微电网能量管理系统在企业光伏电站有什么作用?怎么应用?

摘要:设计一种基于电力集能器的微电网能力管理系统，由能源局域网、能源子网能量管理系统组成，采用专家控制策略多种策略，正常运行、故障处理和孤岛运行模式。电力集能器自带电网交流、微网直流、负荷交流转换等功能满足系统负荷的不同供电需求，通过微网及光伏起到能量协调平衡功能遥主要能源从交流电网获取,光伏与直流微电网做为辅助能源，该系统主要负责系统级控制与协调，在子网系统实现电能管理及电能平衡。通过对微网能量管理、储能数据的集中管理分析，在削峰填谷、节省电费开支、延缓输配电扩容升级等方面具有良好的经济效益。

关键词：智能微电网；微电网能量管理；分布式发电

0引言

随着风电、光电可再生能源大力发展，分布式电源以智能微电网形式接入智能大电网成为低碳智能配电网的发展趋势。智能电网核心在智能, 是传统电力行业可以通过数字化信息系统，将能源开发、转换、传输、存储、配送等环节，与终端用户的各种用电设备连接在一起,通过智能化控制,实现对应供能、互助供能和互补供能。微电网的提岀旨在实现分布式电源的灵活，解决数量庞大、 形式多样的分布式电源并网问题，既可与配电网运行（并网运行），也可与配电网断开独立运行（孤岛运行）。 微电网能量管理系统是一套具有发电优化调度、负荷管理、 实时监测并自动实现微电网同步等功能的能量管理系统。能量管理系统主要用于为含有风力发电、光伏发电、微型燃气轮机等分布式电源和储能单元的微电网系统提供监视与控制功能。智能微电网能量管理系统基于云平台设计，它总结并吸收了多套成熟系统的成功开发和工程经验, 并通过国内外现有的微电网定义和示范工程总结现在微电网的体系架构，采用多项新技术, 专门针对微电网应用技术发展趋势而研究开发的一套面向智能电网的能量管理系统，降低新能源发电的波动性、随机性、 间歇性影响;减少大规模新能源介入对电力系统的冲击，并离网运行,且可无缝切换。

1微电网能量物理结构及特点

微电网管理系统是基于电力集能器的能源子网能量管理系统，通过新能源发电、微能源的采集、汇聚与分享以及储能和负荷用电消纳形成层次化结构的能源局域网，是在现有电网基础上通过电力电子和信息技术，融合大量分布式可再生能源发电和分布式储能装置,能实现电能和信息双向流动的对等共享网络。

能源子网能量管理系统核心是电力集能器, 包括电力集能器I型和电力集能器II型设备各一套，直流负荷主要是充电桩与LED灯，其主要能源从交流电网获取,光伏与直流微电网做为辅助能源协调控制。I型电力集能器双馈线路互联，具有灵活的系统互联结构和更高供电可靠性。在交流电网岀现故障时,可通过750V直流母线与直流微电网互联，保证能源子网直流负荷的不间断供电。

2 微电网能量管理系统设计

能量管理系统核心技术思路:分层控制,其在能源子网中起到至关重要的作用。整个能源子网通过它来统一协调管理微源控制器和负荷控制器，实现能源子网安全稳定运行以及经济效益的优化。

电能量管理系统功能主要包含数据通讯、系统控制、人机交互三个组成部分。对于用户可直接交互参与的人机交互则是该系统的主要部分，其架构分为监视、控制和分析三大模块。具体内容如下:

1） 监视部分主要是实时监控袁采用多层面模式袁包含： 总体数据层（下网电网、上网电量等）、集能器电气模型层（遥测、遥信）、三方系统模型层（光伏系统等）；

2） 控制部分主要是系统级控制,采用分类模式，包括:Auto模式、Manual模式（其中能源局域网只具备手动控制功能）。Auto模式根据自动发电与控制策略（类AGC（进行系统控制；在Manual模式下，用户根据系统运行情况进行实时控制，主要有对遥控、遥测、控制闭锁、权限校验等功能。二者都工作安全校核的基础上实现。控制部分需要建立一个完善的稳定控制策略专家库，在执行相应设备动作执行流程导向。

监视与分析是基础数据单向管理,控制部分为双向管理。能源子网可处于Auto在Manual两种模式，能源局域网处于手动控制模式，但是无论处于那种模式,整个灵活配电能量管理系统都要遵循控制策略库,并在安全校核机制管理下执行管理。

3） 数据分析主要是对系统的历史数据进行分析统计，作为微电网能量管理的辅助决策作用。

3数据采集与处理及通讯

3.1数据采集

能源局域网系统主要将各单个能源子网所采集的数据进行集中汇总;能源子网管理系统主要采集直流侧的光伏系统、直流微电网系统、充电桩系统、直流断路器、直流负荷系统，交流侧的外部电源系统、交流断路器、交流负荷系统，以及交直流转换的电力集能器系统的遥测、遥信参数信息，具体如下：

1）光伏系统遥测量包括电压、电流、功率因数、有功、无功；遥信量包括系统运行状态和故障状态；

2） 交、直流断路器遥信量包括断路器的开合和故障状态；

3） 交、直流负荷遥测量包括交、直流电压、电流、有功、无功等；

4）电力集能器遥测量包括交、直流侧电压、电流;遥信量包括设备运行状态和故障状态。

3.2数据处理

1） 遥测量的采集处理

遥测量描述电力系统运行的实时量化值,包括各逆变器、汇流箱、箱变、线路及主变的有功、无功、电流、电压、主变油温及系统周波等值。

2） 遥信量的采集处理

遥信量描述电站运行状态,一般包括各开关位置、各刀闸位置、发电设备投退状态、升压站开关状态及主变分接头位置、保护硬结点动作状态、各通道运行工况以及虚拟遥信等。

3.3数据通讯

采集程序,需支持Modbus、104、103、101等标准通讯协议；具有将采集到的数据按照配置的信息点号存入实时数据的功能；具有提供数据转发的功能,可以作为从站进行数据转发配置。采集程序需支持跨平台部署,可部署至通讯管理机或普通服务器。

4控制策略

电力集能器的主要电能供应来自于电网，并有内部的VSG来协调控制负荷平衡。在异常工况或特殊情况下，由能量管理通过控制策略实现系统的整体稳定运行。系统控制包括Auto模式和Manual手动模式两种。基于系统底层硬件采集回来的实时数据,选择合适的控制策略来稳定系统平衡。 根据项目的实际运行情况，采用穷举法找岀每一种运行模式,制定相应控制策略，形成一套完整的控制策略模型库，并封装到能源子网管理系统中。 能量管理系统的稳定运行的基础包括实时数据采集与判断、运行专家策略执行、通讯与控制保障袁在具体的策略执行过程中袁 能量管理系统将采用流程引导与强制校核方式保证每个策略安全无差异执行：

1）能量调度策略。能量调度程序主要是通过合理的使用蓄电池和交流市电，在保证整个系统稳定的前提下，充分利用光伏能源。系统可对采集的实时运行数据进行实时分析,判断岀当前运行模式,并自动调取模型库中对应的控制策略并下发。主要控制策略分为正常运行、故障处理、孤岛运行模式。正常运行是两台电力集能器独立运行，其负荷供能主要来自于电网，光伏以优化协调控制方式参与负荷平衡管理。故障处理是指交流电网、光伏系统及直流微网等在日常运行过程中都可能会发生故障，当故障发生后我们需要立即对故障进行响应、处理，保证敏感负荷及重要负荷的不间断供电。

2）孤岛保护策略。监测市电状态，处于孤岛,停止能源调度子程序，开启电池放电，非孤岛状态时，保持电池充电到50%后，开启电池不工作状态,启动能源调度策略。孤岛运行简单来说，就是电力集能器发生故障后无法给相应的重要负荷进行供电,此时切断与交流主网的联系，由直流微网为负荷进行供电， 而这些负荷也将与直流微网形成一个脱离主电网的环形电路， 这就是孤岛运行；孤岛运行可以保证直流微网持续不断地为负荷进行供电,而孤岛运行也相当于该环岛中的设备离网运行。

5 Acrel-2000MG微电网能量管理系统概述

5.1概述

Acrel-2000MG微电网能量管理系统，是我司根据新型电力系统下微电网监控系统与微电网能量管理系统的要求，总结国内外的研究和生产的经验，专门研制出的企业微电网能量管理系统。本系统满足光伏系统、风力发电、储能系统以及充电桩的接入，进行数据采集分析，直接监视光伏、风能、储能系统、充电桩运行状态及健康状况，是一个集监控系统、能量管理为一体的管理系统。该系统在安全稳定的基础上以经济优化运行为目标，提升可再生能源应用，提高电网运行稳定性、补偿负荷波动；有效实现用户侧的需求管理、消除昼夜峰谷差、平滑负荷，提高电力设备运行效率、降低供电成本。为企业微电网能量管理提供安全、可靠、经济运行提供了全新的解决方案。

微电网能量管理系统应采用分层分布式结构，整个能量管理系统在物理上分为三个层：设备层、网络通信层和站控层。站级通信网络采用标准以太网及TCP/IP通信协议，物理媒介可以为光纤、网线、屏蔽双绞线等。系统支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

5.2技术标准

本方案遵循的标准有：

本技术规范书提供的设备应满足以下规定、法规和行业标准：

GB/T26802.1-2011工业控制计算机系统通用规范的1部分：通用要求

GB/T26806.2-2011工业控制计算机系统工业控制计算机基本平台2部分：性能评定方法

GB/T26802.5-2011工业控制计算机系统通用规范5部分：场地安全要求

GB/T26802.6-2011工业控制计算机系统通用规范6部分：验收大纲

GB/T2887-2011计算机场地通用规范

GB/T20270-2006信息安全技术网络基础安全技术要求

GB50174-2018电子信息系统机房设计规范

DL/T634.5101远动设备及系统5-101部分:传输规约基本远动任务配套标准

DL/T634.5104远动设备及系统5-104部分:传输规约采用标准传输协议子集的IEC60870-5-网络访问101

GB/T33589-2017微电网接入电力系统技术规定

GB/T36274-2018微电网能量管理系统技术规范

GB/T51341-2018微电网工程设计标准

GB/T36270-2018微电网监控系统技术规范

DL/T1864-2018型微电网监控系统技术规范

T/CEC182-2018微电网并网调度运行规范

T/CEC150-2018低压微电网并网一体化装置技术规范

T/CEC151-2018并网型交直流混合微电网运行与控制技术规范

T/CEC152-2018并网型微电网需求响应技术要求

T/CEC153-2018并网型微电网负荷管理技术导则

T/CEC182-2018微电网并网调度运行规范

T/CEC5005-2018微电网工程设计规范

NB/T10148-2019微电网的1部分：微电网规划设计导则

NB/T10149-2019微电网2部分：微电网运行导则

5.3适用场合

系统可应用于城市、高速公路、工业园区、工商业区、居民区、智能建筑、海岛、无电地区可再生能源系统监控和能量管理需求。

5.4型号说明