前言

眾所周知，化石能源是不可再生的，能夠利用太陽能、風(fēng)能這類取之不盡的能源發(fā)電，對能源的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保都有著巨大的現(xiàn)實意義。然而，太陽能、風(fēng)能等新能源的利用具有不可預(yù)測性，一旦條件不允許就可能導(dǎo)致電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定，嚴重的甚至?xí)?dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)的崩潰，微電網(wǎng)就在這樣的背景下誕生了。

微電網(wǎng)是大電網(wǎng)的有力補充，是智能電網(wǎng)領(lǐng)域的重要組成部分，可用于解決分布式電源并網(wǎng)帶來的技術(shù)、市場和政策上的問題，為*大發(fā)揮分布式發(fā)電技術(shù)在經(jīng)濟、能源和環(huán)境中的優(yōu)勢提供新思路，在孤立海島、城市片區(qū)及偏遠農(nóng)村地區(qū)有廣泛的應(yīng)用前景。

綜上，順應(yīng)電網(wǎng)智能化建設(shè)、安全運行的步伐，在電網(wǎng)中開展微電網(wǎng)電源系統(tǒng)已經(jīng)迫在眉睫。

1、優(yōu)勢分析

太陽能、風(fēng)能等可再生能源接入電網(wǎng)給電力系統(tǒng)帶來了非常大的影響，雖然相對于傳統(tǒng)的能源發(fā)電，可再生能源的成本并不低，但是其新型的發(fā)電技術(shù)對于電網(wǎng)的發(fā)展起到了關(guān)鍵的作用。微電網(wǎng)作為分布式發(fā)電優(yōu)化集成的一種方式，在大規(guī)模應(yīng)用之前，還有許多問題需要解決，但是微電網(wǎng)的諸多優(yōu)點，已經(jīng)成為世界各國研究的重點，微電網(wǎng)將在未來占有重要的地位。

1.1就近消納，提高能源效率

微電網(wǎng)內(nèi)部的電來自于天然氣、光伏及風(fēng)電等分布式能源。在西北之類風(fēng)光資源充足的地方，修建大型風(fēng)電場、光伏電站，用戶(工業(yè)園區(qū)、商業(yè)區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院甚至大型的地產(chǎn)項目)在接入小型的風(fēng)機、光伏、儲能、燃氣輪機等電源設(shè)備時，就能使電能就近消納，省去了在電網(wǎng)中傳輸?shù)膿p耗，提高了能源的使用效率。

1.2單點連接，減少對大電網(wǎng)沖擊

微電網(wǎng)與電網(wǎng)系統(tǒng)之間電能交流，是通過微電網(wǎng)與電網(wǎng)系統(tǒng)的公共連接點連接，避免了多個分布式電源與電網(wǎng)系統(tǒng)直接連接。微電網(wǎng)主要用于區(qū)域內(nèi)部的供電，不向外輸送或輸送很小的功率，對電網(wǎng)系統(tǒng)的影響可以忽略不計。

1.3提高供電可靠性，解決電能需求

微電網(wǎng)采用的控制方式以及大量電力電子裝置，將分布式電源、儲能裝置、可控負荷連接在一起，使得它對于電網(wǎng)系統(tǒng)成為一個可控負荷，并且可以施行并網(wǎng)和獨立兩種運行方式，充分維護了微電網(wǎng)和大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

2、微電網(wǎng)能量管理與調(diào)度優(yōu)化

在微電網(wǎng)研究領(lǐng)域，*為關(guān)鍵的技術(shù)是儲能技術(shù)和微電網(wǎng)的運行控制。儲能技術(shù)在微電網(wǎng)中是特別重要的一項技術(shù)，它不僅可以為微電網(wǎng)建立V/F源，還具有削峰填谷的作用，從而提高了間歇式能源的利用效率，該技術(shù)的關(guān)鍵在于超導(dǎo)儲能技術(shù)、超級電容等方面。本文主要圍繞微電網(wǎng)的運行控制為內(nèi)容進行介紹

2.1控制方法

在微電網(wǎng)研究領(lǐng)域，*為關(guān)鍵的技術(shù)是微電網(wǎng)的運行控制，目前，有三種比較常見的微電網(wǎng)控制方式，下文對其分別進行闡述。

2.1.1基于電力電子技術(shù)等概念的控制方法

該方法根據(jù)微電網(wǎng)的控制要求與發(fā)電機的下垂特性將不平衡功率動態(tài)分配給各機組承擔(dān)，具有簡單、可靠、易于實現(xiàn)的優(yōu)點。

2.1.2基于能量管理系統(tǒng)的控制方法

該方法采用不同的控制模塊分別對有功和無功進行控制，很好地滿足了微電網(wǎng)的多種控制要求，此外該方法針對微電網(wǎng)中對無功的不同需求，功率管理系統(tǒng)采用了不同的控制方法從而提高了控制性能。

2.1.3基于多代理技術(shù)的微電網(wǎng)控制

該方法將計算機領(lǐng)域的多代理技術(shù)應(yīng)用到微電網(wǎng)，代理的自治性、自發(fā)性等特點能夠很好地適應(yīng)和滿足微電網(wǎng)分散控制的要求。

2.2微電網(wǎng)能量管理

能量管理系統(tǒng)(EMS)主要針對發(fā)輸電系統(tǒng)，對電網(wǎng)進行調(diào)度決策管理以及控制，提供電網(wǎng)的各種實時信息給調(diào)度管理人員，能夠提高電能質(zhì)量，保證電網(wǎng)安全運行以及改善電網(wǎng)運行經(jīng)濟性。

微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)(MGEMS)是基于現(xiàn)有電力系統(tǒng)EMS的研究成果，考慮了分布式電源、儲能系統(tǒng)的接入以及微網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，是EMS進一步發(fā)展的一個重要方面。

微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)(MGEMS)通過管理微網(wǎng)內(nèi)微源及負荷運行狀態(tài)，結(jié)合電價、燃料費用等信息，并根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)潮流需求對分布式發(fā)電設(shè)備、可控負荷、儲能設(shè)備進行有功、無功指令控制，不僅可實現(xiàn)風(fēng)能、太陽能等可再生能源的有效利用，而且能使微網(wǎng)經(jīng)濟、可靠運行。

微網(wǎng)能量管理按照時間尺度可分為長期能量管理、短期能量管理，其MGEMS功能模塊邏輯圖如圖1所示。

圖1MGEMS功能模塊邏輯圖

長期能量管理系統(tǒng)的主要功能為：①考慮環(huán)境影響及發(fā)電成本的分布式發(fā)電及負荷小時級預(yù)測；②系統(tǒng)內(nèi)的可控負荷監(jiān)管及投切管理；③根據(jù)網(wǎng)外電力市場信息及網(wǎng)內(nèi)負荷預(yù)測狀態(tài)，管理系統(tǒng)備用；④考慮長期功率平衡。

短期能量管理的主要功能為：①系統(tǒng)內(nèi)電壓及頻率調(diào)節(jié)；②系統(tǒng)內(nèi)分布式電源、儲能設(shè)備實時功率分配。

能量管理系統(tǒng)的框架可分為3個層級分析，設(shè)備層、管理層和優(yōu)化層，具體各層級的功能如下文所述。

設(shè)備層包括分布式發(fā)電設(shè)備、儲能設(shè)備、開關(guān)和量測設(shè)備、電子裝置，微源儲能等終端設(shè)備以及能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，可完成電能供給、設(shè)備開斷和底層控制命令的執(zhí)行等。管理層包括管理裝置、測控裝置以及繼電保護裝置，是設(shè)備層與優(yōu)化層的信息交互樞紐，實現(xiàn)使用一個間隔的數(shù)據(jù)并且作用于該間隔一次設(shè)備的功能，如電氣量采集、設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測等。優(yōu)化層主要是指微電網(wǎng)能量監(jiān)控與優(yōu)化系統(tǒng)，可完成能量優(yōu)化分配，保護信息管理等功能，提供微電網(wǎng)運行的人際交互界面。功能宜高度集成，可由一臺計算機實現(xiàn)。

為了做好微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，目前還需要從如下幾方面進行重點的研究：①建立分布式能源單元模型以及微網(wǎng)系統(tǒng)的整體運行、協(xié)調(diào)控制和優(yōu)化配置等方面的模型；②準(zhǔn)確預(yù)測太陽能、風(fēng)能等發(fā)電單元短期及長期出力；③微網(wǎng)內(nèi)分布式電源及儲能系統(tǒng)運行依賴于電力電子接口技術(shù)，需要相應(yīng)的充放電控制策略；④綜合熱電負荷需求、交互電價、燃料成本、需求側(cè)管理要求等制定運行優(yōu)化策略。

2.3微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度

微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度為能量管理研究的重要內(nèi)容，一般以實現(xiàn)微電網(wǎng)運行成本、排放成本以及停電成本*小化為目標(biāo)，滿足各類運行約束的前提下，*大限度提高可再生能源利用率及微網(wǎng)運行經(jīng)濟性。

常見約束條件：機組出力約束、運行狀態(tài)約束、系統(tǒng)潮流約束、可靠性約束。

常用的優(yōu)化方法有：①數(shù)學(xué)優(yōu)化算法：優(yōu)先順序法、動態(tài)規(guī)劃法、拉格朗日松弛法等；②智能優(yōu)化算法：粒子群優(yōu)化算法、遺傳算法、蟻群優(yōu)化算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、專家系統(tǒng)以及網(wǎng)格自適應(yīng)直接搜索法等.

其微網(wǎng)調(diào)度的經(jīng)濟、環(huán)境和技術(shù)各因素之間的關(guān)系如圖2所示。

與電力系統(tǒng)的調(diào)度相比較，微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度有較大的不同。①熱(冷)電聯(lián)供：微電網(wǎng)可提供熱(冷)/電能，需要同時保證熱(冷)電供需平衡。②功率波動顯著:微電網(wǎng)中各類分布式電源運行特性不同，且風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等可再生能源易受天氣因素影響。同時由于微源容量較小，單一的負荷變化將會對微電網(wǎng)的功率平衡產(chǎn)生顯著影響；③考慮環(huán)境效益：微電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度不僅僅需要考慮發(fā)電的經(jīng)濟成本，還需要考慮分布式電源組合的整體環(huán)境效益，調(diào)度更加復(fù)雜。④不同運行模式：微電網(wǎng)有并網(wǎng)運行和離網(wǎng)運行兩種方式，存在著兩種不同的優(yōu)化調(diào)度模式。并網(wǎng)運行首先需要考慮大電網(wǎng)的調(diào)度計劃，其次需要考慮微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的交互約束條件。離網(wǎng)運行首先需要確保微網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，其次需要考慮微源的*佳出力組合以及負荷調(diào)度。

圖2微網(wǎng)調(diào)度的經(jīng)濟、環(huán)境和技術(shù)各因素之間的關(guān)系

2.4微網(wǎng)控制策略

所有的控制方法都應(yīng)當(dāng)滿足以下要求：①新的微電源的接入不對大電網(wǎng)造成威脅；②能夠自主的選擇系統(tǒng)運行點；③平滑與大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)或解耦；④對有功、無功可以根據(jù)動態(tài)的要求進行獨立的結(jié)構(gòu)控制。

微電網(wǎng)的控制方式和微電源的類型有關(guān)，對于采用的電力電子逆變器來說，常用的控制方法有微電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下的P/Q控制方式，電壓頻率VIF控制模式和微網(wǎng)孤島狀態(tài)下的下垂控制模式；

2.4.1P/Q控制模式

P/Q控制是逆變器輸出的有功功率P和無功功率Q的大小可控，可以根據(jù)設(shè)定。通常P/Q控制方式用于微電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運行狀態(tài)。在該狀態(tài)下，微電網(wǎng)內(nèi)負荷功率波動、頻率和電壓的擾動由大電網(wǎng)承擔(dān)，微電網(wǎng)不參與頻率調(diào)節(jié)和電壓調(diào)節(jié)，直接采用電網(wǎng)頻率和電壓作為支撐。中小型的分布式電源以恒功率擬負荷的外特性為宜，關(guān)系上類似負荷，但并不完全吸收功率。

2.4.2V/F控制模式

VIF控制即恒壓恒頻控制，指的是通過控制手段使逆變器輸出端口電壓的幅值U和頻率F保持恒定。

微網(wǎng)中逆變器的電壓和頻率控制是電網(wǎng)在孤島運行中提供強有力的電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定保障，與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的頻率二次調(diào)整類似。當(dāng)大系統(tǒng)發(fā)生故障時，微電網(wǎng)與大電網(wǎng)發(fā)生解列，由于微電網(wǎng)的內(nèi)部功率不平衡所帶來的一系列問題都可以由VIF控制來解決。

2.4.3下垂控制模式

下垂控制方式主要是指逆變器經(jīng)過一定電力電子控制與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)一次調(diào)頻相似。通過解耦有功-頻率與無功-電壓之間的下垂特性曲線進行系統(tǒng)電壓和頻率調(diào)節(jié)的方式。

目前主要由兩種常有逆變器調(diào)差率控制的方式，一種采用有功-頻率(P-F)和無功-電壓(Q-V)調(diào)差率控制方式。另一種則采用有功-電壓(P-V)和無功-功率(Q-F)反調(diào)差率控制。兩種控制方式原理基本類似，根據(jù)不同線路特性和控制要求，選擇不同的控制方法即可。

3、安科瑞Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)概述

3.1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(biāo)，促進可再生能源應(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(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。

3.2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)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范1部分：通用要求

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(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)1部分：微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則

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

3.3適用場合

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

3.4型號說明

3.5系統(tǒng)配置

3.5.1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)

3.6系統(tǒng)功能

3.6.1實時監(jiān)測

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。

3.6.1.2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。3.6.1.2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*大、*小電壓、溫度值及所對應(yīng)的位置。

3.6.1.3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。

審核編輯 黃宇