淺析微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)在光伏電站儲能的應(yīng)用

安科瑞 陳聰

摘要：隨著我國電力行業(yè)的迅速發(fā)展和新能源技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，針對系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性的要求也逐漸提高。而要實(shí)現(xiàn)供電品質(zhì)穩(wěn)定，避免停電現(xiàn)象的發(fā)生，較好的辦法就是通過建立基站，對電能進(jìn)行儲存。因此，為使儲能系統(tǒng)得到科學(xué)、合理的應(yīng)用，本文在對太陽能光伏項(xiàng)目的調(diào)查基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)前的發(fā)展趨勢，制定了一種適合于市場的儲能系統(tǒng)和能量管理體系，以確保市場運(yùn)行的安全、穩(wěn)定、可靠。

關(guān)鍵詞：光伏電站；儲能系統(tǒng)；配置研究

1、前言

在新能源發(fā)展中，太陽能、風(fēng)能之間存在間歇性、波動性、隨機(jī)性等特性，要通過建立相應(yīng)的能量存儲體系來解決棄光棄風(fēng)問題，同時(shí)還要考慮太陽能、風(fēng)電場的發(fā)電量，并在風(fēng)電場建成之前規(guī)劃好如何并網(wǎng)、如何消納。此外，由于在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱、棄光棄風(fēng)嚴(yán)重的區(qū)域，太陽能發(fā)電、風(fēng)電場等行業(yè)仍舊存在著較大的發(fā)展空間。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)對風(fēng)電機(jī)組的裝機(jī)容量做出合理的評價(jià)，并對風(fēng)電機(jī)組的充放電能力進(jìn)行多方面的分析和研究，以便制訂出合理的發(fā)展規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

2、光伏電站儲能系統(tǒng)作用

光伏儲能系統(tǒng)簡單而言就是將太陽能光伏和太陽能電池系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來，其主要功能包括“調(diào)節(jié)負(fù)荷、存儲電量、新能源接入、補(bǔ)償線損、功率補(bǔ)償、提高電能質(zhì)量、孤網(wǎng)運(yùn)行、削峰填谷”等功能。簡單的說，就像是一座水庫，它可以在峰頂?shù)臅r(shí)候，將多余的水都儲存起來，然后在峰頂使用，從而降低了能源的浪費(fèi)；另外，蓄能電站還可以降低線路損耗，延長線路及設(shè)備的使用壽命。在微型網(wǎng)絡(luò)中，能量存儲系統(tǒng)的功能包括：

2.1保證系統(tǒng)穩(wěn)定

由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率和負(fù)載曲線具有很大的差別，而且均有不可預(yù)料的波動特性，因此在不同的情況下應(yīng)采用不同的濾波方法。通過儲能系統(tǒng)的能量存儲和緩沖，可以實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的快速控制，改善電網(wǎng)的靜態(tài)和動態(tài)特性，從而保證電力系統(tǒng)在負(fù)荷劇烈變動的情況下仍然能夠維持穩(wěn)定的電力輸出。

2.2能量備用

當(dāng)太陽能光伏發(fā)電不能正常工作時(shí)，能量儲存系統(tǒng)可以作為后備和過渡性的功能，比如在晚上或陰雨天氣中，當(dāng)電池處于飽和狀態(tài)時(shí)，可以限制太陽能的發(fā)電，實(shí)現(xiàn)電力供需的均衡，提高系統(tǒng)的能量利用率，并防止蓄電池過充電，延長系統(tǒng)的使用壽命。

2.3提高電力品質(zhì)與可靠性

能量儲存系統(tǒng)也可以避免由于電壓尖峰、電壓下降以及其它外部干擾而導(dǎo)致的電網(wǎng)波動，從而有效地改善了電力系統(tǒng)的功率因數(shù)和電壓穩(wěn)定，并且能夠有效地抑制系統(tǒng)的振動。充分利用能量存儲，可以確保輸出功率的質(zhì)量和可靠性。

2.4日常能量儲存

當(dāng)太陽輻射強(qiáng)度高，負(fù)荷小時(shí)，可以把剩余的太陽能進(jìn)行蓄積，充分吸收太陽能的電能。太陽板除了能為車輛提供電力外，還能在房屋需要電力時(shí)，將多余的電力進(jìn)行轉(zhuǎn)換為房屋所使用。由此可以得出，太陽能發(fā)電系統(tǒng)的安全運(yùn)行是非常關(guān)鍵的。能量存儲技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是既能確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠，又能解決電壓脈沖、涌流、電壓跌落、瞬間電源中斷等動態(tài)電能質(zhì)量問題。此外，儲能系統(tǒng)在電站整體投資中占有相當(dāng)大的比重，因此，如何合理地選取和管理，對整個系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益起著至關(guān)重要的作用，需要對其進(jìn)行多方位的分析和合理的決策。

3、項(xiàng)目技術(shù)方案

3.1項(xiàng)目總體技術(shù)概述

太陽能發(fā)電系統(tǒng)是一種利用太陽能電池的“光伏效應(yīng)”，將太陽能輻射能量轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電裝置。當(dāng)太陽光照射在太陽能電池的表面，會發(fā)生一系列的繞射，形成一種特殊的光線，在這個時(shí)候，太陽能電池就會吸收光能量，形成一對“電子-空穴對”。在內(nèi)建電場中，光生電子與空穴對被分開，并在電池組中形成不同數(shù)量的電荷，從而形成“光生電壓”。同時(shí)，如果將電極引到內(nèi)建電場的兩邊，再連接到負(fù)荷，“光生電流”就會通過該負(fù)荷，從而產(chǎn)生功率。通過將太陽能轉(zhuǎn)換成直流電能，從而達(dá)到控制、監(jiān)控、兼容和診斷電網(wǎng)的目的。當(dāng)前光伏發(fā)電的主要形式有三種：獨(dú)立的混合發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、微網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。

（1）獨(dú)立混合發(fā)電系統(tǒng)

獨(dú)立的混合動力系統(tǒng)包含了電池方陣，蓄電池，電能轉(zhuǎn)換和控制，以及柴油發(fā)電機(jī)等。當(dāng)電量充足時(shí)，由充電控制器將蓄電池和其它發(fā)電站的能量存儲到蓄電池堆中；在電力不足的情況下，利用放電控制器將電池中的電量轉(zhuǎn)換為電力轉(zhuǎn)換設(shè)備，以滿足使用者的需求。柴油發(fā)電機(jī)用作應(yīng)急時(shí)的低溫后備電源。在邊遠(yuǎn)地區(qū)，獨(dú)立的電力系統(tǒng)是一種主要的電力供應(yīng)方式，它的技術(shù)發(fā)展十分成熟，從一臺數(shù)十瓦的路燈到一臺數(shù)百瓦的混合電力。同時(shí)，我國的逆變器和蓄電池的充放電控制技術(shù)也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，其功率級別從數(shù)十千瓦到數(shù)十千瓦不等。

（2）并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)

并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的主要內(nèi)容有：低電壓并網(wǎng)的光伏發(fā)電和高壓并網(wǎng)發(fā)電，其中包含了一個電池陣列和一個并網(wǎng)的逆變器。目前國內(nèi)已經(jīng)有成熟的低壓和高壓并網(wǎng)逆變器，其中，在低壓并網(wǎng)的情況下，*大單機(jī)功率為500kW，而在高壓并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，*大功率為1MW。并網(wǎng)逆變器是一種根據(jù)電網(wǎng)的頻率、電壓而改變的電流源，其功率因數(shù)為1或指令調(diào)整依賴于電網(wǎng)，不能獨(dú)立產(chǎn)生電力，在電力系統(tǒng)中，其容量有限，其輸出功率取決于光伏的輸入，在*大或*小的情況下，其輸出功率不能得到保障。

（3）光伏微網(wǎng)系統(tǒng)

光伏微網(wǎng)可以與其他電力或電力網(wǎng)絡(luò)并行工作。本系統(tǒng)主要由電池方陣、常規(guī)并網(wǎng)逆變器、蓄能器、雙向變流器、柴油發(fā)電機(jī)等組成。柴油機(jī)與雙向逆變器（可調(diào)節(jié)的頻率和電壓）分別或聯(lián)合組網(wǎng)，傳統(tǒng)的并網(wǎng)式逆變器（每臺*多數(shù)十kW）可以通過通信線路并行操作，實(shí)現(xiàn)對微網(wǎng)的能源管理。在太陽能微網(wǎng)系統(tǒng)中，太陽能光伏電站可以與水輪機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)并聯(lián)。采用微網(wǎng)能源管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了光伏發(fā)電和水輪機(jī)的協(xié)同工作。西藏獅泉河地區(qū)的電力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，能夠滿足電力市場的需要。考慮到氣候變化，太陽能發(fā)電站的*大輸出功率將達(dá)到35%，以下是10MWp的計(jì)算（因?yàn)樘柲馨l(fā)電站建成后，電力供應(yīng)不足，根據(jù)電池容量，一天只能處理一到兩次）。儲能系統(tǒng)是整個電廠的總投資，儲能系統(tǒng)的選型、選型、主要技術(shù)參數(shù)的確定、運(yùn)行管理等都關(guān)系到儲能系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，因此需要對儲能系統(tǒng)進(jìn)行多方位的分析和合理的選擇。假設(shè)在全功率狀態(tài)下，因氣候原因而突然下降到35%，則需要柴油機(jī)或水電站承受10MWp的65%，也就是6.5MW，如果獅泉河水電站和系統(tǒng)的柴油機(jī)都是冷備用，不能提供旋轉(zhuǎn)備用容量。因此6.5MW的負(fù)載都要通過蓄能系統(tǒng)來進(jìn)行，在不降低頻率的前提下，根據(jù)一定的余量，對7MW的負(fù)載進(jìn)行了計(jì)算。在水輪發(fā)電機(jī)的起動過程中，儲能系統(tǒng)的電力輸出是由蓄能系統(tǒng)承擔(dān)的，該系統(tǒng)的功率下降到35%，直至達(dá)到7000kW的負(fù)載，因?yàn)閺耐C(jī)到滿載約需6min左右時(shí)間，因此蓄能系統(tǒng)能持續(xù)輸出7000kW的能量，并保持10min。在*惡劣的工況下，蓄能系統(tǒng)應(yīng)在無法充電的情況下進(jìn)行兩次連續(xù)放電，而且由于距離太遠(yuǎn)，不適合頻繁的維修和更換，因此對儲能系統(tǒng)的容量和使用壽命都有很大的影響。

3.2儲能系統(tǒng)方案策劃

目前全球電力儲能技術(shù)主要有物理儲能、化學(xué)儲能和電磁儲能三大類，不同類型的儲能具有各自的特點(diǎn)，為不同的大規(guī)模儲能應(yīng)用提供了多樣化的選擇。

（1）物理儲能

目前*成熟的物理儲能技術(shù)是利用抽水蓄能技術(shù)，它的能源轉(zhuǎn)化效率高達(dá)75%，主要應(yīng)用于電網(wǎng)的削峰填谷、調(diào)頻調(diào)等。抽水蓄能電站建設(shè)對當(dāng)?shù)氐匦巍⑺臈l件有很高的要求，而獅泉河地區(qū)的建設(shè)周期、成本和難度都比較大，難以滿足短期內(nèi)與太陽能發(fā)電的協(xié)調(diào)發(fā)展。另一種物理儲能是飛輪儲能，它的特點(diǎn)是壽命長，無污染，但能量密度低，不宜單獨(dú)使用，而且能源消耗高，操作成本高。

（2）化學(xué)儲能

化學(xué)蓄積技術(shù)是一種比較成熟的技術(shù)，但是由于其不易控制，很難得到廣泛的推廣。目前，化學(xué)儲能技術(shù)主要包括：鈉硫電池儲能、液流電池儲能、磷酸鐵鋰電池儲能、鉛酸電池儲能、*級電容儲能等。

①鈉硫電池儲能

鈉硫電池是一種新的化學(xué)能源，它的出現(xiàn)使化學(xué)儲能技術(shù)迅速發(fā)展。鈉硫電池因其體積小、容量大、壽命長、效率高而被廣泛用于電網(wǎng)的儲能領(lǐng)域，如削峰填谷、應(yīng)急電源、風(fēng)力發(fā)電等。此外，由于鈉硫電池工作溫度高，存在安全隱患，且制造過程繁瑣，目前多數(shù)為日本企業(yè)所擁有，且價(jià)格昂貴，因此很難實(shí)現(xiàn)國內(nèi)進(jìn)口。

②液流礬電池儲能

釩液流電池是一種以釩為主要活性材料的循環(huán)流式電解槽。將釩電池的電能儲存在不同價(jià)態(tài)釩離子的硫酸溶液中，然后利用外部泵將其注入到蓄電池中。而液流礬電池的優(yōu)勢就在于它的高能量密度和100%的放電深度，但由于正極和負(fù)極之間存在著相互污染和嚴(yán)重的環(huán)境問題，所以在大規(guī)模應(yīng)用之前，需要先解決這些問題，然后才能充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢。

③*級電容儲能

*級電容蓄能設(shè)備主要包括*級電容器組、雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器和相應(yīng)的控制電路。其技術(shù)難點(diǎn)在于電容器的電壓平衡與控制策略，以及逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與控制方式。此外，電容儲能設(shè)備通常是一種快速反應(yīng)的儲能系統(tǒng)，具有較快的動態(tài)響應(yīng)，且具有較低的時(shí)間消耗。但它的能量密度較小，單位成本較高，因此不宜將其作為大規(guī)模的儲能系統(tǒng)，尤其是在不合理使用的情況下。

（3）電磁儲能

電磁儲能目前發(fā)展較受成本制約，如超導(dǎo)電磁儲能等，成本高且技術(shù)不夠成熟，不具備大規(guī)模推廣的價(jià)值。根據(jù)該項(xiàng)目的需求，當(dāng)太陽能發(fā)電量降低時(shí)，儲能系統(tǒng)應(yīng)能夠提供充足的電力，以支持系統(tǒng)的電壓，確保電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。而目前，用于儲能系統(tǒng)的逆變器都是采用電流源的雙向逆變器，這種逆變器只能根據(jù)系統(tǒng)的電壓變化來模擬其電壓，從而使其輸出電流，而不能支持系統(tǒng)的電壓。所以針對此類情況，電磁儲能主要可分為鉛酸蓄電池儲能與磷酸鐵鋰電池儲能兩種類型。

①鉛酸蓄電池儲能

鉛酸電池技術(shù)成熟，成本低廉，是目前*成熟的一種儲能技術(shù)。但由于其操作溫度高、能量密度小、放電深度低（一般放電深度不宜大于30%，特殊使用時(shí)不宜超過50%)，因此，在大規(guī)模的能源存儲系統(tǒng)中，尤其是在氣候條件惡劣、交通不便的情況下，將會受到技術(shù)條件的限制。例如，鉛酸蓄電池制造時(shí)所產(chǎn)生的酸霧，也會對環(huán)境造成一定的污染，不符合環(huán)保要求。

②磷酸鐵鋰電池

磷酸鐵鋰是近年來發(fā)展比較快的一種新型電池，它以其高能量密度、長周期、大放電深度和高放電電流而受到廣泛關(guān)注。現(xiàn)在，像比亞迪這樣的企業(yè)，已經(jīng)把它應(yīng)用到了電動車的能量存儲系統(tǒng)中，并且在大規(guī)模的電力系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。磷酸鐵鋰電池在正常工作狀態(tài)下的放電深度超過80%，在成組后可以進(jìn)行1500次以上的充電和放電，對于經(jīng)常充電和放電的場合是十分適用的。然而，由于其對充放電系統(tǒng)的控制要求比較高，從而限制了它的發(fā)展。結(jié)合項(xiàng)目的具體情況，如果選用LRA電池，以40%的放電深度進(jìn)行分析，并在合理的裕度下，應(yīng)配備7000千伏的電池。如果用磷酸鐵鋰電池做能量存儲單元，以80%的放電深度計(jì)算，則需要3500kVAh的磷酸鐵鋰電池。但是，考慮到一天1~2次的深度放電需求，以及維修和更換電池的成本，磷酸鐵鋰電池的*越性就更加突出了。建議在該項(xiàng)目中使用磷酸鐵鋰作為能量存儲系統(tǒng)。

（4）光熱儲能

光熱蓄能器又稱為聚焦式太陽能熱儲存，利用各種物理方法將直接的陽光集中在一起，形成高溫、高壓的水蒸氣，由蒸汽機(jī)帶動渦輪機(jī)發(fā)電。根據(jù)不同的集熱器形式，又可分為太陽能槽式熱儲能、太陽能塔式熱儲能和太陽能碟式熱儲能三種。

①太陽能槽式熱儲能

槽式太陽熱發(fā)電系統(tǒng)全稱為槽式拋物面式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，它是利用多個槽形拋物面聚光集熱器，以串聯(lián)、并聯(lián)的形式對工質(zhì)進(jìn)行加熱，產(chǎn)生高溫蒸汽來進(jìn)行太陽能發(fā)電。另外，槽型光熱循環(huán)系統(tǒng)還可以利用多能互補(bǔ)的方式，充分發(fā)揮其儲存的優(yōu)點(diǎn)，通過縮短發(fā)電量的時(shí)間，來降低初期的資金投入與發(fā)電成本。

②太陽能塔式熱儲能

塔式光熱發(fā)電技術(shù)是利用大型定日鏡對太陽進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤，并將太陽能集中于塔頂?shù)臒嵛赵O(shè)備，以高溫熔鹽進(jìn)行蓄熱，然后利用熱和熱形成高溫高壓蒸汽，由蒸汽渦輪帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)光、熱、機(jī)械、電能的轉(zhuǎn)換。采用不同的熔鹽進(jìn)行共晶化處理，達(dá)到容量大、安全可靠、低成本、高品位的能量儲存，以改進(jìn)整個系統(tǒng)的可靠性。

③太陽能碟式熱儲能

太陽能碟式熱儲能作為世界上*早出現(xiàn)的太陽能動力系統(tǒng)，其主要是以拋物面為的反射鏡，將其內(nèi)部的熱量加熱至750攝氏度，從而帶動引擎產(chǎn)生電能。此外，與光電技術(shù)相比，碟式太陽能熱發(fā)電具有較低的空氣阻力、較低的發(fā)射質(zhì)量和較低的運(yùn)行費(fèi)用。

④線性菲尼爾光熱儲能

線性菲涅爾式聚光系統(tǒng)主要包括三個部件：主反射鏡陣列(聚光鏡場)、跟蹤控制裝置和接收器。其主要原理就是沿南北方向或東西方向?qū)ΨQ排列，主反射鏡在跟蹤裝置的控制下軸線上自動跟蹤太陽，將太陽光聚集到接收裝置上，而另一部分通過復(fù)合拋物面二次聚光器反射并投影到一個真空集熱器上.集熱管在吸收了太陽輻射之后，通過管道中的熱傳遞工質(zhì)（水、導(dǎo)熱油、熔鹽）進(jìn)行加熱儲能。此外，.CPC線性菲涅爾式聚光集熱系統(tǒng).菲涅爾式光熱電站的導(dǎo)熱主要是在高溫介質(zhì)上，而高溫介質(zhì)可以大量地進(jìn)行低成本的存儲，這就使太陽能光熱與大規(guī)模的儲能技術(shù)息息相關(guān)。

3.3儲能系統(tǒng)運(yùn)行方式確定

根據(jù)該項(xiàng)目的需求，當(dāng)太陽能發(fā)電量降低時(shí)，儲能系統(tǒng)應(yīng)能夠提供充足的電力，以支持系統(tǒng)的電壓。目前，用于儲能系統(tǒng)的逆變器都是采用電流源的雙向逆變器，這種逆變器只能根據(jù)系統(tǒng)的電壓變化來模擬其電壓，從而使其輸出電流，而不能支持系統(tǒng)的電壓。

但目前，電源型雙向逆變器的單體容量太少，不能并聯(lián)，只能用于小型電廠，不能用于譬如阿里地區(qū)的大規(guī)模微型電網(wǎng)建設(shè)。鑒于項(xiàng)目工期的緊迫性，大容量并聯(lián)電壓源雙向逆變器的技術(shù)瓶頸還沒有被解決，因此，在發(fā)電能力降低的情況下，電站將其作為電力供應(yīng)。在大容量可并聯(lián)電壓源雙向逆變器技術(shù)成熟后，為確保獅泉河電網(wǎng)安全可靠地進(jìn)行技術(shù)改造，并對其進(jìn)行了相應(yīng)的改造，以適應(yīng)多種供電方式同時(shí)調(diào)度的需要。

4、Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)概述

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、儲能系統(tǒng)、充電樁運(yùn)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(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；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。

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2部分：性能評定方法

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)動設(shè)備及系統(tǒng)5-101部分:傳輸規(guī)約基本遠(yuǎn)動任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)

DL/T634.5104遠(yuǎn)動設(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。

4.4型號說明

4.5系統(tǒng)配置

4.5.1系統(tǒng)架構(gòu)

本平臺采用分層分布式結(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

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(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)可以對分布式電源、儲能系統(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、儲能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲能單元運(yùn)行功率設(shè)置等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對儲能系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲能系統(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(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測及報(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、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

4.6.1.2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(jī)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(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(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(shí)針對交流側(cè)的異常信息進(jìn)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(shí)針對直流側(cè)的異常信息進(jìn)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(yùn)行狀態(tài)、STS運(yùn)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(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)前儲能電池的SOC信息。

圖12儲能電池簇運(yùn)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。

4.6.1.3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(jī)直流側(cè)、交流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測及報(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、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運(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

本界面用來展示對充電樁系統(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

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

圖16光伏預(yù)測界面

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)備相應(yīng)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、雙向變流器的啟動和關(guān)閉等遙信變位，及設(shè)備內(nèi)部的保護(hù)動作或事故跳閘時(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)行存儲和管理，方便用戶對系統(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

應(yīng)可以對整個微電網(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，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)測點(diǎn)的監(jiān)測裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測點(diǎn)的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度百分*和正序/負(fù)序/零序電壓值、三相電流不平衡度百分*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）電壓波動與閃變：系統(tǒng)應(yīng)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(yīng)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(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、無功功率和視在功率；應(yīng)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(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：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)（動作或返回）、波形號、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)可以對整個微電網(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、無功功率、功率因數(shù)、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

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；對系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能、收益等分析；具備對微電網(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?/span>

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

可以對整個微電網(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。系統(tǒng)維護(hù)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(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。

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）。可以定義不同級別用戶的登錄名、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。

4.6.14故障錄波

應(yīng)可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各相關(guān)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(hù)是否正確動作、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個周波、故障后4個周波波形，總錄波時(shí)間共計(jì)46s。每個采樣點(diǎn)錄波至少包含12個模擬量、10個開關(guān)量波形。

4.6.15事故追憶

可以自動記錄事故時(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)動作狀態(tài)、遙測量等，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事件，當(dāng)每個事件發(fā)生時(shí)，存儲事故10個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關(guān)點(diǎn)數(shù)據(jù)。啟動事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點(diǎn)可由用戶定和隨意修改。

圖29事故追憶

5、結(jié)語

總之，新能源發(fā)展迅速，風(fēng)電、光電等新能源在電網(wǎng)中占有較大比例，但新能源的發(fā)電量具有不確定性和不可調(diào)度性，給電網(wǎng)的穩(wěn)定性造成了潛在威脅。同時(shí)由于我國具有良好的風(fēng)、光資源，又處于電力網(wǎng)絡(luò)相對薄弱的區(qū)域，這使得國內(nèi)部分地區(qū)的新能源開發(fā)面臨著技術(shù)瓶頸，經(jīng)過儲能技術(shù)的不斷研究，為保證電力的運(yùn)輸，制定了新能源發(fā)電的政策，要求新能源的發(fā)電量不得超過10%~15%，并在滿足新能源發(fā)展的條件下，滿足新能源的發(fā)展需求。

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