安科瑞 陳聰

摘要：隨著能源需求的不斷增加和環(huán)境問(wèn)題的不斷加劇，清潔能源逐漸受到人們的重視。微電網(wǎng)作為一種新興的電力系統(tǒng)，具有可靠性高、靈活性強(qiáng)、能源利用率高、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化的城市化進(jìn)程中。微電網(wǎng)系統(tǒng)能夠?qū)鹘y(tǒng)的中央電網(wǎng)與分布式電源有機(jī)地結(jié)合在一起，形成一個(gè)自包含、自主控制的小型電網(wǎng)系統(tǒng)，提高了能源的利用效率和電網(wǎng)的穩(wěn)定性。本研究的主要目的是探索一種有效的微電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化方法，以提高系統(tǒng)的能源利用效率和電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；系統(tǒng)優(yōu)化

0 引言

隨著新能源技術(shù)的不斷發(fā)展，微電網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)成為可再生能源和能源存儲(chǔ)技術(shù)的重要應(yīng)用。微電網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化是一個(gè)復(fù)雜的工程，需要考慮多個(gè)方面的因素。微電網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該從能源產(chǎn)生和消耗的模式出發(fā)，根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的能源發(fā)電裝置，也要考慮到能源消耗的模式，需要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的設(shè)備。在這一過(guò)程中，需要特別關(guān)注設(shè)備的品質(zhì)和可靠性，以保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。微電網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化也是一個(gè)非常重要的方面，需要根據(jù)實(shí)際情況和預(yù)測(cè)的能源產(chǎn)生與消耗情況，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以較大程度地提高系統(tǒng)的效率和可靠性。在優(yōu)化過(guò)程中，需要考慮到系統(tǒng)的能量存儲(chǔ)和能量平衡等因素，以保證系統(tǒng)在不同負(fù)載下的正常運(yùn)行。

1 微電網(wǎng)系統(tǒng)基本概念和組成

1. 1　微電網(wǎng)系統(tǒng)的基本概念

微電網(wǎng)又稱微型電網(wǎng)或分布式電源系統(tǒng)，是指在一個(gè)局部范圍內(nèi)，以可再生能源發(fā)電為主、能源存儲(chǔ)和傳輸技術(shù)為輔的電力系統(tǒng)，能夠獨(dú)立于傳統(tǒng)的大型電力系統(tǒng)運(yùn)行，滿足局部電力需求，并具有與外部電網(wǎng)互聯(lián)的能力［1］。微電網(wǎng)通常由分布式發(fā)電系統(tǒng)、能量存儲(chǔ)系統(tǒng)、智能電網(wǎng)控制系統(tǒng)等組成。與傳統(tǒng)的集中式電網(wǎng)不同，微電網(wǎng)可以更好適應(yīng)當(dāng)?shù)氐挠秒娦枨螅谀茉吹墓┙o和需求上更加靈活，使得能源利用更加有效、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保。微電網(wǎng)可以用于獨(dú)立建筑物、封閉校園、工業(yè)園區(qū)、孤立地區(qū)等。與傳統(tǒng)的中央化電力系統(tǒng)相比，微電網(wǎng)系統(tǒng)更具有靈活性和可靠性，并且更適合于應(yīng)對(duì)氣候變化、自然災(zāi)害和其他突發(fā)事件等情況。微電網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1　微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

1. 2　微電網(wǎng)系統(tǒng)的組成

微電網(wǎng)系統(tǒng)由多種設(shè)備和技術(shù)組成，主要包括分布式能源設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、控制系統(tǒng)、變流器、電力設(shè)備和智能電表等。分布式能源設(shè)備包括太陽(yáng)能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電和生物質(zhì)發(fā)電等，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)可再生能源的利用和轉(zhuǎn)換。儲(chǔ)能設(shè)備包括電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)和電容儲(chǔ)能系統(tǒng)等，能夠?qū)δ芰窟M(jìn)行儲(chǔ)存和釋放，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性?？刂葡到y(tǒng)包括運(yùn)行控制系統(tǒng)和保護(hù)控制系統(tǒng)，能夠?qū)﹄娏υO(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確控制和保護(hù)，確保電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。變流器主要用于將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備的接入和輸出。以風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的變流器為例，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，可借助IPM模塊對(duì)變流器的網(wǎng)側(cè)、機(jī)側(cè)進(jìn)行構(gòu)建，通過(guò) 450V 對(duì)直流電容進(jìn)行電解，使用兩串聯(lián)、四并聯(lián)的方式可有效提高系統(tǒng)的容量。借助溫度傳感器可以對(duì)變流的 IPM 溫度進(jìn)行測(cè)，實(shí)時(shí)觀察溫度的變化。

圖2　變流器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

電力設(shè)備包括發(fā)電機(jī)組、變壓器、電纜和開關(guān)設(shè)備等，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電力的輸送、轉(zhuǎn)換和控制。智能電表是一種高精度的電力計(jì)量設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電能的準(zhǔn)確計(jì)量和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，便于對(duì)電力服務(wù)進(jìn)行管理和優(yōu)化。

2 微電網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2. 1　微電網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)路線

微電網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)涉及到多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)，包括電力系統(tǒng)、電子電氣技術(shù)、控制理論、能源經(jīng)濟(jì)等。因此，微電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)路線需要涉及多個(gè)方面，包括系統(tǒng)規(guī)劃、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)施和系統(tǒng)優(yōu)化等環(huán)節(jié)。首先，進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃，明確微電網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)和規(guī)模，確定系統(tǒng)的電源和負(fù)載需求，分析系統(tǒng)的可行性和經(jīng)濟(jì)性。其次，進(jìn)行系統(tǒng)分析，考慮系統(tǒng)的電力負(fù)荷特征、電源供給情況、能源管理方式等因素，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。接著，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括選擇適合的電源技術(shù)、設(shè)計(jì)電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、確定控制策略和通信方案等。在系統(tǒng)實(shí)施階段，需要進(jìn)行設(shè)備選型和采購(gòu)、設(shè)備安裝和調(diào)試、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)等工作。最后，進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析、性能評(píng)估、經(jīng)濟(jì)性分析和環(huán)保指標(biāo)評(píng)估等，進(jìn)一步提出優(yōu)化方案，不斷提高系統(tǒng)性能和經(jīng)濟(jì)效益。

2. 2　微電網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃和布局

微電網(wǎng)是一種基于分布式能源系統(tǒng)的能量管理系統(tǒng)，可以通過(guò)整合太陽(yáng)能、風(fēng)能、儲(chǔ)能和傳統(tǒng)電力系統(tǒng)等多種能源形式來(lái)提供電力，具有很高的靈活性和可靠性。因此，在進(jìn)行微電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃和布局時(shí)，需要考慮能源源的選擇、負(fù)載特性、儲(chǔ)能系統(tǒng)、電力網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浼绊?xiàng)目經(jīng)濟(jì)性等方面。首先，選擇適合本地環(huán)境和資源的能源，例如太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)、地?zé)崮艿取?/span>

其次，根據(jù)當(dāng)?shù)氐碾娏π枨蠛陀秒娯?fù)荷特性，合理地配置負(fù)載類型和功率。選擇合適的儲(chǔ)能技術(shù)，例如電池、電容、壓縮空氣儲(chǔ)能等，以確保微電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性。另外，微電網(wǎng)系統(tǒng)可以采用各種不同的電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如單電源微電網(wǎng)、多電源微電網(wǎng)、島式微電網(wǎng)等等。因此，在進(jìn)行微電網(wǎng)規(guī)劃和布局時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹Ｗ詈?，還要從投資、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)等方面對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析和評(píng)估，確保在規(guī)劃和布局中兼顧經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和可靠性等多方面的因素。

2. 3　微電網(wǎng)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在微電網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一個(gè)非常重要的因素。不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將會(huì)導(dǎo)致不同的電力網(wǎng)絡(luò)性能和可靠性。一種是單電源微電網(wǎng)，是一種簡(jiǎn)單的微電網(wǎng)系統(tǒng)，其由單一的能源源和負(fù)載組成。二種是多電源微電網(wǎng)系統(tǒng)，是由多個(gè)能源源和負(fù)載組成的系統(tǒng)，可以通過(guò)搭建多個(gè)能源源和多個(gè)負(fù)載之間的連接來(lái)構(gòu)建。多電源微電網(wǎng)系統(tǒng)比單電源微電網(wǎng)系統(tǒng)更加靈活和穩(wěn)定，允許系統(tǒng)在某些電源故障的情況下繼續(xù)運(yùn)行。三種是島式微電網(wǎng)，是一種*全獨(dú)立的微電網(wǎng)系統(tǒng)，可以在任何情況下獨(dú)立地運(yùn)行，也可以與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相連接。島式微電網(wǎng)系統(tǒng)一般由多個(gè)能源源、負(fù)載和儲(chǔ)能系統(tǒng)組成，這些組件可以在島式微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部和外部進(jìn)行無(wú)縫連接。島式微電網(wǎng)系統(tǒng)的較大優(yōu)勢(shì)在于其全的獨(dú)立性和可靠性，但是其建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)成本也較高。

3 微電網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化

微電網(wǎng)系統(tǒng)作為一種新興的能源系統(tǒng)，已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。為了提高微電網(wǎng)系統(tǒng)的效率和經(jīng)濟(jì)性，需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。

3. 1　微電網(wǎng)系統(tǒng)的性能評(píng)估

對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)的性能評(píng)估是優(yōu)化微電網(wǎng)系統(tǒng)的頭一步。性能評(píng)估可以通過(guò)對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。仿真是一種經(jīng)濟(jì)、快速、可重復(fù)的方法，可以提供微電網(wǎng)系統(tǒng)的建模和性能分析。實(shí)驗(yàn)則是驗(yàn)證仿真結(jié)果的有效性和可靠性的方法。微電網(wǎng)系統(tǒng)的性能評(píng)估主要包括微電網(wǎng)系統(tǒng)的能源利用效率、微電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量和微電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)。微電網(wǎng)系統(tǒng)的能源利用效率是評(píng)估微電網(wǎng)系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。因?yàn)槲㈦娋W(wǎng)系統(tǒng)是通過(guò)發(fā)電機(jī)組、電池組、太陽(yáng)能光伏電池、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等多種能源設(shè)備來(lái)提供電力需求的。微電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量是指供電系統(tǒng)的電壓、頻率和波形符合既定規(guī)范的程度。通過(guò)合理的控制和設(shè)計(jì)，可以減小電能質(zhì)量波動(dòng)的程度提高電能質(zhì)量。微電網(wǎng)系統(tǒng)在運(yùn)行中，需要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。因此，系統(tǒng)故障率、可靠性指標(biāo)和維護(hù)保養(yǎng)周期等指標(biāo)是評(píng)估微電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性的重要指標(biāo)。微電網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性是指系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行成本。評(píng)估微電網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性需要考慮成本和收益之間的平衡。這些指標(biāo)的評(píng)估都可以通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。仿真結(jié)果可以通過(guò)建立微電網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，利用仿真軟件進(jìn)行模擬計(jì)算得到。

3. 2　微電網(wǎng)系統(tǒng)的容量?jī)?yōu)化

容量?jī)?yōu)化是指合理設(shè)計(jì)和配置微電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組、電池組、光伏電池、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等設(shè)備的容量，以較大限度地提高微電網(wǎng)系統(tǒng)的性能。微電網(wǎng)系統(tǒng)的容量?jī)?yōu)化需要考慮負(fù)荷需求、系統(tǒng)運(yùn)行模式、資源適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性等因素。微電網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)負(fù)荷需求，合理確定和配置設(shè)備的容量。負(fù)荷需求的變化，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化。微電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行模式根據(jù)與外部電網(wǎng)連接關(guān)系，主要分為聯(lián)網(wǎng)模式、孤島模式。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行模式的不同，需要對(duì)設(shè)備的容量進(jìn)行相應(yīng)的配置和優(yōu)化。微電網(wǎng)系統(tǒng)的容量?jī)?yōu)化應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐馁Y源情況進(jìn)行適應(yīng)調(diào)整。比如在光照條件較好的地方應(yīng)優(yōu)先考慮太陽(yáng)能光伏電池等設(shè)備；在風(fēng)力較大的地區(qū)應(yīng)優(yōu)先考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)等設(shè)備。另外，微電網(wǎng)系統(tǒng)的容量?jī)?yōu)化也需要考慮經(jīng)濟(jì)性。需要在保證系統(tǒng)性能的前提下，盡可能地降低系統(tǒng)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3. 3　微電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化

微電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化是指通過(guò)優(yōu)化微電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行方式和策略，從而提高微電網(wǎng)系統(tǒng)的效率和經(jīng)

濟(jì)性。微電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化需要考慮負(fù)荷調(diào)節(jié)、能源優(yōu)化、電能質(zhì)量控制及交互控制等因素。微電網(wǎng)系統(tǒng)的負(fù)荷需求是時(shí)刻變化的，因此需要通過(guò)負(fù)荷調(diào)節(jié)等措施來(lái)適應(yīng)負(fù)荷變化。通過(guò)負(fù)荷調(diào)節(jié)控制，可使系統(tǒng)在不同負(fù)荷條件下保持穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。微電網(wǎng)系統(tǒng)是由多種能源設(shè)備組成的，因此需要通過(guò)能源優(yōu)化來(lái)達(dá)到很不錯(cuò)的能源利用效率。通過(guò)控制能源設(shè)備的啟停和輸出功率，可實(shí)現(xiàn)很不錯(cuò)的能源利用效率。微電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量是評(píng)估系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)之一。因此，需要通過(guò)適當(dāng)?shù)碾娔苜|(zhì)量控制策略，使得系統(tǒng)的電能質(zhì)量得到提高。微電網(wǎng)系統(tǒng)中的各種能源設(shè)備之間存在相互關(guān)系，因此需要通過(guò)交互控制，使得系統(tǒng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定和可靠。

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

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，整天進(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Modbus RTU、Modbus TCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT 等通信規(guī)約。

5 應(yīng)用場(chǎng)所

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。

6 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

7 系統(tǒng)功能

7.1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)光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能、充電樁等各回路電壓、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：相電壓、線電壓、三相電流、有功/無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率、有功/無(wú)功電度、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。

7.1.1.1 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。

7.1.1.2 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。

7.1.1.3 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。

7.1.1.4 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。

7.1.1.5 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。

7.2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

7.3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、防逆流、有序充電、動(dòng)態(tài)擴(kuò)容等。

具體策略根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況（如儲(chǔ)能柜數(shù)量、負(fù)載功率、光伏系統(tǒng)能力等）進(jìn)行接口適配和策略調(diào)整，同時(shí)支持定制化需求。

圖 17 策略配置界面

7.4運(yùn)行報(bào)表

應(yīng)能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備規(guī)定時(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、尖峰平谷時(shí)段電量等。

圖 18 運(yùn)行報(bào)表

7.5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

7.6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

7.7 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

7.8 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

7.9 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

7.10 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)的發(fā)電、用電、充放電情況，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

7.11 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?/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。

7.12 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Modbus RTU、Modbus TCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104 、MQTT等通信規(guī)約。

圖 26 通信管理

7.13 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）。可以定義不同級(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

7.14 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

7.15 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*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)可由用戶規(guī)定和隨意修改。

圖 29 事故追憶

8 系統(tǒng)硬件配置

9 結(jié)束語(yǔ)

目前，全球能源結(jié)構(gòu)正朝著清潔能源化、智能化、分布式化的方向不斷發(fā)展，微電網(wǎng)系統(tǒng)作為一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)清潔能源利用、智能化控制和分布式供電的系統(tǒng)，其市場(chǎng)前景非常廣闊。而且，考慮到人口增長(zhǎng)和城市化的趨勢(shì)，以及能源效率和環(huán)境保護(hù)的需求，微電網(wǎng)系統(tǒng)將成為解決城市能源供需矛盾的重要手段。同時(shí)，隨著新能源技術(shù)的逐步成熟和智能化技術(shù)的不斷應(yīng)用，微電網(wǎng)系統(tǒng)也將逐漸走向普及化。微電網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化重要性日益凸顯，因此，要不斷加大這方面的研究與技術(shù)創(chuàng)新，以提高微電網(wǎng)系統(tǒng)的能效和可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]張皓.微電網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J].東方電氣評(píng)論,2023,37(2):48-52.

[2]邱益林 . 智能電網(wǎng)可再生能源微電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào),2023,44(8):568.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與選型手冊(cè).2022.05版.