安科瑞 陳聰

摘要：在研究微網(wǎng)基本特性的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于CAN總線的電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用下垂特性控制策略來(lái)對(duì)微網(wǎng)系統(tǒng)的電流、電壓、頻率等參數(shù)進(jìn)行有效地控制，并利用CAN總線形式搭建了基于數(shù)字傳感器的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該系統(tǒng)有助于提高微電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，提高系統(tǒng)的效率。同時(shí)CAN總線技術(shù)的應(yīng)用還可以有效地提高數(shù)據(jù)采集精度、抗干擾能力以及遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；能量管理；下垂特性；CAN協(xié)議

0引言

目前，電力系統(tǒng)的基本特點(diǎn)為集中發(fā)電、遠(yuǎn)距離高壓輸電、分布式用電，而且隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性也日益增加，這種復(fù)雜性會(huì)引起諸如運(yùn)行和調(diào)度困難、跟蹤負(fù)荷變化的靈活性差、可靠性和多樣化用電能力不足等弊端，而這些弊端易導(dǎo)致局部事故擴(kuò)散化，形成嚴(yán)重的大面積停電，因此，為了提高電力系統(tǒng)的可靠性和安全性，分布式供電成為了近幾年來(lái)研究的*點(diǎn)。而另一方面，隨著不*再*性能源的日益緊張及對(duì)環(huán)境的影響，可持續(xù)發(fā)展綠色能源的開(kāi)發(fā)利用也成了當(dāng)務(wù)之急，而這些能源都存在著發(fā)電狀態(tài)隨環(huán)境變化不夠穩(wěn)定等弊端，因此要接入公網(wǎng)也會(huì)面臨諸多問(wèn)題，而分布式供電為這些能源的利用提供了良好的途徑。

分布式供電是相對(duì)于傳統(tǒng)集中式供電方式而言的，發(fā)電系統(tǒng)較小且以分散的方式布置在用戶附近的供電方式。微網(wǎng)就是其中主要的一種形式。微電網(wǎng)是各種微電源和分散負(fù)荷的組合，其中至少包含一個(gè)分布式電源及若干負(fù)荷，可作為一個(gè)整體系統(tǒng)來(lái)運(yùn)行和控制[1]。微網(wǎng)的運(yùn)行有兩種模式，并網(wǎng)模式和離網(wǎng)模式。并網(wǎng)模式是微電網(wǎng)與大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的模式，可作為大電網(wǎng)的一個(gè)支路，而非主網(wǎng)。而離網(wǎng)模式是切斷與大電網(wǎng)的聯(lián)系，單獨(dú)運(yùn)行的方式。

微電網(wǎng)技術(shù)是電力電子、分布式發(fā)電、可再生能源發(fā)電和儲(chǔ)能技術(shù)的綜合運(yùn)用，為大規(guī)模應(yīng)用分布式電源提供了一種有效實(shí)用的方法。但是微電網(wǎng)的使用也會(huì)產(chǎn)生新的問(wèn)題，如電網(wǎng)的匹配、孤島、能量管理問(wèn)題等。本文針對(duì)微電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)的不同，研究了其能量管理問(wèn)題。

1能量管理系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

根據(jù)應(yīng)用的不同，微電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)也不盡相同。但是，一般來(lái)說(shuō)，基本都包含微電源、儲(chǔ)能、管理系統(tǒng)以及負(fù)荷四大部分。微電源一方面通過(guò)公共連接點(diǎn)(Pcc)與大電網(wǎng)相連接，另一方面采用逆變器和負(fù)荷相連。當(dāng)大電網(wǎng)工作狀態(tài)穩(wěn)定時(shí)，微電網(wǎng)負(fù)載可由大電網(wǎng)供電，微電網(wǎng)與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，而當(dāng)大電網(wǎng)供電中斷或運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，則隔離開(kāi)關(guān)打開(kāi)，切斷微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的連接，微電網(wǎng)轉(zhuǎn)入孤島運(yùn)行狀態(tài)。在微電網(wǎng)和大電網(wǎng)的接口處均配有斷路器，并輔之以具有功率和電壓控制功能的控制器，以實(shí)現(xiàn)能量的初步管理。每一個(gè)微電源具有包括有功、無(wú)功、電壓、頻率、孤島等能量調(diào)節(jié)管理的控制方式。

微電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，能量管理系統(tǒng)作為整個(gè)系統(tǒng)的管理中*，具有對(duì)各種參數(shù)(系統(tǒng)電壓、電流、有功、無(wú)功、頻率、功率因數(shù)等)的管理功能，對(duì)微電源、儲(chǔ)能裝置、負(fù)荷的控制功能等。

1．1數(shù)據(jù)管理功能

管理系統(tǒng)內(nèi)設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)，庫(kù)內(nèi)存放著各設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等，主要功能是記錄實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并且利用相應(yīng)的功能軟件對(duì)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

1．2微電網(wǎng)運(yùn)行模式管理

微電網(wǎng)的運(yùn)行模式分為并網(wǎng)和離網(wǎng)運(yùn)行兩種情況，管理系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)要求對(duì)這兩種運(yùn)行模式進(jìn)行有效的切換。當(dāng)微電網(wǎng)需要并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，管理系統(tǒng)對(duì)大電網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析，如果大電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)良好，管理系統(tǒng)就將微電網(wǎng)平滑地從離網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)切換至并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，而且管理系統(tǒng)開(kāi)始實(shí)時(shí)地對(duì)微網(wǎng)和大電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)檢和數(shù)據(jù)分析；當(dāng)管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到大電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)嚴(yán)重偏離標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，管理系統(tǒng)視故障的嚴(yán)重程度決策運(yùn)行方式，或者對(duì)大電網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行一定程度的調(diào)節(jié)后，依舊保持并網(wǎng)運(yùn)行，或者切斷與主網(wǎng)的聯(lián)系，進(jìn)入孤島運(yùn)行；當(dāng)微電網(wǎng)需要進(jìn)行孤島運(yùn)行時(shí)，也由管理系統(tǒng)進(jìn)行工作狀態(tài)的切換。以上各種切換都應(yīng)是平滑地?zé)o縫切換。

1．3對(duì)微電源的控制功能

利用管理系統(tǒng)對(duì)微電源的工作方式進(jìn)行控制的依據(jù)是用電需求的變化，當(dāng)微電網(wǎng)內(nèi)的負(fù)荷需求較小時(shí)，能量管理系統(tǒng)調(diào)低微電源的輸出功率，以達(dá)到節(jié)能的目的，而當(dāng)負(fù)荷較大時(shí)，管理系統(tǒng)調(diào)高微電源的輸出功率，以滿足系統(tǒng)的要求。而當(dāng)管理系統(tǒng)中的檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示蓄電池充滿時(shí)，管理系統(tǒng)關(guān)閉微電源，利用蓄電池放電給系統(tǒng)供電。

1．4儲(chǔ)能裝置的管理

蓄電池的工作狀態(tài)是微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。管理系統(tǒng)內(nèi)嵌SOC算法模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的充放電、電壓值、功率值的管理，并根據(jù)系統(tǒng)的需要，設(shè)置相應(yīng)的控制方式，從而完成蓄電池的有功功率、無(wú)功功率的調(diào)節(jié)。

1．5負(fù)荷管理

微電網(wǎng)的負(fù)荷是微電網(wǎng)的用電中*，決定著微電源出力的多少，管理系統(tǒng)的責(zé)任是保持微電源與負(fù)荷之間的平衡，以確保微電網(wǎng)在負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地運(yùn)行。

2能量管理系統(tǒng)功率控制策略的確定

微電網(wǎng)中的微電源大致可以分為三類：一類是可再生性能源，主要有光伏發(fā)電、風(fēng)力電力、生物質(zhì)能發(fā)電等；一類是傳統(tǒng)發(fā)電模式，如柴油發(fā)電機(jī)、小水電等；另一類是新興的發(fā)電模式，如燃料電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)等。這三類發(fā)電方式，都需要通過(guò)逆變器變換為工頻變流電，因此，基于電力電子技術(shù)的逆變器的工作狀態(tài)成為能量管理的關(guān)鍵。

逆變器作為微電網(wǎng)與大電網(wǎng)之間的接口，主要的功能就是控制輸出的有功功率和無(wú)功功率。控制方法主要有PQ控制法、下垂(Droop)控制等，控制策略分為主從型和對(duì)等型兩種方式。本設(shè)計(jì)采用的是對(duì)等型的Droop控制法。

在微電網(wǎng)中，各個(gè)分布式電源(DG)沒(méi)有主次、從屬關(guān)系，所有的微電源采取相同或不同的控制方法來(lái)參與有功或無(wú)功功率的調(diào)節(jié)，并以實(shí)際電網(wǎng)中各種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的電氣量為依據(jù)，進(jìn)行系統(tǒng)電壓和頻率的協(xié)調(diào)。對(duì)等型控制框圖如圖2所示。

從圖2可知，對(duì)等控制中各個(gè)微電源相互獨(dú)立，在電壓和頻率等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)的過(guò)程中，只需進(jìn)行自身輸出端電氣量的監(jiān)測(cè)，不用對(duì)其他微電源的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行衡量，從而保證了系統(tǒng)的可靠性。

在本設(shè)計(jì)中，每一個(gè)微電源的逆變器采用Droop控制方法，基本策略是模仿傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的下垂特性，通過(guò)解耦有功功率．無(wú)功功率與電壓．頻率之間的關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)電壓和頻率調(diào)節(jié)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是在并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種模式切換時(shí)無(wú)需改變控制方式，就可持微網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定，從而保證系統(tǒng)的有功負(fù)載進(jìn)行合理的分配。

3 CAN總線結(jié)構(gòu)分析

在微電網(wǎng)中，電源的種類多，其中可持續(xù)性綠色電源占據(jù)一定的比重，但是這一類電源受環(huán)境影響大，工作狀態(tài)不夠穩(wěn)定，因此需要對(duì)微電網(wǎng)中的微電源進(jìn)行有效地監(jiān)控，而且由于數(shù)據(jù)量大且實(shí)時(shí)性高，所以監(jiān)控系統(tǒng)的通信功能滿足系統(tǒng)的基本要求。

根據(jù)微電網(wǎng)的基本要求，本設(shè)計(jì)采用基于CAN總線的通信結(jié)構(gòu)，利用CAN總線來(lái)連接逆變器，而在通信結(jié)構(gòu)中，利用可編程邏輯器件CPLD完成DSP處理器TMS320F240與CAN控制器SJA1000之間的接口設(shè)計(jì)[2]。

通訊結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，微電網(wǎng)的控制策略由DSP擔(dān)任電氣量的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果通過(guò)CAN總線傳送至控制中*，控制中*根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果將控制命令通過(guò)CAN總線傳送至下位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微電源的有效監(jiān)控。

4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(guó)內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的*進(jìn)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，全*候進(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)，提升可再生能源應(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(tái)*2部分：性能評(píng)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(chǎng)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(chǎng)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(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)*5-101部分:傳輸規(guī)約基本遠(yuǎn)動(dòng)任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)

DL/T634.5104遠(yuǎn)動(dòng)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(wèn)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(chǎng)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(wú)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(hào)說(shuō)明

5系統(tǒng)配置

5.1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，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

6系統(tǒng)功能

6.1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)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(kāi)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：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無(wú)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(kāi)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。

6.1.1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。

6.1.2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(kāi)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)前電芯的較大、較小電壓、溫度值及所對(duì)應(yīng)的位置。

6.1.3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。

6.1.4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。

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(guò)不同的配置，實(shí)現(xiàn)預(yù)覽、回放、管理與控制等。

6.2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

6.3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、有序充電、動(dòng)態(tài)擴(kuò)容等。

圖17策略配置界面

6.4運(yùn)行報(bào)表

應(yīng)能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備指*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、正向有功電能等。

圖18運(yùn)行報(bào)表

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(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

6.6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

6.7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、三相電壓不平衡度百*百和正序/負(fù)序/零序電壓值、三相電流不平衡度百*百和正序/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、較大值、較小值、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

6.8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

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(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

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(lái)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(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

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(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)洌ㄏ到y(tǒng)的組成內(nèi)容、電網(wǎng)連接方式、斷路器、表計(jì)等信息。

6.12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(kāi)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

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(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

6.14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(kāi)關(guān)量波形。

圖28故障錄波

6.15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(kāi)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)可由用戶指*和隨意修改。

圖29事故追憶

7硬件及其配套產(chǎn)品

5總結(jié)

微電網(wǎng)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種電網(wǎng)組成形式，具有規(guī)模小、靈活性強(qiáng)、安全可靠性高等特點(diǎn)，同時(shí)微電網(wǎng)的出現(xiàn)又為綠色能源的利用創(chuàng)造了有利的條件，因此，成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。

本設(shè)計(jì)從微電網(wǎng)運(yùn)行模式出發(fā)，研究了微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的功能、控制策略、通信方式等問(wèn)題，確定了以CAN總線結(jié)構(gòu)為主的對(duì)等性控制方式，而在控制策略上采用Droop控制法對(duì)每一個(gè)DG進(jìn)行有效地控制，確保了整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)在兩種模式下均能夠安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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