淺談復(fù)合儲能的微電網(wǎng)運行的切換控制策略及微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要:微電網(wǎng)是實現(xiàn)主動式配電網(wǎng)的一種有效形式，微電網(wǎng)技術(shù)能夠促進分布式發(fā)電的大規(guī)模接入。針對微電網(wǎng)中并網(wǎng)模式和孤島模式之間的切換，提出一種含復(fù)合儲能裝置的微電網(wǎng)優(yōu)化控制策略。這種復(fù)合儲能的微電網(wǎng)優(yōu)化控制將超級電容器和蓄電池的優(yōu)點結(jié)合到一起，用于由分布式電源作為主控式電源的微電網(wǎng)，以實現(xiàn)微電網(wǎng)平滑切換的目標。結(jié)果表明：在切換時間、頻率、電壓上，復(fù)合儲能均優(yōu)于蓄電池儲能。

關(guān)鍵詞:微電網(wǎng)；復(fù)合儲能；運行模式；無縫切換；控制策略

0引言

微電網(wǎng)是一種將分布式電源、儲能裝置、負荷、變流器以及監(jiān)控保護裝置等有機整合在一起的小型發(fā)配電系統(tǒng)。它可以充分發(fā)揮分布式發(fā)電在經(jīng)濟、節(jié)能及環(huán)保中的優(yōu)勢，協(xié)調(diào)與大電網(wǎng)的矛盾，具有較高的靈活性與可調(diào)度性。微電網(wǎng)中主要電源的輸出功率具有較大的波動性和隨機性，利用儲能技術(shù)可以解決這些問題。微電網(wǎng)對儲能既有速度方面的要求，又有容量方面的要求，一種儲能元件很難同時滿足這些要求，因此，復(fù)合儲能技術(shù)需要深入研究。蓄電池由于技術(shù)成熟、能量密度大、價格低廉得到廣泛應(yīng)用，容易實現(xiàn)大容量儲能，為此蓄電池主要完成微電網(wǎng)中宏觀上的功率平衡作用。但是微電網(wǎng)中頻繁的充放電容易造成蓄電池溫度升高，嚴重影響蓄電池的壽命，且不能用于功率的快速補償；超級電容器充電功率大，速度快，使用壽命長，可以完成穩(wěn)定頻率、電壓、補償隨時電壓變化等功能。所以，蓄電池與超級電容器組成的復(fù)合儲能系統(tǒng)，具有容量密度高、功率密度大、使用壽命長等特點,對于平抑由分布式能源組成的微電網(wǎng)的功率平衡及安全穩(wěn)定運行具有積極的意義。

近年來，許多國內(nèi)外專家學(xué)者，在利用混合儲能平抑間隙式電源功率波動方面進行了卓有成效的研究。將鋰電池與超級電容器的組合形式應(yīng)用在獨立光伏電站，快速平衡系統(tǒng)瞬時功率，維持系統(tǒng)的可靠性；將鋰電池與超級電容器組成的復(fù)合儲能裝置應(yīng)用于并網(wǎng)光伏電站，優(yōu)化了光伏電站的輸出功率、降低儲能系統(tǒng)運行成本。利用超級電容器與蓄電池的組合，提高儲能系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟性。基于上述研究可知，由超級電容器和蓄電池組成的復(fù)合儲能系統(tǒng)，在應(yīng)對由分布式新能源組成的微電網(wǎng)頻繁快速功率變化、無縫切換控制等方面具有良好的應(yīng)用前景，但目前在關(guān)于這方面研究應(yīng)用的文獻還不多。

本文在詳細分析了由風(fēng)電機組、光伏陣列組成的微電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行對儲能需求的基礎(chǔ)上，建立了風(fēng)電機組、光伏陣列及超級電容器和蓄電池組成的復(fù)合儲能系統(tǒng)及控制模型。提出了適應(yīng)于微電網(wǎng)的復(fù)合儲能結(jié)構(gòu)及優(yōu)化控制策略，并進行仿真研究，分析復(fù)合儲能系統(tǒng)在微電網(wǎng)運行方式切換及平衡系統(tǒng)功率，提高系統(tǒng)可靠性等方面產(chǎn)生的成效。

1系統(tǒng)模型

本文采用的微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，交流母線電壓為0.4kV,通過升壓變壓器(T)經(jīng)公共連接點(PCC)接入10kV配電網(wǎng)(DistributedNetwork,DN)。系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電機組(WindTurbine,WT)、光伏陣列(PhotovoltaicAray,PV)、蓄電池(Battery,BAT)、超級電容器(SuperCapacitors,SC)及控制器組成。

DN

T

PCC

交流母線

LD

SC

WTPVBAT

圖1微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

1.1光伏電池的模型

光伏電池陣列由一定數(shù)量的單體電池經(jīng)串并聯(lián)構(gòu)成。它的輸出功率與光照強度、環(huán)境溫度等因素有關(guān)。單體光伏電池的等效電路如圖2所示。

圖2中，U,I分別為光伏電池 輸 出電壓、電流；Im為光生電流；I?,U?分別為電池P-N結(jié)產(chǎn)生的擴散電流和端電壓；R,,R分別為電池的串聯(lián)和并聯(lián)電阻。

圖2光伏電池等效模型

1.2復(fù)合儲能裝置模型

由蓄電池和超級電容器組成的復(fù)合儲能系統(tǒng)裝置等效電路如圖3所示。

圖3復(fù)合儲能系統(tǒng)等效模型

U。,R。分別為蓄電池的等效電壓和內(nèi)阻，L為雙向DC/DC的電感；S?,S?,D?D?分別為功率開關(guān)管；C為直流母線電容；Usc,Rsc分別為超級電容器等效電壓和內(nèi)阻。

超級電容器由于其容量大，充放電周期長，可用一個理想電壓源和一個等效內(nèi)阻串聯(lián)來等效。超級電容器和蓄電池由儲能控制器控制經(jīng)雙向變換器(DC/DC)后接入直流母線。這種連接方式的優(yōu)點是可以使蓄電池、超級電容器工作在不同的電壓范圍，是兩者的容量配置與組合形式靈活可變。

在復(fù)合儲能的容量配置方面，蓄電池的容量應(yīng)能保證微電網(wǎng)中重要負荷的正常供電；超級電容器主要應(yīng)對切換瞬間的功率平衡，所配容量應(yīng)滿足微電網(wǎng)中所有負荷的功率要求。

2系統(tǒng)控制

2.1并網(wǎng)運行控制策略

當并網(wǎng)運行時，微電網(wǎng)內(nèi)的功率缺額由配電網(wǎng)來平衡，頻率調(diào)整和電壓控制都由配電網(wǎng)來負責，網(wǎng)內(nèi)分布式發(fā)電(DistributedGeneration,DG)逆變器均采用P/Q控制方式，控制流程如圖4所示。

圖4P/Q控制框圖

圖4中，P、Q分別為逆變器輸出的有功功率和無功功率；Pm、Q為控制器指ding的有功功率和無功功率參考值；u?、v?、ia、i。分別為逆變器端電壓、電流的d、q軸分量；u、分別為控制器輸出電壓的d、q軸分量；inyiag為逆變器電流的d、q軸分量參考值；ug為電壓參考值。

2.2孤島運行控制策略

當孤島運行時，復(fù)合儲能系統(tǒng)采用U/F控制方式，為微電網(wǎng)提供頻率和電壓支持，并跟蹤負荷的變化，其余DG采用P/Q控制方式?？刂屏鞒倘鐖D5所示。

圖5 U/F控制框圖

圖5中，w為角頻率信號；0為角度信號；f為工頻；uagy、ugy為逆變器端電壓的d、q軸分量參考值。

2.3復(fù)合儲能控制策略

復(fù)合儲能系統(tǒng)的雙向DC/DG變換器采用Buck/Boost功率變換器形式，見圖3。這種結(jié)構(gòu)體積小、工作效率高。當S?動作，S?驅(qū)動閉鎖時，變換器處于Buck模式；當S,驅(qū)動閉鎖，S?動作時，變換器處于Boost模式。這種策略可以靈活多層次地設(shè)定蓄電池的充放電電流及其相互之間的轉(zhuǎn)換過程。

2.4無縫切換控制策略

當微電網(wǎng)處于并網(wǎng)模式、孤島模式或者在并網(wǎng)/孤島無縫切換模式的情況下，微電網(wǎng)*主要的任務(wù)就是保證微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的所有敏感負荷可靠正常的運行；另一方面，在并網(wǎng)模式和孤島模式之間進行無縫切換的過程中，微電網(wǎng)內(nèi)負荷端的電壓幅值和相位不能發(fā)生較大的變化；同時在并網(wǎng)過程中不能產(chǎn)生很大的電流沖擊，導(dǎo)致系統(tǒng)的崩潰。只要上述條件能夠得到保證，微電網(wǎng)就可以在并網(wǎng)模式和孤島模式之間成功地進行無縫切換。

當微電網(wǎng)在并網(wǎng)模式和孤島模式之間進行無縫切換時，不僅需要保證控制策略的成功轉(zhuǎn)換，而且需要PCC點靜態(tài)開關(guān)的準確配合。如果PCC點靜態(tài)開關(guān)配合不當，很可能就會導(dǎo)致無縫切換的失敗。此外還需要依靠大電網(wǎng)狀態(tài)快速準確的檢測，并網(wǎng)時電壓的同步檢測等諸多方面，只要有一方面配合不當，很可能就會導(dǎo)致無縫切換的失敗。如果切換失敗，將導(dǎo)致很嚴重的后果。例如，當微電網(wǎng)系統(tǒng)從并網(wǎng)模式向孤島模式轉(zhuǎn)換時，如果PCC點的靜態(tài)開關(guān)沒有正常關(guān)斷，就可能導(dǎo)致大電網(wǎng)的不良影響進入微電網(wǎng)，如果沒有敏感負荷實時的保護，微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的敏感負荷就會全部損壞。

在并網(wǎng)運行情況下，當配電網(wǎng)故障或電能質(zhì)量不能滿足要求時，檢測公共耦合點(PCC)電壓、頻率，超出允許的范圍時，微電網(wǎng)需要與配電網(wǎng)快速斷開，轉(zhuǎn)入孤島運行方式，儲能系統(tǒng)的控制方式由P/Q控制轉(zhuǎn)變?yōu)閁/F控制方式，其余DG仍采用P/Q控制方式。此時，若網(wǎng)內(nèi)功率不能保持平衡，就要考慮切負荷或者切機；在主網(wǎng)恢復(fù)正常運行后，需要將微電網(wǎng)與配電網(wǎng)重新連接。此時，為了避免互聯(lián)過程中對配電網(wǎng)造成較大的暫態(tài)沖擊，對微電網(wǎng)進行同期，為此，檢測公共耦合點微網(wǎng)側(cè)及配電網(wǎng)側(cè)的電壓、頻率及相角，當對應(yīng)量相差在允許的范圍之內(nèi)時，完成同期并列。之后，復(fù)合儲能系統(tǒng)由U/F控制方式轉(zhuǎn)變?yōu)镻/Q控制方式，并恢復(fù)負荷或DG。微電網(wǎng)控制流程圖見圖6。

3.仿真結(jié)果及分析

本文在PSCAD／EMTDC軟件平臺上搭建了微電網(wǎng)模型。仿真主要參數(shù)設(shè)置如下：光伏發(fā)電容量為15kW，風(fēng)力發(fā)電為20kW；蓄電池容量為100A·h，額定電壓為240V，額定放電率為0．3C，超級電容器為10F，額定電壓360V；負荷功率為40+j10kVA。微電網(wǎng)并網(wǎng)運行，所有DG均采用P／Q控制，在1s時，配網(wǎng)發(fā)生故障，檢測到電壓或頻率越限，保護動作，微電網(wǎng)與主配網(wǎng)斷開，由并網(wǎng)轉(zhuǎn)人孤網(wǎng)運行，儲能裝置控制方式由P／Q轉(zhuǎn)為U／F方式；在2s時，配網(wǎng)故障消除，經(jīng)檢測，微電網(wǎng)與配電網(wǎng)側(cè)電壓、頻率、相角差符合同期要求，保護動作，微電網(wǎng)重新與配電網(wǎng)并列運行，電氣量恢復(fù)到孤網(wǎng)運行前的狀態(tài)。仿真結(jié)果分別見圖7、圖8。

為了便于比較，圖7、圖8中分別給出單獨使用蓄電池儲能和使用復(fù)合儲能兩種情況下的結(jié)果。由圖7可知，在1S之前，并網(wǎng)運行，蓄電池儲能和復(fù)合儲能情況下，微電網(wǎng)與配電網(wǎng)的頻率都是50Hz，在1s時，功率不再平衡，由于蓄電池輸出限制，頻率波動較大；而復(fù)合儲能，由于超級電容器功率密度大，及時彌補功率差額，頻率波動也在允許的范圍之內(nèi)。2S后，轉(zhuǎn)入并網(wǎng)運行，系統(tǒng)頻率逐漸恢復(fù)到50Hz，復(fù)合儲能比蓄電池儲能情況所用時間更短。由圖8可知，在1S之前，并網(wǎng)運行，蓄電池儲能和復(fù)合儲能情況下，微電網(wǎng)與配電網(wǎng)的電壓近似為220V，在1s時，功率不再平衡，由于蓄電池輸出限制，電壓波動較大；在復(fù)合儲能情況下，由于超級電容器功率密度大，及時彌補無功功率差額，使得孤網(wǎng)運行期間，電壓波動符合要求。2s后，轉(zhuǎn)入并網(wǎng)運行，電壓逐漸恢復(fù)到孤網(wǎng)運行前水平，復(fù)合儲能情況下，恢復(fù)速度更快。

4.Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

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，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，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)采用標準以太網(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)標準

本方案遵循的標準有：

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)標準：

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/T26806.2-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)工業(yè)控制計算機基本平臺2部分：性能評定方法

GB/T26802.5-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范5部分：場地安全要求

GB/T26802.6-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范6部分：驗收大綱

GB/T2887-2011計算機場地通用規(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)機房設(shè)計規(guī)范

DL/T634.5101遠動設(shè)備及系統(tǒng)5-101部分:傳輸規(guī)約基本遠動任務(wù)配套標準

DL/T634.5104遠動設(shè)備及系統(tǒng)5-104部分:傳輸規(guī)約采用標準傳輸協(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)計標準

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

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

Acrel-2000

Acrel-2000系列監(jiān)控系統(tǒng)

MG

MG—微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。

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)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。

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。

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(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。

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、電量費用，變化曲線、各個充電樁的運行數(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)、實測數(shù)據(jù)、未來天氣預(yù)測數(shù)據(jù)，對分布式發(fā)電進行短期、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)測可進行人工輸入或者自動生成發(fā)電計劃，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、負荷需求及分時電價信息，進行系統(tǒng)運行模式的設(shè)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(tài)擴容等。

圖17策略配置界面

4.6.4運行報表

應(yīng)能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備指ding時間的運行參數(shù)，報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運行報表

4.6.5實時報警

應(yīng)具有實時報警功能，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)部的保護動作或事故跳閘時應(yīng)能發(fā)出告警，應(yīng)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(yīng)能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關(guān)人員。

圖19實時告警

4.6.6歷史事件查詢

應(yīng)能夠?qū)b信變位，保護動作、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行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、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)進行持續(xù)監(jiān)測，使管理人員實時掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況，以便及時發(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)能實時顯示各電能質(zhì)量監(jiān)測點的監(jiān)測裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度百fen百和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度百fen百和正序/負序/零序電流值；

2）諧波分析功能：系統(tǒng)應(yīng)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(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(tài)監(jiān)測：在電能質(zhì)量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發(fā)生時，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：系統(tǒng)應(yīng)能顯示1min統(tǒng)計整2h存儲的統(tǒng)計數(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)時間、事件發(fā)生的時間。

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)備進行遠程遙控操作。系統(tǒng)維護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。

圖23曲線查詢

4.6.10統(tǒng)計報表

具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。對微電網(wǎng)與外部系統(tǒng)間電能量交換進行統(tǒng)計分析；對系統(tǒng)運行的節(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)點進行電能質(zhì)量分析。

圖24統(tǒng)計報表

4.6.11網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

系統(tǒng)支持實時監(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)拓撲界面

本界面主要展示微電網(wǎng)系統(tǒng)拓撲，包括系統(tǒng)的組成內(nèi)容、電網(wǎng)連接方式、斷路器、表計等信息。

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)備通信情況進行管理、控制、數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。系統(tǒng)維護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。

圖26通信管理

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，運行參數(shù)修改等）?？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

圖27用戶權(quán)限

4.6.14故障錄波

應(yīng)可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準確地記錄故障前、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、判斷保護是否正確動作、提高電力系統(tǒng)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(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，總錄波時間共計46s。每個采樣點錄波至少包含12個模擬量、10個開關(guān)量波形。

圖28故障錄波

4.6.15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(shù)據(jù)，包括開關(guān)位置、保護動作狀態(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，當每個事件發(fā)生時，存儲事故qian10個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關(guān)點數(shù)據(jù)。啟動事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點可由用戶指ding和隨意修改。

圖29事故追憶

5.結(jié)束語

基于蓄電池與超級電容器的特性，建立微電網(wǎng)的復(fù)合儲能系統(tǒng)，提出微電網(wǎng)并網(wǎng)與孤島運行方式平穩(wěn)切換的控制策略，通過仿真實驗得出如下結(jié)論：

1)復(fù)合儲能兼具能量型儲能及功率型儲能的優(yōu)點，且控制方式靈活、方便。對于實現(xiàn)微電網(wǎng)能量的瞬時平衡，維持微電網(wǎng)的穩(wěn)定運行具有重要作用；

2)多層次的控制模式，在運行方式切換前后，使微電網(wǎng)的頻率、電壓都能保持在允許的范圍之內(nèi)，實現(xiàn)平滑切換；

3)在線檢測頻率、電壓，切換時對電網(wǎng)的沖擊很小，保證電網(wǎng)電能質(zhì)量。

在下一步的研究中，將考慮超級電容器與蓄電池的容量優(yōu)化配置及微電網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟性的改善。

參考文獻：

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[5] 馮天舒，劉芳.基于復(fù)合儲能的微電網(wǎng)運行的切換控制策略

作者簡介：

任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。