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淺談光儲充微電網(wǎng)能量管理系統的設計與應用

更新時(shí)間:2024-12-05      瀏覽次數:484

安科瑞 陳聰

摘要:隨著(zhù)能源需求的不斷增加和環(huán)境問(wèn)題的不斷加劇,清潔能源逐漸受到人們的重視。微電網(wǎng)作為一種新興的電力系統,具有可靠性高、靈活性強、能源利用率高、環(huán)保節能等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應用于現代化的城市化進(jìn)程中。微電網(wǎng)系統能夠將傳統的中央電網(wǎng)與分布式電源有機地結合在一起,形成一個(gè)自包含、自主控制的小型電網(wǎng)系統,提高了能源的利用效率和電網(wǎng)的穩定性。本研究的主要目的是探索一種有效的微電網(wǎng)系統設計和優(yōu)化方法,以提高系統的能源利用效率和電網(wǎng)的穩定性。

關(guān)鍵詞:微電網(wǎng)系統;系統設計;系統優(yōu)化

0 引言

隨著(zhù)新能源技術(shù)的不斷發(fā)展,微電網(wǎng)系統已經(jīng)成為可再生能源和能源存儲技術(shù)的重要應用。微電網(wǎng)系統的設計與優(yōu)化是一個(gè)復雜的工程,需要考慮多個(gè)方面的因素。微電網(wǎng)系統的設計應該從能源產(chǎn)生和消耗的模式出發(fā),根據實(shí)際情況選擇合適的能源發(fā)電裝置,也要考慮到能源消耗的模式,需要根據實(shí)際需求選擇合適的設備。在這一過(guò)程中,需要特別關(guān)注設備的品質(zhì)和可靠性,以保證系統的可靠性和穩定性。微電網(wǎng)系統的優(yōu)化也是一個(gè)非常重要的方面,需要根據實(shí)際情況和預測的能源產(chǎn)生與消耗情況,對系統進(jìn)行優(yōu)化設計,以較大程度地提高系統的效率和可靠性。在優(yōu)化過(guò)程中,需要考慮到系統的能量存儲和能量平衡等因素,以保證系統在不同負載下的正常運行。

1 微電網(wǎng)系統基本概念和組成

1. 1 微電網(wǎng)系統的基本概念

微電網(wǎng)又稱(chēng)微型電網(wǎng)或分布式電源系統,是指在一個(gè)局部范圍內,以可再生能源發(fā)電為主、能源存儲和傳輸技術(shù)為輔的電力系統,能夠獨立于傳統的大型電力系統運行,滿(mǎn)足局部電力需求,并具有與外部電網(wǎng)互聯(lián)的能力[1]。微電網(wǎng)通常由分布式發(fā)電系統、能量存儲系統、智能電網(wǎng)控制系統等組成。與傳統的集中式電網(wǎng)不同,微電網(wǎng)可以更好適應當地的用電需求,在能源的供給和需求上更加靈活,使得能源利用更加有效、經(jīng)濟和環(huán)保。微電網(wǎng)可以用于獨立建筑物、封閉校園、工業(yè)園區、孤立地區等。與傳統的中央化電力系統相比,微電網(wǎng)系統更具有靈活性和可靠性,并且更適合于應對氣候變化、自然災害和其他突發(fā)事件等情況。微電網(wǎng)基本結構圖如圖1所示。

圖1 微電網(wǎng)結構圖

1. 2 微電網(wǎng)系統的組成

微電網(wǎng)系統由多種設備和技術(shù)組成,主要包括分布式能源設備、儲能設備、控制系統、變流器、電力設備和智能電表等。分布式能源設備包括太陽(yáng)能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電和生物質(zhì)發(fā)電等,能夠實(shí)現對可再生能源的利用和轉換。儲能設備包括電池儲能系統、壓縮空氣儲能系統和電容儲能系統等,能夠對能量進(jìn)行儲存和釋放,提高電網(wǎng)的穩定性和可靠性??刂葡到y包括運行控制系統和保護控制系統,能夠對電力設備進(jìn)行準確控制和保護,確保電網(wǎng)的穩定運行。變流器主要用于將直流電能轉換為交流電能,實(shí)現對電力設備的接入和輸出。以風(fēng)力發(fā)電系統中的變流器為例,其內部結構如圖2所示,可借助IPM模塊對變流器的網(wǎng)側、機側進(jìn)行構建,通過(guò) 450V 對直流電容進(jìn)行電解,使用兩串聯(lián)、四并聯(lián)的方式可有效提高系統的容量。借助溫度傳感器可以對變流的 IPM 溫度進(jìn)行測,實(shí)時(shí)觀(guān)察溫度的變化。

圖2 變流器內部結構

電力設備包括發(fā)電機組、變壓器、電纜和開(kāi)關(guān)設備等,能夠實(shí)現對電力的輸送、轉換和控制。智能電表是一種高精度的電力計量設備,能夠實(shí)現對電能的準確計量和數據監測,便于對電力服務(wù)進(jìn)行管理和優(yōu)化。

2 微電網(wǎng)系統的設計

2. 1 微電網(wǎng)系統的設計路線(xiàn)

微電網(wǎng)系統的設計涉及到多個(gè)領(lǐng)域的知識,包括電力系統、電子電氣技術(shù)、控制理論、能源經(jīng)濟等。因此,微電網(wǎng)系統設計的技術(shù)路線(xiàn)需要涉及多個(gè)方面,包括系統規劃、系統分析、系統設計、系統實(shí)施和系統優(yōu)化等環(huán)節。首先,進(jìn)行系統規劃,明確微電網(wǎng)系統的建設目標和規模,確定系統的電源和負載需求,分析系統的可行性和經(jīng)濟性。其次,進(jìn)行系統分析,考慮系統的電力負荷特征、電源供給情況、能源管理方式等因素,為系統設計提供基礎數據。接著(zhù),進(jìn)行系統設計,包括選擇適合的電源技術(shù)、設計電網(wǎng)拓撲結構、確定控制策略和通信方案等。在系統實(shí)施階段,需要進(jìn)行設備選型和采購、設備安裝和調試、系統聯(lián)調等工作。最后,進(jìn)行系統優(yōu)化,對系統進(jìn)行可靠性分析、性能評估、經(jīng)濟性分析和環(huán)保指標評估等,進(jìn)一步提出優(yōu)化方案,不斷提高系統性能和經(jīng)濟效益。

2. 2 微電網(wǎng)系統的規劃和布局

微電網(wǎng)是一種基于分布式能源系統的能量管理系統,可以通過(guò)整合太陽(yáng)能、風(fēng)能、儲能和傳統電力系統等多種能源形式來(lái)提供電力,具有很高的靈活性和可靠性。因此,在進(jìn)行微電網(wǎng)系統規劃和布局時(shí),需要考慮能源源的選擇、負載特性、儲能系統、電力網(wǎng)絡(luò )的拓撲及項目經(jīng)濟性等方面。首先,選擇適合本地環(huán)境和資源的能源,例如太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)、地熱能等。

其次,根據當地的電力需求和用電負荷特性,合理地配置負載類(lèi)型和功率。選擇合適的儲能技術(shù),例如電池、電容、壓縮空氣儲能等,以確保微電網(wǎng)的可靠性和穩定性。另外,微電網(wǎng)系統可以采用各種不同的電力網(wǎng)絡(luò )拓撲結構,如單電源微電網(wǎng)、多電源微電網(wǎng)、島式微電網(wǎng)等等。因此,在進(jìn)行微電網(wǎng)規劃和布局時(shí)需要根據實(shí)際情況選擇合適的電力網(wǎng)絡(luò )拓撲。最后,還要從投資、運營(yíng)和維護等方面對微電網(wǎng)系統進(jìn)行經(jīng)濟性分析和評估,確保在規劃和布局中兼顧經(jīng)濟、環(huán)保和可靠性等多方面的因素。

2. 3 微電網(wǎng)系統的拓撲結構設計

在微電網(wǎng)系統的設計中,拓撲結構是一個(gè)非常重要的因素。不同的拓撲結構將會(huì )導致不同的電力網(wǎng)絡(luò )性能和可靠性。一種是單電源微電網(wǎng),是一種簡(jiǎn)單的微電網(wǎng)系統,其由單一的能源源和負載組成。二種是多電源微電網(wǎng)系統,是由多個(gè)能源源和負載組成的系統,可以通過(guò)搭建多個(gè)能源源和多個(gè)負載之間的連接來(lái)構建。多電源微電網(wǎng)系統比單電源微電網(wǎng)系統更加靈活和穩定,允許系統在某些電源故障的情況下繼續運行。三種是島式微電網(wǎng),是一種*全獨立的微電網(wǎng)系統,可以在任何情況下獨立地運行,也可以與傳統電力系統相連接。島式微電網(wǎng)系統一般由多個(gè)能源源、負載和儲能系統組成,這些組件可以在島式微電網(wǎng)系統內部和外部進(jìn)行無(wú)縫連接。島式微電網(wǎng)系統的較大優(yōu)勢在于其全的獨立性和可靠性,但是其建設、運行和維護成本也較高。

3 微電網(wǎng)系統的優(yōu)化

微電網(wǎng)系統作為一種新興的能源系統,已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到廣泛的應用。為了提高微電網(wǎng)系統的效率和經(jīng)濟性,需要對其進(jìn)行優(yōu)化。

3. 1 微電網(wǎng)系統的性能評估

對微電網(wǎng)系統的性能評估是優(yōu)化微電網(wǎng)系統的頭一步。性能評估可以通過(guò)對微電網(wǎng)系統進(jìn)行仿真和實(shí)驗來(lái)實(shí)現。仿真是一種經(jīng)濟、快速、可重復的方法,可以提供微電網(wǎng)系統的建模和性能分析。實(shí)驗則是驗證仿真結果的有效性和可靠性的方法。微電網(wǎng)系統的性能評估主要包括微電網(wǎng)系統的能源利用效率、微電網(wǎng)系統的電能質(zhì)量和微電網(wǎng)系統的可靠性、經(jīng)濟性等指標。微電網(wǎng)系統的能源利用效率是評估微電網(wǎng)系統性能的重要指標。因為微電網(wǎng)系統是通過(guò)發(fā)電機組、電池組、太陽(yáng)能光伏電池、風(fēng)力發(fā)電機等多種能源設備來(lái)提供電力需求的。微電網(wǎng)系統的電能質(zhì)量是指供電系統的電壓、頻率和波形符合既定規范的程度。通過(guò)合理的控制和設計,可以減小電能質(zhì)量波動(dòng)的程度提高電能質(zhì)量。微電網(wǎng)系統在運行中,需要保證系統的穩定性和可靠性。因此,系統故障率、可靠性指標和維護保養周期等指標是評估微電網(wǎng)系統可靠性的重要指標。微電網(wǎng)系統的經(jīng)濟性是指系統的建設和運行成本。評估微電網(wǎng)系統的經(jīng)濟性需要考慮成本和收益之間的平衡。這些指標的評估都可以通過(guò)仿真和實(shí)驗來(lái)實(shí)現。仿真結果可以通過(guò)建立微電網(wǎng)系統數學(xué)模型,利用仿真軟件進(jìn)行模擬計算得到。

3. 2 微電網(wǎng)系統的容量?jì)?yōu)化

容量?jì)?yōu)化是指合理設計和配置微電網(wǎng)系統的發(fā)電機組、電池組、光伏電池、風(fēng)力發(fā)電機等設備的容量,以較大限度地提高微電網(wǎng)系統的性能。微電網(wǎng)系統的容量?jì)?yōu)化需要考慮負荷需求、系統運行模式、資源適應性和經(jīng)濟性等因素。微電網(wǎng)系統的設計應根據負荷需求,合理確定和配置設備的容量。負荷需求的變化,需要根據實(shí)際情況進(jìn)行相應的調整和優(yōu)化。微電網(wǎng)系統的運行模式根據與外部電網(wǎng)連接關(guān)系,主要分為聯(lián)網(wǎng)模式、孤島模式。根據系統運行模式的不同,需要對設備的容量進(jìn)行相應的配置和優(yōu)化。微電網(wǎng)系統的容量?jì)?yōu)化應根據當地的資源情況進(jìn)行適應調整。比如在光照條件較好的地方應優(yōu)先考慮太陽(yáng)能光伏電池等設備;在風(fēng)力較大的地區應優(yōu)先考慮風(fēng)力發(fā)電機等設備。另外,微電網(wǎng)系統的容量?jì)?yōu)化也需要考慮經(jīng)濟性。需要在保證系統性能的前提下,盡可能地降低系統成本,提高經(jīng)濟效益。

3. 3 微電網(wǎng)系統的運行優(yōu)化

微電網(wǎng)系統的運行優(yōu)化是指通過(guò)優(yōu)化微電網(wǎng)系統的運行方式和策略,從而提高微電網(wǎng)系統的效率和經(jīng)

濟性。微電網(wǎng)系統的運行優(yōu)化需要考慮負荷調節、能源優(yōu)化、電能質(zhì)量控制及交互控制等因素。微電網(wǎng)系統的負荷需求是時(shí)刻變化的,因此需要通過(guò)負荷調節等措施來(lái)適應負荷變化。通過(guò)負荷調節控制,可使系統在不同負荷條件下保持穩定運行狀態(tài)。微電網(wǎng)系統是由多種能源設備組成的,因此需要通過(guò)能源優(yōu)化來(lái)達到很不錯的能源利用效率。通過(guò)控制能源設備的啟停和輸出功率,可實(shí)現很不錯的能源利用效率。微電網(wǎng)系統的電能質(zhì)量是評估系統性能的重要指標之一。因此,需要通過(guò)適當的電能質(zhì)量控制策略,使得系統的電能質(zhì)量得到提高。微電網(wǎng)系統中的各種能源設備之間存在相互關(guān)系,因此需要通過(guò)交互控制,使得系統的運行更加穩定和可靠。

4 安科瑞Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統,是我司根據新型電力系統下微電網(wǎng)監控系統與微電網(wǎng)能量管理系統的要求,總結國內外的研究和生產(chǎn)的經(jīng)驗,專(zhuān)門(mén)研制出的企業(yè)微電網(wǎng)能量管理系統。本系統滿(mǎn)足光伏系統、風(fēng)力發(fā)電、儲能系統以及充電樁的接入,整天進(jìn)行數據采集分析,直接監視光伏、風(fēng)能、儲能系統、充電樁運行狀態(tài)及健康狀況,是一個(gè)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(jīng)濟優(yōu)化運行為目標,促進(jìn)可再生能源應用,提高電網(wǎng)運行穩定性、補償負荷波動(dòng);有效實(shí)現用戶(hù)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(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)能量管理系統應采用分層分布式結構,整個(gè)能量管理系統在物理上分為三個(gè)層:設備層、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(xiàn)、屏蔽雙絞線(xiàn)等。系統支持Modbus RTU、Modbus TCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT 等通信規約。

5 應用場(chǎng)所

系統可應用于城市、高速公路、工業(yè)園區、工商業(yè)區、居民區、智能建筑、海島、無(wú)電地區可再生能源系統監控和能量管理需求。

6 系統架構

本平臺采用分層分布式結構進(jìn)行設計,即站控層、網(wǎng)絡(luò )層和設備層

7 系統功能

7.1實(shí)時(shí)監測

微電網(wǎng)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(guān)顯示各電氣回路的運行狀態(tài),實(shí)時(shí)監測光伏、風(fēng)電、儲能、充電樁等各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息,動(dòng)態(tài)監視各回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。其中,各子系統回路電參量主要有:相電壓、線(xiàn)電壓、三相電流、有功/無(wú)功功率、視在功率、功率因數、頻率、有功/無(wú)功電度、頻率和正向有功電能累計值;狀態(tài)參數主要有:開(kāi)關(guān)狀態(tài)、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(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、儲能荷電狀態(tài)及發(fā)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(jìn)行狀態(tài)管理,能夠根據儲能系統的荷電狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)告警,并支持定期的電池維護。

微電網(wǎng)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(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(jìn)行顯示。

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圖2 系統主界面

子界面主要包括系統主接線(xiàn)圖、光伏信息、風(fēng)電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統計列表等。

7.1.1.1 光伏界面

圖 3 光伏系統界面

本界面用來(lái)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(tài)監測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統計及分析、并網(wǎng)柜電力監測及發(fā)電量統計、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數統計、發(fā)電收益統計、碳減排統計、輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監測、發(fā)電功率模擬及效率分析;同時(shí)對系統的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運行數據進(jìn)行展示。

7.1.1.2 儲能界面

圖 4 儲能系統界面

本界面主要用來(lái)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(xiàn)以及電量變化曲線(xiàn)。

圖 5 儲能系統PCS參數設置界面

本界面主要用來(lái)展示對PCS的參數進(jìn)行設置,包括開(kāi)關(guān)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(lái)展示對BMS的參數進(jìn)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(wǎng)側數據界面

本界面用來(lái)展示對PCS電網(wǎng)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(lái)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(shí)針對交流側的異常信息進(jìn)行告警。

圖 9 儲能系統PCS直流側數據界面

本界面用來(lái)展示對PCS直流側數據,主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時(shí)針對直流側的異常信息進(jìn)行告警。

圖 10 儲能系統PCS狀態(tài)界面

本界面用來(lái)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(lái)展示對BMS狀態(tài)信息,主要包括儲能電池的運行狀態(tài)、系統信息、數據信息以及告警信息等,同時(shí)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

本界面用來(lái)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、溫度值及所對應的位置。

7.1.1.3 風(fēng)電界面

圖 13風(fēng)電系統界面

本界面用來(lái)展示對風(fēng)電系統信息,主要包括逆變控制一體機直流側、交流側運行狀態(tài)監測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統計及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數統計、發(fā)電收益統計、碳減排統計、風(fēng)速/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監測、發(fā)電功率模擬及效率分析;同時(shí)對系統的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運行數據進(jìn)行展示。

7.1.1.4 充電樁界面

圖 14 充電樁界面

本界面用來(lái)展示對充電樁系統信息,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(xiàn)、各個(gè)充電樁的運行數據等。

7.1.1.5 視頻監控界面

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圖 15 微電網(wǎng)視頻監控界面

本界面主要展示系統所接入的視頻畫(huà)面,且通過(guò)不同的配置,實(shí)現預覽、回放、管理與控制等。

7.2發(fā)電預測

系統應可以通過(guò)歷史發(fā)電數據、實(shí)測數據、未來(lái)天氣預測數據,對分布式發(fā)電進(jìn)行短期、超短期發(fā)電功率預測,并展示合格率及誤差分析。根據功率預測可進(jìn)行人工輸入或者自動(dòng)生成發(fā)電計劃,便于用戶(hù)對該系統新能源發(fā)電的集中管控。

圖 16 光伏預測界面

7.3策略配置

系統應可以根據發(fā)電數據、儲能系統容量、負荷需求及分時(shí)電價(jià)信息,進(jìn)行系統運行模式的設置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計劃、需量控制、防逆流、有序充電、動(dòng)態(tài)擴容等。

具體策略根據項目實(shí)際情況(如儲能柜數量、負載功率、光伏系統能力等)進(jìn)行接口適配和策略調整,同時(shí)支持定制化需求。

基礎參數

計劃曲線(xiàn)-一充一放

圖 17 策略配置界面

7.4運行報表

應能查詢(xún)各子系統、回路或設備規定時(shí)間的運行參數,報表中顯示電參量信息應包括:各相電流、三相電壓、總功率因數、總有功功率、總無(wú)功功率、正向有功電能、尖峰平谷時(shí)段電量等。

圖 18 運行報表

7.5實(shí)時(shí)報警

應具有實(shí)時(shí)報警功能,系統能夠對各子系統中的逆變器、雙向變流器的啟動(dòng)和關(guān)閉等遙信變位,及設備內部的保護動(dòng)作或事故跳閘時(shí)應能發(fā)出告警,應能實(shí)時(shí)顯示告警事件或跳閘事件,包括保護事件名稱(chēng)、保護動(dòng)作時(shí)刻;并應能以彈窗、聲音、短信和電話(huà)等形式通知相關(guān)人員。

圖 19 實(shí)時(shí)告警

7.6歷史事件查詢(xún)

應能夠對遙信變位,保護動(dòng)作、事故跳閘,以及電壓、電流、功率、功率因數、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)行存儲和管理,方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯,查詢(xún)統計、事故分析。

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圖 20 歷史事件查詢(xún)

7.7 電能質(zhì)量監測

應可以對整個(gè)微電網(wǎng)系統的電能質(zhì)量包括穩態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進(jìn)行持續監測,使管理人員實(shí)時(shí)掌握供電系統電能質(zhì)量情況,以便及時(shí)發(fā)現和消除供電不穩定因素。

1)在供電系統主界面上應能實(shí)時(shí)顯示各電能質(zhì)量監測點(diǎn)的監測裝置通信狀態(tài)、各監測點(diǎn)的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度和正序/負序/零序電流值;

2)諧波分析功能:系統應能實(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:系統應能顯示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(cháng)閃變值;應能提供A/B/C三相電壓波動(dòng)曲線(xiàn)、短閃變曲線(xiàn)和長(cháng)閃變曲線(xiàn);應能顯示電壓偏差與頻率偏差;

4)功率與電能計量:系統應能顯示A/B/C三相有功功率、無(wú)功功率和視在功率;應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;應能提供有功負荷曲線(xiàn),包括日有功負荷曲線(xiàn)(折線(xiàn)型)和年有功負荷曲線(xiàn)(折線(xiàn)型);

5)電壓暫態(tài)監測: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),系統應能產(chǎn)生告警,事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話(huà)等形式通知相關(guān)人員;系統應能查看相應暫態(tài)事件發(fā)生前后的波形。

6)電能質(zhì)量數據統計:系統應能顯示1min統計整2h存儲的統計數據,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:事件記錄應包含事件名稱(chēng)、狀態(tài)(動(dòng)作或返回)、波形號、越限值、故障持續時(shí)間、事件發(fā)生的時(shí)間。

圖 21 微電網(wǎng)系統電能質(zhì)量界面

7.8 遙控功能

應可以對整個(gè)微電網(wǎng)系統范圍內的設備進(jìn)行遠程遙控操作。系統維護人員可以通過(guò)管理系統的主界面完成遙控操作,并遵循遙控預置、遙控返校、遙控執行的操作順序,可以及時(shí)執行調度系統或站內相應的操作命令。

圖 22 遙控功能

7.9 曲線(xiàn)查詢(xún)

應可在曲線(xiàn)查詢(xún)界面,可以直接查看各電參量曲線(xiàn),包括三相電流、三相電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數、SOC、SOH、充放電量變化等曲線(xiàn)。

圖 23 曲線(xiàn)查詢(xún)

7.10 統計報表

具備定時(shí)抄表匯總統計功能,用戶(hù)可以自由查詢(xún)自系統正常運行以來(lái)任意時(shí)間段內各配電節點(diǎn)的發(fā)電、用電、充放電情況,即該節點(diǎn)進(jìn)線(xiàn)用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。對微電網(wǎng)與外部系統間電能量交換進(jìn)行統計分析;對系統運行的節能、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(shí)間、年停電次數等分析;具備對并網(wǎng)型微電網(wǎng)的并網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行電能質(zhì)量分析。

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圖 24 統計報表

7.11 網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

系統支持實(shí)時(shí)監視接入系統的各設備的通信狀態(tài),能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構;可在線(xiàn)診斷設備通信狀態(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備或元件及其故障部位。

圖 25 微電網(wǎng)系統拓撲界面

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

7.12 通信管理

可以對整個(gè)微電網(wǎng)系統范圍內的設備通信情況進(jìn)行管理、控制、數據的實(shí)時(shí)監測。系統維護人員可以通過(guò)管理系統的主程序右鍵打開(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,快速查看某設備的通信和數據情況。通信應支持Modbus RTU、Modbus TCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104 、MQTT等通信規約。

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圖 26 通信管理

7.13 用戶(hù)權限管理

應具備設置用戶(hù)權限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作(如遙控操作,運行參數修改等)??梢远x不同級別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限,為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

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圖 27 用戶(hù)權限

7.14 故障錄波

應可以在系統發(fā)生故障時(shí),自動(dòng)準確地記錄故障前、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(dòng)作、提高電力系統安全運行水平有著(zhù)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

7.15 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)掃描數據,包括開(kāi)關(guān)位置、保護動(dòng)作狀態(tài)、遙測量等,形成事故分析的數據基礎。

用戶(hù)可自定義事故追憶的啟動(dòng)事件,當每個(gè)事件發(fā)生時(shí),存儲事故*10個(gè)掃描周期及事故后10個(gè)掃描周期的有關(guān)點(diǎn)數據。啟動(dòng)事件和監視的數據點(diǎn)可由用戶(hù)規定和隨意修改。

圖 29 事故追憶

8 系統硬件配置

名稱(chēng)

型號

圖片

功能

       

微電網(wǎng)能量管理系統

Acrel-2000MG

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系統能夠對企業(yè)微電網(wǎng)的源(市電、分布式光伏、微型風(fēng)機)、網(wǎng)(企業(yè)內部配電網(wǎng))、荷(固定負荷和可調負荷)、儲能系統、新能源汽車(chē)充電負荷進(jìn)行實(shí)時(shí)監控、診斷告警、全景分析、有序管理和控制功能,滿(mǎn)足微電網(wǎng)運行監視整體化、安全分析智能化、調整控制前瞻化、全景分析動(dòng)態(tài)化的需求,實(shí)現不同目標下源網(wǎng)荷儲資源之間的靈活互動(dòng),支持多種策略控制下系統的穩定運行,保證微電網(wǎng)安全、可靠、穩定運行

       

通信管理機
(遠動(dòng)232數字化101上傳使用)

ANet-YW1E1

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1路10M/100M以太網(wǎng)口、 2路RS485與232復用串口,可選1路移動(dòng)4G上傳通道;軟件支持工業(yè)&電力協(xié)議轉換、多通道上傳、工程備份和遠程管理、數據斷線(xiàn)存儲等,標準數據容量為100點(diǎn)

協(xié)調控制器

ACCU-100

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支持串口、以太網(wǎng)等多通道實(shí)時(shí)運行,滿(mǎn)足各類(lèi)風(fēng)電與光伏逆變器、儲能等設備接入;支持 Modbus RTU、Modbus TCP、IEC 60870-5-101、IEC 60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT 等通信規約,可實(shí)現云邊協(xié)同(結合安科瑞智慧能源管理云平臺進(jìn)行遠程運維)、OTA 升級、就地/遠程切換、本地人機交互(選配);靈活的報警閾值設置、主動(dòng)上傳報警信息、數據合并計算、邏輯控制、斷點(diǎn)續傳、數據加密、4G 路由;防逆流、計劃曲線(xiàn)、削峰填谷、需量控制、有功/無(wú)功控制、光儲協(xié)調等,并支持策略定制;基于不可信模型設計的用戶(hù)權限,防止非法用戶(hù)侵入;基于數據加密與數據安全驗證技術(shù),采用數據標定與防篡改機制,實(shí)現數據固證和可追溯;采集分析包括電池、溫控及消防在內的全站信號與測量數據,實(shí)現運行安全預預測。

模塊化智能網(wǎng)關(guān) 主模塊

ANet-2E4SM

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2 路 10/100M 自適應以太網(wǎng)接口
4 路光耦隔離 RS485 + 1 路 RS232(調試口)串行接口
模塊化設計,可搭配485模塊拓展串行接口數量,可搭配4G模塊實(shí)現4G上傳
標配8路無(wú)源干接點(diǎn)可實(shí)時(shí)采集開(kāi)關(guān)量信息

       

模塊化智能網(wǎng)關(guān) 擴展模塊

ANet-M485

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ANet-2E4SM的拓展模塊,拓展4路RS485串行接口

       

模塊化智能網(wǎng)關(guān) 擴展模塊

ANet-M4G

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ANet-2E4SM的拓展模塊,拓展4G上傳功能

       

可編程智能電測表

AMC96L-E4/KC(II)

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集成全部電力參數的測量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、頻率、功率因數等)、復費率電能計量、四象限電能計量、諧波分析以及電能監測和考核管理。多種外圍接口功能:帶有RS485/MODBUS-RTU協(xié)議;帶開(kāi)關(guān)量輸入和繼電器輸出可實(shí)現斷路器開(kāi)關(guān)的“遙信”和“遙控”的功能,采用LCD顯示界面,通過(guò)面板按鍵來(lái)實(shí)現參數設置和控制,非常適合于實(shí)時(shí)電力監控系統。

       

直流監測儀表

PZ96L-DE

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可測量直流系統中的電壓、電流、功率、正向與反向電能??蓭S485通訊接口、模擬量數據轉換、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出等功能,既可用于本地顯示,又能與工控設備、計算機連接,組成測控系統

       

防孤島保護裝置

AM5SE-IS

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指防止分布式電源并網(wǎng)發(fā)電系統非計劃持續孤島運行的繼電保護措施,防止電網(wǎng)出現孤島效應。孤島是一種電氣現象,發(fā)生在一部分的電網(wǎng)和主電網(wǎng)斷開(kāi),而這部分電網(wǎng)*全由分布式電源系統來(lái)供電。在微電網(wǎng)中一定要配備防孤島裝置。裝置具有低電壓保護、過(guò)電壓保護、高頻保護、低頻保護、逆功率保護、檢同期、有壓合閘等保護功能。

       

箱變測控裝置

AM6-PWC

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具備保護、通信管理機功能、環(huán)網(wǎng)交換機功能的測控裝置

       

電能質(zhì)量監測裝置

APView500

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集諧波分析/波形采樣/電壓閃變監測/電壓不平衡度監測等穩態(tài)監測、電壓暫降/暫升/短時(shí)中斷等暫態(tài)監測、事件記錄、測量控制等功能為一體。裝置在電能質(zhì)量指標參數測量方法的標準化和指標參數的測量精度以及時(shí)鐘同步、事件標記功能等各個(gè)方面均達到了IEC61000-4-30 A類(lèi)標準,能夠滿(mǎn)足110kV及以下供電系統電能質(zhì)量監測的要求。

       

故障解列裝置

AM6-A1

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適用于 110kV 以下電壓等級的負荷側或小電源側的故障解列

       

三遙單元

ARTU-K16

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對現場(chǎng)工業(yè)設備的狀態(tài)進(jìn)行監測和控制,分為開(kāi)關(guān)量信號采集和繼電器輸出,用于執行系統的遙控操作。

       

9 結束語(yǔ)

目前,全球能源結構正朝著(zhù)清潔能源化、智能化、分布式化的方向不斷發(fā)展,微電網(wǎng)系統作為一個(gè)能夠實(shí)現清潔能源利用、智能化控制和分布式供電的系統,其市場(chǎng)前景非常廣闊。而且,考慮到人口增長(cháng)和城市化的趨勢,以及能源效率和環(huán)境保護的需求,微電網(wǎng)系統將成為解決城市能源供需矛盾的重要手段。同時(shí),隨著(zhù)新能源技術(shù)的逐步成熟和智能化技術(shù)的不斷應用,微電網(wǎng)系統也將逐漸走向普及化。微電網(wǎng)系統的設計與優(yōu)化重要性日益凸顯,因此,要不斷加大這方面的研究與技術(shù)創(chuàng )新,以提高微電網(wǎng)系統的能效和可靠性。

參考文獻

[1]張皓.微電網(wǎng)系統的設計與優(yōu)化[J].東方電氣評論,2023,37(2):48-52.

[2]邱益林 . 智能電網(wǎng)可再生能源微電網(wǎng)系統設計分析[J].太陽(yáng)能學(xué)報,2023,44(8):568.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與選型手冊.2022.05版.

 

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