摘要：為了提升交直流混合微電網(wǎng)健康有效發(fā)展，提高直流互聯(lián)微電網(wǎng)中分布式電源的能源使用效率，提升區(qū)域微電網(wǎng)穩(wěn)定發(fā)展，對(duì)交直流混合微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析和研究很有必要。文章主要從交直流混合微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)架構(gòu)、主要功能及系統(tǒng)通訊等方面進(jìn)行了分析，并對(duì)其未來發(fā)展進(jìn)行了展望，以期為能量管理與運(yùn)行控制系統(tǒng)的研究和發(fā)展起到一定的推動(dòng)作用。

關(guān)鍵詞：交直流混合微電網(wǎng)；中央控制器；能量管理系統(tǒng)

1概述

交直流混合微電網(wǎng)能夠有效整合交流微電網(wǎng)和直流微電網(wǎng)各自優(yōu)勢(shì)，構(gòu)成交直流互補(bǔ)式供能系統(tǒng)。根據(jù)不同種類的分布式電源（交流型、直流型）和儲(chǔ)能設(shè)備供給電能和存儲(chǔ)電能方式的不同，來確定接入電網(wǎng)的方式，可有效提高運(yùn)行效率；同時(shí)，根據(jù)交流負(fù)荷和直流負(fù)荷用電方式不同，選擇合理的電能供給模式，又可顯著提高用電效率。

微電網(wǎng)采用交直流互補(bǔ)供用電模式可有效減少單一的傳統(tǒng)交流供用電模式中AC/DC和DC/AC等電能變換環(huán)節(jié)，從而有效降低多級(jí)變換造成的能量損耗；交直流混合微電網(wǎng)中直流網(wǎng)絡(luò)部分有利于減少線損，避免多模態(tài)諧振。鑒于交直流混合微電網(wǎng)的諸多特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，對(duì)交直流混合微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)和研究，以解決交直流混合微電網(wǎng)與配電網(wǎng)協(xié)調(diào)、交直流潮流斷面分散協(xié)調(diào)、源荷互動(dòng)協(xié)調(diào)、源源互動(dòng)協(xié)調(diào)等復(fù)雜問題，同時(shí)通過優(yōu)化算法來顯著提高交直流混合微電網(wǎng)可再生能源利用率及綜合效益水平，為需求側(cè)提供一個(gè)穩(wěn)定、可靠、綠色的供用電環(huán)境，具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

能量管理與運(yùn)行控制系統(tǒng)（能量管理系統(tǒng)）由中央控制器和能量管理服務(wù)器組成。配置一套“源網(wǎng)荷儲(chǔ)、多能互補(bǔ)”協(xié)調(diào)互動(dòng)技術(shù)的綜合能源管控系統(tǒng)，在以分布式光伏、直流負(fù)荷、充電樁，儲(chǔ)能設(shè)備等構(gòu)成的交直流微網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過采集光伏變流器、儲(chǔ)能變流器、風(fēng)機(jī)變流器、充電樁、交直流多元化負(fù)荷、交直流母線、潮流控制器、電力電子變壓器與并網(wǎng)支路測(cè)控裝置等信息，智能處理各類信息數(shù)據(jù)，監(jiān)控和管理整個(gè)能源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能源就地消納、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、負(fù)荷管理、用電信息采集、用戶用能服務(wù)、削峰填谷、優(yōu)化運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)調(diào)度等功能等功能。

3系統(tǒng)功能

3.1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理

（1）具備數(shù)據(jù)采集功能，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可從變流器、測(cè)控裝置等采集，也可從監(jiān)控系統(tǒng)獲取。

（2）運(yùn)行人員可在操作臺(tái)上進(jìn)行微電網(wǎng)源網(wǎng)荷互動(dòng)優(yōu)化、分散互動(dòng)協(xié)調(diào)功能切換，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行。

（3）具備安全閉鎖功能。在運(yùn)行參數(shù)超出規(guī)定的約束條件或相關(guān)保護(hù)動(dòng)作時(shí)，控制功能自動(dòng)閉鎖，運(yùn)行狀態(tài)異常時(shí)及時(shí)報(bào)警。

（4）具備運(yùn)行監(jiān)視功能。運(yùn)行人員能方便地監(jiān)視交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行工況，母線電壓、有功功率、無功功率、開關(guān)狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、與其他設(shè)備的通信狀態(tài)，能對(duì)一些關(guān)鍵狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。

（5）具備報(bào)警處理功能。能量管理系統(tǒng)運(yùn)行異常或故障時(shí)能自動(dòng)報(bào)警，停止分配結(jié)果輸出，并形成事件記錄。

（6）提供嚴(yán)格的權(quán)限管理保障運(yùn)行人員操作安全。

（7）具備事件記錄功能，可對(duì)能量管理系統(tǒng)告警、人員操作等形成事件記錄。

3.2微電網(wǎng)源網(wǎng)荷互動(dòng)優(yōu)化

交直流混合微電網(wǎng)中的分布式發(fā)電與大電網(wǎng)供電互相補(bǔ)充，與大電網(wǎng)進(jìn)行功率交換是交直流混合微電網(wǎng)的通常運(yùn)行模式。在交直流混合微電網(wǎng)中源、網(wǎng)、荷分別指分布式電源、電網(wǎng)、負(fù)荷，而源網(wǎng)荷的建設(shè)及投資由不同主體管控，隸屬于不同的主體，在電力市場(chǎng)環(huán)境下，分布式電源發(fā)電方、電網(wǎng)企業(yè)、電力用戶成為具有各自利益的個(gè)體，具有的決策權(quán)，相互之間通過電量或電價(jià)聯(lián)系。由于各方投資對(duì)象和關(guān)注的點(diǎn)不同，各方的投資收益受對(duì)方?jīng)Q策的影響，三方之間存在博弈關(guān)系，面向復(fù)雜主體多目標(biāo)優(yōu)化的博弈論可以解決這一難題。當(dāng)微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷需求波動(dòng)時(shí)，交直流混合微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)通過比較微電源發(fā)電成本和大電網(wǎng)的購(gòu)（售）電成本，采用基于多方博弈模型的混沌粒子群算法，優(yōu)化確定各分布式電源出力的調(diào)整量以及向大電網(wǎng)的購(gòu)（售）電量，從而保證交直流混合微電網(wǎng)內(nèi)的功率平衡，為用戶提供可靠、經(jīng)濟(jì)的電能，實(shí)現(xiàn)能量結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，使分布式電源、電網(wǎng)及負(fù)荷能夠協(xié)調(diào)發(fā)展；

3.3交直流潮流斷面分散協(xié)調(diào)

為了更好的滿足高密度分布式能源的接入以及日益增加的直流負(fù)荷的需要，避免電能在多級(jí)轉(zhuǎn)換中的損耗，融合了交流微網(wǎng)和直流微網(wǎng)各自優(yōu)點(diǎn)的交直流混合微電網(wǎng)已日益成為微電網(wǎng)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。交直流混合微電網(wǎng)包含交流子微網(wǎng)和直流子微網(wǎng)，其交流區(qū)和直流區(qū)通過AC/DC雙向潮流控制器相連。多臺(tái)并列運(yùn)行的AC/DC雙向潮流控制器、電力電子變壓器構(gòu)成了交直流潮流斷面，其對(duì)實(shí)現(xiàn)功率的跨區(qū)交互，以及維持交直流混合微電網(wǎng)內(nèi)功率的動(dòng)態(tài)平衡起到至關(guān)重要的作用。在交直流混合微電網(wǎng)中，交流區(qū)域和直流區(qū)域之間通過功率的雙向流動(dòng)實(shí)現(xiàn)相互支撐，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。交流區(qū)域和直流區(qū)域各自的功率平衡要靠協(xié)調(diào)負(fù)荷、分布式發(fā)電單元、儲(chǔ)能和AC/DC雙向潮流控制器共同完成。因而AC/DC雙向潮流控制器承擔(dān)著交直流區(qū)域之間功率交換的任務(wù)，反映有功功率的交互情況，更是交直流潮流斷面所在。

考慮到分布式電源出力具有波動(dòng)性和不確定性，交直流負(fù)荷具有強(qiáng)隨機(jī)性的特點(diǎn)，交直流混合微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)開發(fā)交直流潮流斷面分散互動(dòng)協(xié)調(diào)功能應(yīng)用，通過交直潮流斷面上多臺(tái)AC/DC雙向潮流控制器、電力電子變壓器的功率通道，協(xié)調(diào)控制各個(gè)對(duì)象，實(shí)現(xiàn)交直流子微網(wǎng)之間潮流跨區(qū)互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)交直流混合微電網(wǎng)內(nèi)功率實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)平衡，同時(shí)改善交流微網(wǎng)內(nèi)頻率質(zhì)量和直流微網(wǎng)內(nèi)的電壓質(zhì)量。

3.4其他功能

交直流混合微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)還有光伏預(yù)測(cè)、負(fù)荷預(yù)測(cè)、負(fù)荷控制、負(fù)荷追蹤、平抑新能源波動(dòng)、備用電源、移峰填谷、離網(wǎng)運(yùn)行、并離網(wǎng)切換及黑啟動(dòng)等功能。

4系統(tǒng)通訊

能量管理與運(yùn)行控制系統(tǒng)分為監(jiān)控與能量管理控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱管理控制系統(tǒng)）和中央控制器兩部分。管理控制系統(tǒng)用于界面展示，能量管理與能量調(diào)節(jié)等。管理控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與中央控制器通訊。

中央控制器通過RS485采集光伏DC/DC、光伏AC/DC、儲(chǔ)能雙向AC/DC、AC/DC換流器、DC/DC變壓器、直流斷路器、充電樁、各類負(fù)荷等設(shè)備數(shù)據(jù)。通過以太網(wǎng)與交流子系統(tǒng)、直流子系統(tǒng)等進(jìn)行通訊。

能量管理與運(yùn)行控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為三部分：應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層。應(yīng)用層配置有操作人員工作站，主要用于運(yùn)行人員監(jiān)視及操作控制；可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)軟件、教據(jù)庫(kù)的在線維護(hù)和修改；接受電網(wǎng)調(diào)度以及完成功率和負(fù)荷預(yù)測(cè)等功能；

應(yīng)用層通過以太網(wǎng)或光纖通訊將這些設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)感知單元層互連，實(shí)現(xiàn)信息交換。

網(wǎng)絡(luò)層包括中央控制器、工業(yè)交換機(jī)、本地配置設(shè)備等。

接收感知層設(shè)備的遙測(cè)、遙信信息以及應(yīng)用層的遙控信息。

感知層主要包括電網(wǎng)系統(tǒng)的一次設(shè)備，如光伏組件及DC/DC變換器、儲(chǔ)能電池及DC/DC變換器等。感知層設(shè)備通過RS485、以太網(wǎng)、CAN等通訊接口接入中央控制器，并接收中央控制器的控制指令。

系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)設(shè)備和中央控制器之間的通信采用網(wǎng)線或者RS485。監(jiān)控與能量管理控制系統(tǒng)和中央控制器采用雙網(wǎng)冗余配置，互為熱備用。中央控制器和監(jiān)控與能量管理控制系統(tǒng)都具備至少雙網(wǎng)口，實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)冗余通訊。軟硬件的冗余結(jié)構(gòu)將確保數(shù)據(jù)可靠、程序安全。

5 Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)概述

5.1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)的先進(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，全天候進(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。

5.2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

本方案遵循的國(guó)家標(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)范第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)第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)范第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)范第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)第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)第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)第1部分：微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則

NB/T10149-2019微電網(wǎng)第2部分：微電網(wǎng)運(yùn)行導(dǎo)則

5.3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、無電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。

5.4型號(hào)說明

6系統(tǒng)配置

6.1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：

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)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：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(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。

7.1.1光伏界面

圖3光伏系統(tǒng)界面

本界面用來展示對(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。

7.1.2儲(chǔ)能界面

圖5儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS參數(shù)設(shè)置界面

本界面主要用來展示對(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。