0、前言

能夠利用太陽能、風能這類取之不盡的能源發電，對能源的可持續發展和環保都有著巨大的現實意義。然而，太陽能、風能等新能源的利用具有不可預測性，一旦條件不允許就可能導致電網網絡的不穩定，嚴重的甚至會導致電網系統的崩潰，微電網就在這樣的背景下誕生了。

微電網是大電網的有力補充，是智能電網領域的重要組成部分，可用于解決分布式電源并網帶來的技術、市場和政策上的問題，為*大發揮分布式發電技術在經濟、能源和環境中的優勢提供新思路，在孤立海島、城市片區及偏遠農村地區有廣泛的應用前景。

綜上，順應電網智能化建設、安全運行的步伐，在電網中開展微電網電源系統已經迫在眉睫。

1、優勢分析

太陽能、風能等可再生能源接入電網給電力系統帶來了非常大的影響，雖然相對于傳統的能源發電，可再生能源的成本并不低，但是其新型的發電技術對于電網的發展起到了關鍵的作用。微電網作為分布式發電優化集成的一種方式，在大規模應用之前，還有許多問題需要解決，但是微電網的諸多優點，已經成為世界各國研究的重點，微電網將在未來占有重要的地位。

1.1就近消納，提高能源效率

微電網內部的電來自于天然氣、光伏及風電等分布式能源。在西北之類風光資源充足的地方，修建大型風電場、光伏電站，用戶(工業園區、商業區、學校、醫院甚至大型的地產項目)在接入小型的風機、光伏、儲能、燃氣輪機等電源設備時，就能使電能就近消納，省去了在電網中傳輸的損耗，提高了能源的使用效率。

1.2單點連接，減少對大電網沖擊

微電網與電網系統之間電能交流，是通過微電網與電網系統的公共連接點連接，避免了多個分布式電源與電網系統直接連接。微電網主要用于區域內部的供電，不向外輸送或輸送很小的功率，對電網系統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，使得它對于電網系統成為一個可控負荷，并且可以施行并網和獨立兩種運行方式，充分維護了微電網和大電網的安全穩定運行。

2、微電網能量管理與調度優化

在微電網研究領域，*為關鍵的技術是儲能技術和微電網的運行控制。儲能技術在微電網中是特別重要的一項技術，它不僅可以為微電網建立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，該技術的關鍵在于超導儲能技術、超級電容等方面。本文主要圍繞微電網的運行控制為內容進行介紹

2.1控制方法

在微電網研究領域，*為關鍵的技術是微電網的運行控制，目前，有三種比較常見的微電網控制方式，下文對其分別進行闡述。

2.1.1基于電力電子技術等概念的控制方法

該方法根據微電網的控制要求與發電機的下垂特性將不平衡功率動態分配給各機組承擔，具有簡單、可靠、易于實現的優點。

2.1.2基于能量管理系統的控制方法

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的多種控制要求，此外該方法針對微電網中對無功的不同需求，功率管理系統采用了不同的控制方法從而提高了控制性能。

2.1.3基于多代理技術的微電網控制

該方法將計算機領域的多代理技術應用到微電網，代理的自治性、自發性等特點能夠很好地適應和滿足微電網分散控制的要求。

2.2微電網能量管理

能量管理系統(EMS)主要針對發輸電系統，對電網進行調度決策管理以及控制，提供電網的各種實時信息給調度管理人員，能夠提高電能質量，保證電網安全運行以及改善電網運行經濟性。

微網能量管理系統(MGEMS)是基于現有電力系統EMS的研究成果，考慮了分布式電源、儲能系統的接入以及微網系統技術的應用，是EMS進一步發展的一個重要方面。

微網能量管理系統(MGEMS)通過管理微網內微源及負荷運行狀態，結合電價、燃料費用等信息，并根據系統內潮流需求對分布式發電設備、可控負荷、儲能設備進行有功、無功指令控制，不僅可實現風能、太陽能等可再生能源的有效利用，而且能使微網經濟、可靠運行。

微網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

長期能量管理系統的主要功能為：①考慮環境影響及發電成本的分布式發電及負荷小時級預測；②系統內的可控負荷監管及投切管理；③根據網外電力市場信息及網內負荷預測狀態，管理系統備用；④考慮長期功率平衡。

短期能量管理的主要功能為：①系統內電壓及頻率調節；②系統內分布式電源、儲能設備實時功率分配。

能量管理系統的框架可分為3個層級分析，設備層、管理層和優化層，具體各層級的功能如下文所述。

設備層包括分布式發電設備、儲能設備、開關和量測設備、電子裝置，微源儲能等終端設備以及能量轉換設備，可完成電能供給、設備開斷和底層控制命令的執行等。管理層包括管理裝置、測控裝置以及繼電保護裝置，是設備層與優化層的信息交互樞紐，實現使用一個間隔的數據并且作用于該間隔一次設備的功能，如電氣量采集、設備運行狀態監測等。優化層主要是指微電網能量監控與優化系統，可完成能量優化分配，保護信息管理等功能，提供微電網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。

為了做好微電網系統的穩定性和可靠性，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系統的整體運行、協調控制和優化配置等方面的模型；②準確預測太陽能、風能等發電單元短期及長期出力；③微網內分布式電源及儲能系統運行依賴于電力電子接口技術，需要相應的充放電控制策略；④綜合熱電負荷需求、交互電價、燃料成本、需求側管理要求等制定運行優化策略。

2.3微電網優化調度

微電網優化調度為能量管理研究的重要內容，一般以實現微電網運行成本、排放成本以及停電成本*小化為目標，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運行經濟性。

常見約束條件：機組出力約束、運行狀態約束、系統潮流約束、可靠性約束。

常用的優化方法有：①數學優化算法：優先順序法、動態規劃法、拉格朗日松弛法等；②智能優化算法：粒子群優化算法、遺傳算法、蟻群優化算法、人工神經網絡法、專家系統以及網格自適應直接搜索法等.

其微網調度的經濟、環境和技術各因素之間的關系如圖2所示。

與電力系統的調度相比較，微電網優化調度有較大的不同。①熱(冷)電聯供：微電網可提供熱(冷)/電能，需要同時保證熱(冷)電供需平衡。②功率波動顯著:微電網中各類分布式電源運行特性不同，且風力發電、光伏發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的功率平衡產生顯著影響；③考慮環境效益：微電網的優化調度不僅僅需要考慮發電的經濟成本，還需要考慮分布式電源組合的整體環境效益，調度更加復雜。④不同運行模式：微電網有并網運行和離網運行兩種方式，存在著兩種不同的優化調度模式。并網運行首先需要考慮大電網的調度計劃，其次需要考慮微電網與大電網的交互約束條件。離網運行首先需要確保微網系統安全穩定運行，其次需要考慮微源的*佳出力組合以及負荷調度。

圖2微網調度的經濟、環境和技術各因素之間的關系

2.4微網控制策略

所有的控制方法都應當滿足以下要求：①新的微電源的接入不對大電網造成威脅；②能夠自主的選擇系統運行點；③平滑與大電網聯網或解耦；④對有功、無功可以根據動態的要求進行獨立的結構控制。

微電網的控制方式和微電源的類型有關，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聯網狀態下的P/Q控制方式，電壓頻率VIF控制模式和微網孤島狀態下的下垂控制模式；

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，可以根據設定。通常P/Q控制方式用于微電網聯網運行狀態。在該狀態下，微電網內負荷功率波動、頻率和電壓的擾動由大電網承擔，微電網不參與頻率調節和電壓調節，直接采用電網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，關系上類似負荷，但并不吸收功率。

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。

微網中逆變器的電壓和頻率控制是電網在孤島運行中提供強有力的電壓穩定和頻率穩定保障，與傳統電力系統的頻率二次調整類似。當大系統發生故障時，微電網與大電網發生解列，由于微電網的內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過一定電力電子控制與傳統電力系統一次調頻相似。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電壓和頻率調節的方式。

目前主要由兩種常有逆變器調差率控制的方式，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)反調差率控制。兩種控制方式原理基本類似，根據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微電網能量管理系統概述

3.1概述

Acrel-2000MG微電網能量管理系統，是我司根據新型電力系統下微電網監控系統與微電網能量管理系統的要求，總結國內外的研究和生產的經驗，專門研制出的企業微電網能量管理系統。本系統滿足光伏系統、風力發電、儲能系統以及充電樁的接入，全天候進行數據采集分析，直接監視光伏、風能、儲能系統、充電樁運行狀態及健康狀況，是一個集監控系統、能量管理為一體的管理系統。該系統在安全穩定的基礎上以經濟優化運行為目標，促進可再生能源應用，提高電網運行穩定性、補償負荷波動；有效實現用戶側的需求管理、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應采用分層分布式結構，整個能量管理系統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通信協議，物理媒介可以為光纖、網線、屏蔽雙絞線等。系統支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

3.2技術標準

本方案遵循的標準有：

本技術規范書提供的設備應滿足以下規定、法規和行業標準：

GB/T26802.1-2011工業控制計算機系統通用規范1部分：通用要求

GB/T26806.2-2011工業控制計算機系統工業控制計算機基本平臺2部分：性能評定方法

GB/T26802.5-2011工業控制計算機系統通用規范5部分：場地安全要求

GB/T26802.6-2011工業控制計算機系統通用規范6部分：驗收大綱

GB/T2887-2011計算機場地通用規范

GB/T20270-2006信息安全技術網絡基礎安全技術要求

GB50174-2018電子信息系統機房設計規范

DL/T634.5101遠動設備及系統5-101部分:傳輸規約基本遠動任務配套標準

DL/T634.5104遠動設備及系統5-104部分:傳輸規約采用標準傳輸協議子集的IEC60870-5-網絡訪問101

GB/T33589-2017微電網接入電力系統技術規定

GB/T36274-2018微電網能量管理系統技術規范

GB/T51341-2018微電網工程設計標準

GB/T36270-2018微電網監控系統技術規范

DL/T1864-2018獨立型微電網監控系統技術規范

T/CEC182-2018微電網并網調度運行規范

T/CEC150-2018低壓微電網并網一體化裝置技術規范

T/CEC151-2018并網型交直流混合微電網運行與控制技術規范

T/CEC152-2018并網型微電網需求響應技術要求

T/CEC153-2018并網型微電網負荷管理技術導則

T/CEC182-2018微電網并網調度運行規范

T/CEC5005-2018微電網工程設計規范

NB/T10148-2019微電網1部分：微電網規劃設計導則

NB/T10149-2019微電網2部分：微電網運行導則

3.3適用場合

系統可應用于城市、高速公路、工業園區、工商業區、居民區、智能建筑、海島、無電地區可再生能源系統監控和能量管理需求。

3.4型號說明

3.5系統配置

3.5.1系統架構

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：

圖1典型微電網能量管理系統組網方式

3.6系統功能

3.6.1實時監測

微電網能量管理系統人機界面友好，應能夠以系統一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各回路斷路器、隔離開關等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。其中，各子系統回路電參量主要有：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數、頻率和正向有功電能累計值；狀態參數主要有：開關狀態、斷路器故障脫扣告警等。

系統應可以對分布式電源、儲能系統進行發電管理，使管理人員實時掌握發電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態及發電單元與儲能單元運行功率設置等。

系統應可以對儲能系統進行狀態管理，能夠根據儲能系統的荷電狀態進行及時告警，并支持定期的電池維護。

微電網能量管理系統的監控系統界面包括系統主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統信息進行顯示。

圖2系統主界面

子界面主要包括系統主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統計列表等。

3.6.1.2光伏界面

圖3光伏系統界面

本界面用來展示對光伏系統信息，主要包括逆變器直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、并網柜電力監測及發電量統計、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、輻照度/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。3.6.1.2儲能界面

圖4儲能系統界面

本界面主要用來展示本系統的儲能裝機容量、儲能當前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖5儲能系統PCS參數設置界面

本界面主要用來展示對PCS的參數進行設置，包括開關機、運行模式、功率設定以及電壓、電流的限值。

圖6儲能系統BMS參數設置界面

本界面用來展示對BMS的參數進行設置，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7儲能系統PCS電網側數據界面

本界面用來展示對PCS電網側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數等。

圖8儲能系統PCS交流側數據界面

本界面用來展示對PCS交流側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數、溫度值等。同時針對交流側的異常信息進行告警。

圖9儲能系統PCS直流側數據界面

本界面用來展示對PCS直流側數據，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10儲能系統PCS狀態界面

本界面用來展示對PCS狀態信息，主要包括通訊狀態、運行狀態、STS運行狀態及STS故障告警等。

圖11儲能電池狀態界面

本界面用來展示對BMS狀態信息，主要包括儲能電池的運行狀態、系統信息、數據信息以及告警信息等，同時展示當前儲能電池的SOC信息。

圖12儲能電池簇運行數據界面

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*大、*小電壓、溫度值及所對應的位置。

3.6.1.3風電界面

圖13風電系統界面

本界面用來展示對風電系統信息，主要包括逆變控制一體機直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、風速/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。

3.6.1.4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據等。

3.6.1.5視頻監控界面

圖15微電網視頻監控界面

本界面主要展示系統所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實現預覽、回放、管理與控制等。

3.6.2發電預測

系統應可以通過歷史發電數據、實測數據、未來天氣預測數據，對分布式發電進行短期、超短期發電功率預測，并展示合格率及誤差分析。根據功率預測可進行人工輸入或者自動生成發電計劃，便于用戶對該系統新能源發電的集中管控。

圖16光伏預測界面

3.6.3策略配置

系統應可以根據發電數據、儲能系統容量、負荷需求及分時電價信息，進行系統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、有序充電、動態擴容等。

圖17策略配置界面

3.6.4運行報表

應能查詢各子系統、回路或設備時間的運行參數，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、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。

圖18運行報表

3.6.5實時報警

應具有實時報警功能，系統能夠對各子系統中的逆變器、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19實時告警

3.6.6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、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，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

圖20歷史事件查詢

3.6.7電能質量監測

應可以對整個微電網系統的電能質量包括穩態狀態和暫態狀態進行持續監測，使管理人員實時掌握供電系統電能質量情況，以便及時發現和消除供電不穩定因素。

1）在供電系統主界面上應能實時顯示各電能質量監測點的監測裝置通信狀態、各監測點的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）電壓暫態監測：在電能質量暫態事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發生時，系統應能產生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關人員；系統應能查看相應暫態事件發生前后的波形。

6）電能質量數據統計：系統應能顯示1min統計整2h存儲的統計數據，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：事件記錄應包含事件名稱、狀態（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續時間、事件發生的時間。

圖21微電網系統電能質量界面

3.6.8遙控功能

應可以對整個微電網系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。系統維護人員可以通過管理系統的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預置、遙控返校、遙控執行的操作順序，可以及時執行調度系統或站內相應的操作命令。

圖22遙控功能

3.6.9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、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

3.6.10統計報表

具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節點的用電情況，即該節點進線用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。對微電網與外部系統間電能量交換進行統計分析；對系統運行的節能、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24統計報表

3.6.11網絡拓撲圖

系統支持實時監視接入系統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通信狀態，發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25微電網系統拓撲界面

本界面主要展示微電網系統拓撲，包括系統的組成內容、電網連接方式、斷路器、表計等信息。

3.6.12通信管理

可以對整個微電網系統范圍內的設備通信情況進行管理、控制、數據的實時監測。系統維護人員可以通過管理系統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據情況。通信應支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

3.6.13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，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

3.6.14故障錄波

應可以在系統發生故障時，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。

3.6.15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據，包括開關位置、保護動作狀態、遙測量等，形成事故分析的數據基礎。

用戶可自定義事故追憶的啟動事件，當每個事件發生時，存儲事故掃描周期及事故后10個掃描周期的有關點數據。啟動事件和監視的數據點可由用戶隨意修改。

圖29事故追憶

4、結語

微網運行方式靈活，不僅解決了分布式電源接入電網對電網造成的影響，發揮了分布式電源的各項優勢，而且實現了能源的高效、清潔利用，大大提高了電力系統的靈活性和安全可靠性。

微網能量優化作為微電網研究的重要組成部分，是發揮微電網良好經濟效益和環境效益的關鍵技術。目前對微電網能量優化的研究已較為深入，但實際的工程應用還較少，后期可根據實際工程開發微網能量管理系統，將研究成果轉化為工程應用。也可隨著電網的不斷發展建設和微電網項目數量不斷增多，將若干微電網通過特定方式組合在一起可構成微網群，因此需要研究各自微網之間能量互濟以及協調優化。

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