0 引言

在能源危機(jī)和環(huán)境問題日益嚴(yán)重的今天，微電網(wǎng)作為分布式能源的重要組成部分，越來越受到人們的關(guān)注。微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)（Microgrid Energy Management System, MEMS）作為微電網(wǎng)的大腦，其策略控制如何實(shí)現(xiàn)，直接關(guān)系到微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和能源的高效利用。本文將從策略控制的角度出發(fā)，深入探討微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理與深度思考。

1 微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的基本概念

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)是指對微電網(wǎng)內(nèi)各種分布式能源進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、優(yōu)化調(diào)度的系統(tǒng)。它通過對電源、負(fù)荷、儲能等資源的實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)測和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的自治、自穩(wěn)和自優(yōu)化。策略控制作為微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的核心，其實(shí)現(xiàn)方式直接決定了微電網(wǎng)的性能和效率。

2 策略控制如何實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)收集與監(jiān)測：

?實(shí)時(shí)收集微電網(wǎng)內(nèi)的所有分布式電源（如光伏、風(fēng)力、燃料電池）、儲能系統(tǒng)、負(fù)荷以及外部電網(wǎng)的狀態(tài)信息。

監(jiān)測天氣預(yù)報(bào)、電價(jià)信號、電網(wǎng)要求等外部因素。

預(yù)測分析：

?利用歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前趨勢預(yù)測可再生能源的發(fā)電量。

預(yù)測負(fù)荷需求，可能基于時(shí)間、季節(jié)、用戶行為等因素。

預(yù)估外部電網(wǎng)的電價(jià)波動和可用性。

優(yōu)化算法應(yīng)用：

?應(yīng)用數(shù)學(xué)模型和算法（如線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、遺傳算法、粒子群優(yōu)化等）來確定最優(yōu)的發(fā)電、儲能和負(fù)荷管理策略。

考慮成本最小化、碳排放最低、電網(wǎng)穩(wěn)定性最高等多個(gè)目標(biāo)函數(shù)。

決策制定：

根據(jù)優(yōu)化結(jié)果，為分布式電源設(shè)定功率輸出目標(biāo)，例如調(diào)整光伏逆變器的輸出或啟動/停止柴油發(fā)電機(jī)。

決定何時(shí)充電或放電儲能系統(tǒng)，以平衡供需或利用低電價(jià)時(shí)段。

實(shí)施需求響應(yīng)計(jì)劃，激勵用戶在高峰時(shí)段減少負(fù)荷或在非高峰時(shí)段增加負(fù)荷。

控制執(zhí)行：

?發(fā)送指令到各分布式能源資源和負(fù)荷控制單元，實(shí)施決策。

進(jìn)行頻率和電壓控制，確保微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

監(jiān)控與反饋：

?監(jiān)控執(zhí)行效果，收集實(shí)際數(shù)據(jù)與預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。

分析偏差原因，如天氣變化、設(shè)備故障等，并調(diào)整模型和策略。

應(yīng)急響應(yīng)：

?在電網(wǎng)故障或異常情況下，自動切換至孤島運(yùn)行模式，優(yōu)先保障重要負(fù)荷供電。

采取措施恢復(fù)系統(tǒng)穩(wěn)定，如啟動備用電源或減少非關(guān)鍵負(fù)荷。

持續(xù)優(yōu)化：

?基于實(shí)時(shí)反饋和學(xué)習(xí)機(jī)制，不斷調(diào)整和優(yōu)化控制策略。

定期評估系統(tǒng)性能，考慮技術(shù)進(jìn)步和市場變化，更新EMS軟件和硬件。

?這些步驟需要高度集成的通信網(wǎng)絡(luò)和先進(jìn)的控制技術(shù)來支持，同時(shí)也依賴于高質(zhì)量的數(shù)據(jù)和精確的預(yù)測模型。在實(shí)踐中，EMS通常會采用分層控制架構(gòu)，其中包含本地控制、協(xié)調(diào)控制和集中控制等層次，以確保系統(tǒng)能在各種條件下高效、可靠地運(yùn)行。

3 Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

3.1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(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；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。

3.2架構(gòu)

3.3功能

數(shù)據(jù)監(jiān)測與展示

- 系統(tǒng)應(yīng)精確監(jiān)測并實(shí)時(shí)顯示百和正序、負(fù)序、零序電壓值，三相電流不平衡度百分比，以及正序、負(fù)序、零序電流值。

- 諧波分析功能應(yīng)涵蓋A/B/C三相電壓和電流的總諧波畸變率，以及奇次、偶次諧波的電壓和電流總畸變率。系統(tǒng)應(yīng)能以柱狀圖形式展示2-63次諧波電壓和電流含有率，以及0.5～63.5次間諧波電壓和電流含有率。

- 電壓波動與閃變監(jiān)測應(yīng)包含A/B/C三相電壓的波動值、短閃變值和長閃變值，并提供相應(yīng)的波動曲線和閃變曲線。同時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)顯示電壓偏差與頻率偏差。

- 功率與電能計(jì)量應(yīng)準(zhǔn)確顯示A/B/C三相的有功功率、無功功率和視在功率，以及三相的總功率和功率因數(shù)。系統(tǒng)應(yīng)提供有功負(fù)荷曲線，包括日曲線和年曲線。

- 電壓暫態(tài)監(jiān)測功能在電能質(zhì)量暫態(tài)事件發(fā)生時(shí)，應(yīng)產(chǎn)生告警，并通過彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等方式通知相關(guān)人員。系統(tǒng)應(yīng)能查看暫態(tài)事件發(fā)生前后的波形。

- 電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)應(yīng)包含1min統(tǒng)計(jì)整2h存儲的數(shù)據(jù)，如均值、最大值、最小值、95%概率值和方均根值。

- 事件記錄查看功能應(yīng)詳細(xì)記錄事件名稱、狀態(tài)、波形號、越限值、故障持續(xù)時(shí)間和事件發(fā)生時(shí)間。

遠(yuǎn)程控制

- 系統(tǒng)應(yīng)支持對整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)設(shè)備的遠(yuǎn)程遙控操作。系統(tǒng)維護(hù)人員可通過管理系統(tǒng)主界面完成遙控操作，遵循預(yù)置、返校、執(zhí)行的操作順序，及時(shí)執(zhí)行調(diào)度系統(tǒng)或站內(nèi)操作命令。

曲線查詢

- 曲線查詢界面應(yīng)允許直接查看各電參量曲線，包括但不限于三相電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、SOC、SOH、充放電量變化等。

統(tǒng)計(jì)報(bào)表

- 系統(tǒng)應(yīng)提供定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來的任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況。報(bào)表應(yīng)涵蓋進(jìn)線用電量、各分支回路消耗電量，以及微電網(wǎng)與外部系統(tǒng)間電能量交換的統(tǒng)計(jì)分析。同時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能分析系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能、收益等，以及微電網(wǎng)供電可靠性，包括年停電時(shí)間和次數(shù)等。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

- 系統(tǒng)應(yīng)支持實(shí)時(shí)監(jiān)視接入設(shè)備的通信狀態(tài)，完整顯示系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)應(yīng)能在線診斷設(shè)備通信狀態(tài)，并在網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)自動顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

通信管理

- 系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)φ麄€(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信進(jìn)行管理、控制及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測。維護(hù)人員可通過管理系統(tǒng)的主程序打開通信管理程序，啟動所有端口或特定端口，快速查看設(shè)備通信和數(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。

用戶權(quán)限管理

- 系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置用戶權(quán)限管理功能，防止未經(jīng)授權(quán)的操作。通過定義不同級別用戶的登錄名、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。

故障錄波

- 系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)自動準(zhǔn)確記錄故障前后各相關(guān)電氣量的變化情況。故障錄波共可記錄16條，每條錄波可觸發(fā)6段錄波，每次錄波總時(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。

事故追憶

- 系統(tǒng)應(yīng)能自動記錄事故時(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)動作狀態(tài)、遙測量等，為事故分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。用戶可自定義事故追憶的啟動事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點(diǎn)。

4 結(jié)語

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的策略控制是實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和能源高效利用的關(guān)鍵。通過預(yù)測與控制算法、分布式優(yōu)化技術(shù)和實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)等技術(shù)手段，可以實(shí)現(xiàn)策略控制的有效實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，面對未來的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，我們需要不斷進(jìn)行深入的思考和探索，推動微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的不斷發(fā)展和完善。

審核編輯 黃宇