成效的研究。將鋰電池與超級(jí)電容器的組合形式應(yīng)用在獨(dú)立光伏電站，快速平衡系統(tǒng)瞬時(shí)功率，維持系統(tǒng)的可靠性；將鋰電池與超級(jí)電容器組成的復(fù)合儲(chǔ)能裝置應(yīng)用于并網(wǎng)光伏電站，優(yōu)化了光伏電站的輸出功率、降低儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行成本。利用超級(jí)電容器與蓄電池的組合，提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。基于上述研究可知，由超級(jí)電容器和蓄電池組成的復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)，在應(yīng)對(duì)由分布式新能源組成的微電網(wǎng)頻繁快速功率變化、無(wú)縫切換控制等方面具有良好的應(yīng)用前景，但目前在關(guān)于這方面研究應(yīng)用的文獻(xiàn)還不多。

本文在詳細(xì)分析了由風(fēng)電機(jī)組、光伏陣列組成的微電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)儲(chǔ)能需求的基礎(chǔ)上，建立了風(fēng)電機(jī)組、光伏陣列及超級(jí)電容器和蓄電池組成的復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)及控制模型。提出了適應(yīng)于微電網(wǎng)的復(fù)合儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)及優(yōu)化控制策略，并進(jìn)行仿真研究，分析復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)在微電網(wǎng)運(yùn)行方式切換及平衡系統(tǒng)功率，提高系統(tǒng)可靠性等方面產(chǎn)生的成效。

1系統(tǒng)模型

本文采用的微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，交流母線電壓為0.4kV,通過(guò)升壓變壓器(T)經(jīng)公共連接點(diǎn)(PCC)接入10kV配電網(wǎng)(DistributedNetwork,DN)。系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(WindTurbine,WT)、光伏陣列(PhotovoltaicAray,PV)、蓄電池(Battery,BAT)、超級(jí)電容器(SuperCapacitors,SC)及控制器組成。

DN

T

PCC

交流母線

LD

SC

WTPVBAT

圖1微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

1.1光伏電池的模型

光伏電池陣列由一定數(shù)量的單體電池經(jīng)串并聯(lián)構(gòu)成。它的輸出功率與光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度等因素有關(guān)。單體光伏電池的等效電路如圖2所示。

圖2中，U,I分別為光伏電池 輸 出電壓、電流；Im為光生電流；I?,U?分別為電池P-N結(jié)產(chǎn)生的擴(kuò)散電流和端電壓；R,,R分別為電池的串聯(lián)和并聯(lián)電阻。

圖2光伏電池等效模型

1.2復(fù)合儲(chǔ)能裝置模型

由蓄電池和超級(jí)電容器組成的復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)裝置等效電路如圖3所示。

圖3復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)等效模型

U。,R。分別為蓄電池的等效電壓和內(nèi)阻，L為雙向DC/DC的電感；S?,S?,D?D?分別為功率開關(guān)管；C為直流母線電容；Usc,Rsc分別為超級(jí)電容器等效電壓和內(nèi)阻。

超級(jí)電容器由于其容量大，充放電周期長(zhǎng)，可用一個(gè)理想電壓源和一個(gè)等效內(nèi)阻串聯(lián)來(lái)等效。超級(jí)電容器和蓄電池由儲(chǔ)能控制器控制經(jīng)雙向變換器(DC/DC)后接入直流母線。這種連接方式的優(yōu)點(diǎn)是可以使蓄電池、超級(jí)電容器工作在不同的電壓范圍，是兩者的容量配置與組合形式靈活可變。

在復(fù)合儲(chǔ)能的容量配置方面，蓄電池的容量應(yīng)能保證微電網(wǎng)中重要負(fù)荷的正常供電；超級(jí)電容器主要應(yīng)對(duì)切換瞬間的功率平衡，所配容量應(yīng)滿足微電網(wǎng)中所有負(fù)荷的功率要求。

2系統(tǒng)控制

2.1并網(wǎng)運(yùn)行控制策略

當(dāng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，微電網(wǎng)內(nèi)的功率缺額由配電網(wǎng)來(lái)平衡，頻率調(diào)整和電壓控制都由配電網(wǎng)來(lái)負(fù)責(zé)，網(wǎng)內(nèi)分布式發(fā)電(DistributedGeneration,DG)逆變器均采用P/Q控制方式，控制流程如圖4所示。

圖4P/Q控制框圖

圖4中，P、Q分別為逆變器輸出的有功功率和無(wú)功功率；Pm、Q為控制器的有功功率和無(wú)功功率參考值；u?、v?、ia、i。分別為逆變器端電壓、電流的d、q軸分量；u、分別為控制器輸出電壓的d、q軸分量；inyiag為逆變器電流的d、q軸分量參考值；ug為電壓參考值。

2.2孤島運(yùn)行控制策略

當(dāng)孤島運(yùn)行時(shí)，復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)采用U/F控制方式，為微電網(wǎng)提供頻率和電壓支持，并跟蹤負(fù)荷的變化，其余DG采用P/Q控制方式?？刂屏鞒倘鐖D5所示。

圖5 U/F控制框圖

圖5中，w為角頻率信號(hào)；0為角度信號(hào)；f為工頻；uagy、ugy為逆變器端電壓的d、q軸分量參考值。

2.3復(fù)合儲(chǔ)能控制策略

復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙向DC/DG變換器采用Buck/Boost功率變換器形式，見(jiàn)圖3。這種結(jié)構(gòu)體積小、工作效率高。當(dāng)S?動(dòng)作，S?驅(qū)動(dòng)閉鎖時(shí)，變換器處于Buck模式；當(dāng)S,驅(qū)動(dòng)閉鎖，S?動(dòng)作時(shí)，變換器處于Boost模式。這種策略可以靈活多層次地設(shè)定蓄電池的充放電電流及其相互之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程。

2.4無(wú)縫切換控制策略

當(dāng)微電網(wǎng)處于并網(wǎng)模式、孤島模式或者在并網(wǎng)/孤島無(wú)縫切換模式的情況下，微電網(wǎng)*主要的任務(wù)就是保證微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的所有敏感負(fù)荷可靠正常的運(yùn)行；另一方面，在并網(wǎng)模式和孤島模式之間進(jìn)行無(wú)縫切換的過(guò)程中，微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷端的電壓幅值和相位不能發(fā)生較大的變化；同時(shí)在并網(wǎng)過(guò)程中不能產(chǎn)生很大的電流沖擊，導(dǎo)致系統(tǒng)的崩潰。只要上述條件能夠得到保證，微電網(wǎng)就可以在并網(wǎng)模式和孤島模式之間成功地進(jìn)行無(wú)縫切換。

當(dāng)微電網(wǎng)在并網(wǎng)模式和孤島模式之間進(jìn)行無(wú)縫切換時(shí)，不僅需要保證控制策略的成功轉(zhuǎn)換，而且需要PCC點(diǎn)靜態(tài)開關(guān)的準(zhǔn)確配合。如果PCC點(diǎn)靜態(tài)開關(guān)配合不當(dāng)，很可能就會(huì)導(dǎo)致無(wú)縫切換的失敗。此外還需要依靠大電網(wǎng)狀態(tài)快速準(zhǔn)確的檢測(cè)，并網(wǎng)時(shí)電壓的同步檢測(cè)等諸多方面，只要有一方面配合不當(dāng)，很可能就會(huì)導(dǎo)致無(wú)縫切換的失敗。如果切換失敗，將導(dǎo)致很嚴(yán)重的后果。例如，當(dāng)微電網(wǎng)系統(tǒng)從并網(wǎng)模式向孤島模式轉(zhuǎn)換時(shí)，如果PCC點(diǎn)的靜態(tài)開關(guān)沒(méi)有正常關(guān)斷，就可能導(dǎo)致大電網(wǎng)的不良影響進(jìn)入微電網(wǎng)，如果沒(méi)有敏感負(fù)荷實(shí)時(shí)的保護(hù)，微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的敏感負(fù)荷就會(huì)全部損壞。

在并網(wǎng)運(yùn)行情況下，當(dāng)配電網(wǎng)故障或電能質(zhì)量不能滿足要求時(shí)，檢測(cè)公共耦合點(diǎn)(PCC)電壓、頻率，超出允許的范圍時(shí)，微電網(wǎng)需要與配電網(wǎng)快速斷開，轉(zhuǎn)入孤島運(yùn)行方式，儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制方式由P/Q控制轉(zhuǎn)變?yōu)閁/F控制方式，其余DG仍采用P/Q控制方式。此時(shí)，若網(wǎng)內(nèi)功率不能保持平衡，就要考慮切負(fù)荷或者切機(jī)；在主網(wǎng)恢復(fù)正常運(yùn)行后，需要將微電網(wǎng)與配電網(wǎng)重新連接。此時(shí)，為了避免互聯(lián)過(guò)程中對(duì)配電網(wǎng)造成較大的暫態(tài)沖擊，對(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行同期，為此，檢測(cè)公共耦合點(diǎn)微網(wǎng)側(cè)及配電網(wǎng)側(cè)的電壓、頻率及相角，當(dāng)對(duì)應(yīng)量相差在允許的范圍之內(nèi)時(shí)，完成同期并列。之后，復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)由U/F控制方式轉(zhuǎn)變?yōu)镻/Q控制方式，并恢復(fù)負(fù)荷或DG。微電網(wǎng)控制流程圖見(jiàn)圖6。

3.仿真結(jié)果及分析

本文在PSCAD／EMTDC軟件平臺(tái)上搭建了微電網(wǎng)模型。仿真主要參數(shù)設(shè)置如下：光伏發(fā)電容量為15kW，風(fēng)力發(fā)電為20kW；蓄電池容量為100A·h，額定電壓為240V，額定放電率為0．3C，超級(jí)電容器為10F，額定電壓360V；負(fù)荷功率為40+j10kVA。微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，所有DG均采用P／Q控制，在1s時(shí)，配網(wǎng)發(fā)生故障，檢測(cè)到電壓或頻率越限，保護(hù)動(dòng)作，微電網(wǎng)與主配網(wǎng)斷開，由并網(wǎng)轉(zhuǎn)人孤網(wǎng)運(yùn)行，儲(chǔ)能裝置控制方式由P／Q轉(zhuǎn)為U／F方式；在2s時(shí)，配網(wǎng)故障消除，經(jīng)檢測(cè)，微電網(wǎng)與配電網(wǎng)側(cè)電壓、頻率、相角差符合同期要求，保護(hù)動(dòng)作，微電網(wǎng)重新與配電網(wǎng)并列運(yùn)行，電氣量恢復(fù)到孤網(wǎng)運(yùn)行前的狀態(tài)。仿真結(jié)果分別見(jiàn)圖7、圖8。

為了便于比較，圖7、圖8中分別給出單獨(dú)使用蓄電池儲(chǔ)能和使用復(fù)合儲(chǔ)能兩種情況下的結(jié)果。由圖7可知，在1S之前，并網(wǎng)運(yùn)行，蓄電池儲(chǔ)能和復(fù)合儲(chǔ)能情況下，微電網(wǎng)與配電網(wǎng)的頻率都是50Hz，在1s時(shí)，功率不再平衡，由于蓄電池輸出限制，頻率波動(dòng)較大；而復(fù)合儲(chǔ)能，由于超級(jí)電容器功率密度大，及時(shí)彌補(bǔ)功率差額，頻率波動(dòng)也在允許的范圍之內(nèi)。2S后，轉(zhuǎn)入并網(wǎng)運(yùn)行，系統(tǒng)頻率逐漸恢復(fù)到50Hz，復(fù)合儲(chǔ)能比蓄電池儲(chǔ)能情況所用時(shí)間更短。由圖8可知，在1S之前，并網(wǎng)運(yùn)行，蓄電池儲(chǔ)能和復(fù)合儲(chǔ)能情況下，微電網(wǎng)與配電網(wǎng)的電壓近似為220V，在1s時(shí)，功率不再平衡，由于蓄電池輸出限制，電壓波動(dòng)較大；在復(fù)合儲(chǔ)能情況下，由于超級(jí)電容器功率密度大，及時(shí)彌補(bǔ)無(wú)功功率差額，使得孤網(wǎng)運(yùn)行期間，電壓波動(dòng)符合要求。2s后，轉(zhuǎn)入并網(wǎng)運(yùn)行，電壓逐漸恢復(fù)到孤網(wǎng)運(yùn)行前水平，復(fù)合儲(chǔ)能情況下，恢復(fù)速度更快。

4.Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

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(guó)內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，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(chǔ)能系統(tǒng)以及充電樁的接入，全天候進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、風(fēng)能、儲(chǔ)能系統(tǒng)、充電樁運(yùn)行狀態(tài)及健康狀況，是一個(gè)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(jì)優(yōu)化運(yùn)行為目標(biāo)，促進(jìn)可再生能源應(yīng)用，提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性、補(bǔ)償負(fù)荷波動(dòng)；有效實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負(fù)荷，提高電力設(shè)備運(yùn)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(jì)運(yùn)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(gè)能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個(gè)層：設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層和站控層。站級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)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。

4.2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

本方案遵循的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)：

GB/T26802.1-2011工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通用規(guī)范1部分：通用要求

GB/T26806.2-2011工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)基本平臺(tái)2部分：性能評(píng)定方法

GB/T26802.5-2011工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通用規(guī)范5部分：場(chǎng)地安全要求

GB/T26802.6-2011工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通用規(guī)范6部分：驗(yàn)收大綱

GB/T2887-2011計(jì)算機(jī)場(chǎng)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(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范

DL/T634.5101遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)5-101部分:傳輸規(guī)約基本遠(yuǎn)動(dòng)任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)

DL/T634.5104遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)5-104部分:傳輸規(guī)約采用標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議子集的IEC60870-5-網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)

GB/T36270-2018微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

DL/T1864-2018獨(dú)立型微電網(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(yùn)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(yùn)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(fù)荷管理技術(shù)導(dǎo)則

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行規(guī)范

T/CEC5005-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范

NB/T10148-2019微電網(wǎng)1部分：微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則

NB/T10149-2019微電網(wǎng)2部分：微電網(wǎng)運(yùn)行導(dǎo)則

4.3適用場(chǎng)合

系統(tǒng)可應(yīng)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(wú)電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。

4.4型號(hào)說(shuō)明

Acrel-2000

Acrel-2000系列監(jiān)控系統(tǒng)

MG

MG—微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。

4.5系統(tǒng)配置

4.5.1系統(tǒng)架構(gòu)

本平臺(tái)采用分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即站控層、網(wǎng)絡(luò)層和設(shè)備層，詳細(xì)拓?fù)浣Y(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

4.6系統(tǒng)功能

4.6.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機(jī)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(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)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(hào)。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(wú)功功率、總功率因數(shù)、頻率和正向有功電能累計(jì)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(duì)分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電管理，使管理人員實(shí)時(shí)掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲(chǔ)能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲(chǔ)能單元運(yùn)行功率設(shè)置等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)告警，并支持定期的電池維護(hù)。

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(chǔ)能、充電樁及總體負(fù)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(chǔ)能及光伏系統(tǒng)信息進(jìn)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(chǔ)能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計(jì)列表等。

4.6.1.1光伏界面

圖3光伏系統(tǒng)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)光伏系統(tǒng)信息，主要包括逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及報(bào)警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測(cè)及發(fā)電量統(tǒng)計(jì)、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)、發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)、碳減排統(tǒng)計(jì)、輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

4.6.1.2儲(chǔ)能界面

圖4儲(chǔ)能系統(tǒng)界面

本界面主要用來(lái)展示本系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝機(jī)容量、儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)PCS參數(shù)設(shè)置界面

本界面主要用來(lái)展示對(duì)PCS的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，包括開關(guān)機(jī)、運(yùn)行模式、功率設(shè)定以及電壓、電流的限值。

圖6儲(chǔ)能系統(tǒng)BMS參數(shù)設(shè)置界面

本界面用來(lái)展示對(duì)BMS的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要包括電芯電壓、溫度保護(hù)限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。

圖7儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)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(chǔ)能系統(tǒng)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)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(shí)針對(duì)交流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

圖9儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時(shí)針對(duì)直流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

圖10儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)PCS狀態(tài)信息，主要包括通訊狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、STS運(yùn)行狀態(tài)及STS故障告警等。

圖11儲(chǔ)能電池狀態(tài)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)BMS狀態(tài)信息，主要包括儲(chǔ)能電池的運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)信息、數(shù)據(jù)信息以及告警信息等，同時(shí)展示當(dāng)前儲(chǔ)能電池的SOC信息。

圖12儲(chǔ)能電池簇運(yùn)行數(shù)據(jù)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)電池簇信息，主要包括儲(chǔ)能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當(dāng)前電芯的*大、*小電壓、溫度值及所對(duì)應(yīng)的位置。

4.6.1.3風(fēng)電界面

圖13風(fēng)電系統(tǒng)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)信息，主要包括逆變控制一體機(jī)直流側(cè)、交流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及報(bào)警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)、發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)、碳減排統(tǒng)計(jì)、風(fēng)速/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

4.6.1.4充電樁界面

圖14充電樁界面

本界面用來(lái)展示對(duì)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(fèi)用，變化曲線、各個(gè)充電樁的運(yùn)行數(shù)據(jù)等。

4.6.1.5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(guò)不同的配置，實(shí)現(xiàn)預(yù)覽、回放、管理與控制等。

4.6.2發(fā)電預(yù)測(cè)

系統(tǒng)應(yīng)可以通過(guò)歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、未來(lái)天氣預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)分布式發(fā)電進(jìn)行短期、超短期發(fā)電功率預(yù)測(cè)，并展示合格率及誤差分析。根據(jù)功率預(yù)測(cè)可進(jìn)行人工輸入或者自動(dòng)生成發(fā)電計(jì)劃，便于用戶對(duì)該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。

圖16光伏預(yù)測(cè)界面

4.6.3策略配置

系統(tǒng)應(yīng)可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、儲(chǔ)能系統(tǒng)容量、負(fù)荷需求及分時(shí)電價(jià)信息，進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行模式的設(shè)置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計(jì)劃、需量控制、有序充電、動(dòng)態(tài)擴(kuò)容等。

圖17策略配置界面

4.6.4運(yùn)行報(bào)表

應(yīng)能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)，報(bào)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(wú)功功率、正向有功電能等。

圖18運(yùn)行報(bào)表

4.6.5實(shí)時(shí)報(bào)警

應(yīng)具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，系統(tǒng)能夠?qū)Ω髯酉到y(tǒng)中的逆變器、雙向變流器的啟動(dòng)和關(guān)閉等遙信變位，及設(shè)備內(nèi)部的保護(hù)動(dòng)作或事故跳閘時(shí)應(yīng)能發(fā)出告警，應(yīng)能實(shí)時(shí)顯示告警事件或跳閘事件，包括保護(hù)事件名稱、保護(hù)動(dòng)作時(shí)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(shí)時(shí)告警

4.6.6歷史事件查詢

應(yīng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)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(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

圖20歷史事件查詢

4.6.7電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

應(yīng)可以對(duì)整個(gè)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(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，使管理人員實(shí)時(shí)掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況，以便及時(shí)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(shí)時(shí)顯示各電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度和正序/負(fù)序/零序電壓值、三相電流不平衡度和正序/負(fù)序/零序電流值；

2）諧波分析功能：系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)時(shí)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(dòng)與閃變：系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相電壓波動(dòng)值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長(zhǎng)閃變值；應(yīng)能提供A/B/C三相電壓波動(dòng)曲線、短閃變曲線和長(zhǎng)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(jì)量：系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相有功功率、無(wú)功功率和視在功率；應(yīng)能顯示三相總有功功率、總無(wú)功功率、總視在功率和總功率因素；應(yīng)能提供有功負(fù)荷曲線，包括日有功負(fù)荷曲線（折線型）和年有功負(fù)荷曲線（折線型）；

5）電壓暫態(tài)監(jiān)測(cè)：在電能質(zhì)量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降、短時(shí)中斷發(fā)生時(shí)，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(jì)：系統(tǒng)應(yīng)能顯示1min統(tǒng)計(jì)整2h存儲(chǔ)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括均值、*大值、*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(dòng)作或返回）、波形號(hào)、越限值、故障持續(xù)時(shí)間、事件發(fā)生的時(shí)間。

圖21微電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量界面

4.6.8遙控功能

應(yīng)可以對(duì)整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過(guò)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(shí)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

4.6.9曲線查詢

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(wú)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

4.6.10統(tǒng)計(jì)報(bào)表

具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來(lái)任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。對(duì)微電網(wǎng)與外部系統(tǒng)間電能量交換進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能、收益等分析；具備對(duì)微電網(wǎng)供電可靠性分析，包括年停電時(shí)間、年停電次數(shù)等分析；具備對(duì)并網(wǎng)型微電網(wǎng)的并網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行電能質(zhì)量分析。

圖24統(tǒng)計(jì)報(bào)表

4.6.11網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)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(gè)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(shí)能自動(dòng)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?fù)浣缑?/p>

本界面主要展示微電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)?，包括系統(tǒng)的組成內(nèi)容、電網(wǎng)連接方式、斷路器、表計(jì)等信息。

4.6.12通信管理

可以對(duì)整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進(jìn)行管理、控制、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過(guò)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(dòng)所有端口或某個(gè)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

4.6.13用戶權(quán)限管理

應(yīng)具備設(shè)置用戶權(quán)限管理功能。通過(guò)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(yùn)行參數(shù)修改等）?？梢远x不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

圖27用戶權(quán)限

4.6.14故障錄波

應(yīng)可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準(zhǔn)確地記錄故障前、后過(guò)程的各相關(guān)電氣量的變化情況，通過(guò)對(duì)這些電氣量的分析、比較，對(duì)分析處理事故、判斷保護(hù)是否正確動(dòng)作、提高電力系統(tǒng)安全運(yùn)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(gè)周波、故障后4個(gè)周波波形，總錄波時(shí)間共計(jì)46s。每個(gè)采樣點(diǎn)錄波至少包含12個(gè)模擬量、10個(gè)開關(guān)量波形。

圖28故障錄波

4.6.15事故追憶

可以自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)掃描數(shù)據(jù)，包括開關(guān)位置、保護(hù)動(dòng)作狀態(tài)、遙測(cè)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(dòng)事件，當(dāng)每個(gè)事件發(fā)生時(shí)，存儲(chǔ)事故前的10個(gè)掃描周期及事故后10個(gè)掃描周期的有關(guān)點(diǎn)數(shù)據(jù)。啟動(dòng)事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點(diǎn)可由用戶和隨意修改。

圖29事故追憶

5.結(jié)束語(yǔ)

基于蓄電池與超級(jí)電容器的特性，建立微電網(wǎng)的復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)，提出微電網(wǎng)并網(wǎng)與孤島運(yùn)行方式平穩(wěn)切換的控制策略，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)得出如下結(jié)論：

1)復(fù)合儲(chǔ)能兼具能量型儲(chǔ)能及功率型儲(chǔ)能的優(yōu)點(diǎn)，且控制方式靈活、方便。對(duì)于實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)能量的瞬時(shí)平衡，維持微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要作用；

2)多層次的控制模式，在運(yùn)行方式切換前后，使微電網(wǎng)的頻率、電壓都能保持在允許的范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)平滑切換；

3)在線檢測(cè)頻率、電壓，切換時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊很小，保證電網(wǎng)電能質(zhì)量。

在下一步的研究中，將考慮超級(jí)電容器與蓄電池的容量?jī)?yōu)化配置及微電網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的改善。

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[5] 馮天舒，劉芳.基于復(fù)合儲(chǔ)能的微電網(wǎng)運(yùn)行的切換控制策略

作者簡(jiǎn)介：

劉細(xì)鳳，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司