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摘要：以海島為研究對象，根據其負荷及供電特點，對其微電網及其能量管理系統展開研究。
關鍵詞：孤島；微電網；能量管理系統；可再生能源
O引言
隨著電網“建設以特高壓電網為骨干網架、各級電網協調發展，以信息化、自動化、互動化為特征的堅強智能電網”的提出，我國電力工業進入大容量、高電壓的大電網階段，網架結構日益復雜，由于大范圍交流同步電網存在低頻振蕩和不穩定性，導致大面積停電的可能性變大。而微電網是對現有大電網的有效補充，可以在離網和并網兩種狀態之間任意切換，能提高電力系統的可靠性和抗災能力，同時微電網還有利于提高電能質量和可再生能源在我國的發展。
孤島微電網是為大電網無法覆蓋地區提供電能的一種有效途徑。在我國，海島地理位置*，風能、太陽能等資源充足，非常適合微電網的構建。微電網系統承受擾動的能力相對較弱，尤其是在孤島(自主)運行模式下，考慮到風能、太陽能資源的隨機性，系統的安全性可能面臨更高的風險。微電網能量管理系統可以保障微電網的穩定運行。本文將對典型的孤島——海島的微電網及能量管理系統進行分析、研究。
1海島微電網特點
海島的負荷及供電具有負荷區域集中、功率等級小(一般在1MW以下)等特點。海島上通常使用柴油發電作為主要能源。故其供電往往需要持續性地提供柴油補給，用電成本高，有時會受氣候等因素影響無法補給，而且柴油發電也存在噪聲及環境污染等缺陷。海島上可利用的可再生能源通常有：風能、潮汐能、波浪能、洋流能等。
2海島微網及其能量管理系統設計
2.1設計目標及系統結構
根據海島的多能源及供電用電特點，系統設計目標包含：供電功率能支持到2MW，可以滿足絕大部分中小島嶼的供電需求；支持化石能源、風能、光伏、海洋能等多能源接入，且支持多能源間的無縫切換及組合；多能源能量輸入與用戶負荷端隔離，保障用電安全；大限度提高清潔能源的利用率；通過的電池管理控制，保證儲能單元的使用壽命。根據系統功能及設計目標，所構建系統的結構框圖如圖1所示。
該系統有如下特點：
(1)采用集中直流母線架構，所有能量交換均發生在直流母線。
(2)直流母線上的電能通過交流電壓源逆變器轉換為交流電源，負載從交流電源上獲取電能。直流母線與交流母線通過逆變器隔離。
(3)儲能單元直掛直流母線，可根據發電與用電端的負載匹配狀況，自動進行充、放電轉換。
(4)通過能量管理系統對各能源的發電功率進行調度，調度原則是以使用可再生能源為主，在不影響儲能單元壽命的前提下，盡量少用或不用化石能源。
2.2系統運行方式
以柴油發電機組和風力發電機組分別代表化石能源和可再生能源。以柴油發電機組為代表的化石能源不宜頻率啟動，并且啟動后通常有運行時間少的要求，故系統的基本運行原則為：較大化可再生能源輸出，當負載足夠消納時，可再生能源始終保持較大出力；較小化化石能源的啟動頻率，當化石能源啟動后，一直運行到儲能單元達到較大充電狀態時停止；充分保護蓄電池組壽命，根據蓄電池組的類型，使蓄電池組保持在正常運行狀態，保護蓄電池組壽命。系統有風儲模式、風柴儲模式和純柴模式等三種運行方式。其中純柴模式下，柴油機組作為交流電壓源使用，通過旁路開關直接向負載供電，可控整流器與交流逆變器均不工作，該模式屬于應急備用模式。三類模式的運行方式如圖2所示。
微網系統的自動運行主要通過能量管理系統通過儲能電池組、蓄電池管理系統、輸出逆變器之間的配合運行而實現。
3系統控制策略
根據系統的能量管理目標，系統采用修正的硬充電控制策略(RHCC)，即僅在蓄電池荷電狀態達到下限臨界值時啟動化石能源發電，啟動之后使化石能源保持能夠穩定系統且為蓄電池組充電的較小功率運行，當蓄電池組充滿之后停止化石能源發電。其中蓄電池組荷電狀態下限為不影響蓄電池組壽命的預設值，根據儲能單元的類型不同而有所區別。
4 Acrel-2000MG微電網能量管理系統概述
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，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，提升可再生能源應用，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。
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的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微電網的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
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。
5系統配置
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
6系統功能
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。
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。
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。
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
8結束語
通過運行分析，該系統采用的集中直流母線架構設計可實現多種可再生能源和化石能源同時并網發電，并且能夠實現對微電網的實時監控、發用電預測、儲能調度優化和信息綜合管理。通過能量管理系統的控制，可實現可再生能源的有效利用，以及系統的平穩運行。
參考文獻
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[6]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022年05版.
作者介紹：
翟雪玲，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為電力監控系統、變電站運維平臺。
