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，對交直流混合微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)關鍵技術進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、主要功能及系統(tǒng)通訊等方面進行了分析，并對其未來發(fā)展進行了展望，以期為能量管理與運行控制系統(tǒng)的研究和發(fā)展起到一定的推動作用。

關鍵詞：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，構成交直流互補式供能系統(tǒng)。根據(jù)不同種類的分布式電源（交流型、直流型）和儲能設備供給電能和存儲電能方式的不同，來確定接入電網(wǎng)的方式，可有效提高運行效率；同時，根據(jù)交流負荷和直流負荷用電方式不同，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)，從而有效降低多級變換造成的能量損耗；交直流混合微電網(wǎng)中直流網(wǎng)絡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)的諸多特點和優(yōu)勢，對交直流混合微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)進行開發(fā)和研究，以解決交直流混合微電網(wǎng)與配電網(wǎng)協(xié)調、交直流潮流斷面分散協(xié)調、源荷互動協(xié)調、源源互動協(xié)調等復雜問題，同時通過優(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，為需求側提供一個穩(wěn)定、可靠、綠色的供用電環(huán)境，具有較大的現(xiàn)實意義。

2系統(tǒng)結構

能量管理與運行控制系統(tǒng)（能量管理系統(tǒng)）由中央控制器和能量管理服務器組成。配置一套“源網(wǎng)荷儲、多能互補”協(xié)調互動技術的綜合能源管控系統(tǒng)，在以分布式光伏、直流負荷、充電樁，儲能設備等構成的交直流微網(wǎng)的基礎上，通過采集光伏變流器、儲能變流器、風機變流器、充電樁、交直流多元化負荷、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)控和管理整個能源系統(tǒng)，實現(xiàn)能源就地消納、電能質量監(jiān)測、負荷管理、用電信息采集、用戶用能服務、削峰填谷、優(yōu)化運行和經(jīng)濟調度等功能等功能。

3系統(tǒng)功能

3.1實時數(shù)據(jù)采集與處理

（1）具備數(shù)據(jù)采集功能，實時數(shù)據(jù)可從變流器、測控裝置等采集，也可從監(jiān)控系統(tǒng)獲取。

（2）運行人員可在操作臺上進行微電網(wǎng)源網(wǎng)荷互動優(yōu)化、分散互動協(xié)調功能切換，實現(xiàn)微電網(wǎng)優(yōu)化運行。

（3）具備安全閉鎖功能。在運行參數(shù)超出規(guī)定的約束條件或相關保護動作時，控制功能自動閉鎖，運行狀態(tài)異常時及時報警。

（4）具備運行監(jiān)視功能。運行人員能方便地監(jiān)視交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)的運行工況，母線電壓、有功功率、無功功率、開關狀態(tài)、設備運行狀態(tài)、與其他設備的通信狀態(tài)，能對一些關鍵狀態(tài)進行監(jiān)視。

（5）具備報警處理功能。能量管理系統(tǒng)運行異?；蚬收蠒r能自動報警，停止分配結果輸出，并形成事件記錄。

（6）提供嚴格的權限管理保障運行人員操作安全。

（7）具備事件記錄功能，可對能量管理系統(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)供電互相補充，與大電網(wǎng)進行功率交換是交直流混合微電網(wǎng)的通常運行模式。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)、負荷，而源網(wǎng)荷的建設及投資由不同主體管控，隸屬于不同的主體，在電力市場環(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體，具有的決策權，相互之間通過電量或電價聯(lián)系。由于各方投資對象和關注的點不同，各方的投資收益受對方?jīng)Q策的影響，三方之間存在博弈關系，面向復雜主體多目標優(yōu)化的博弈論可以解決這一難題。當微電網(wǎng)內(nèi)負荷需求波動時，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（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整量以及向大電網(wǎng)的購（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)濟的電能，實現(xiàn)能量結構的優(yōu)化，使分布式電源、電網(wǎng)及負荷能夠協(xié)調發(fā)展；

3.3交直流潮流斷面分散協(xié)調

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荷的需要，避免電能在多級轉換中的損耗，融合了交流微網(wǎng)和直流微網(wǎng)各自優(yōu)點的交直流混合微電網(wǎng)已日益成為微電網(wǎng)領域研究的熱點。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。多臺并列運行的AC/DC雙向潮流控制器、電力電子變壓器構成了交直流潮流斷面，其對實現(xiàn)功率的跨區(qū)交互，以及維持交直流混合微電網(wǎng)內(nèi)功率的動態(tài)平衡起到至關重要的作用。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實現(xiàn)相互支撐，實現(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)調負荷、分布式發(fā)電單元、儲能和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著交直流區(qū)域之間功率交換的任務，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性和不確定性，交直流負荷具有強隨機性的特點，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協(xié)調功能應用，通過交直潮流斷面上多臺AC/DC雙向潮流控制器、電力電子變壓器的功率通道，協(xié)調控制各個對象，實現(xiàn)交直流子微網(wǎng)之間潮流跨區(qū)互補，實現(xiàn)交直流混合微電網(wǎng)內(nèi)功率實時、動態(tài)平衡，同時改善交流微網(wǎng)內(nèi)頻率質量和直流微網(wǎng)內(nèi)的電壓質量。

3.4其他功能

交直流混合微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)還有光伏預測、負荷預測、負荷控制、負荷追蹤、平抑新能源波動、備用電源、移峰填谷、離網(wǎng)運行、并離網(wǎng)切換及黑啟動等功能。

4系統(tǒng)通訊

能量管理與運行控制系統(tǒng)分為監(jiān)控與能量管理控制系統(tǒng)（簡稱管理控制系統(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、各類負荷等設備數(shù)據(jù)。通過以太網(wǎng)與交流子系統(tǒng)、直流子系統(tǒng)等進行通訊。

能量管理與運行控制系統(tǒng)網(wǎng)絡架構分為三部分：應用層、網(wǎng)絡層、感知層。應用層配置有操作人員工作站，主要用于運行人員監(jiān)視及操作控制；可實現(xiàn)對系統(tǒng)軟件、教據(jù)庫的在線維護和修改；接受電網(wǎng)調度以及完成功率和負荷預測等功能；

應用層通過以太網(wǎng)或光纖通訊將這些設備與現(xiàn)場感知單元層互連，實現(xiàn)信息交換。

網(wǎng)絡層包括中央控制器、工業(yè)交換機、本地配置設備等。

接收感知層設備的遙測、遙信信息以及應用層的遙控信息。

感知層主要包括電網(wǎng)系統(tǒng)的一次設備，如光伏組件及DC/DC變換器、儲能電池及DC/DC變換器等。感知層設備通過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)各個設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，實現(xiàn)雙網(wǎng)冗余通訊。軟硬件的冗余結構將確保數(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，總結國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的先進經(jīng)驗，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)、風力發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電樁的接入，全天候進行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、風能、儲能系統(tǒng)、充電樁運行狀態(tài)及健康狀況，是一個集監(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)定的基礎上以經(jīng)濟優(yōu)化運行為目標，提升可再生能源應用，提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性、補償負荷波動；有效實現(xiàn)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(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(tǒng)應采用分層分布式結構，整個能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個層：設備層、網(wǎng)絡通信層和站控層。站級通信網(wǎng)絡采用標準以太網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議，物理媒介可以為光纖、網(wǎng)線、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技術標準

本方案遵循的國家標準有：

本技術規(guī)范書提供的設備應滿足以下規(guī)定、法規(guī)和行業(yè)標準：

GB/T26802.1-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范第1部分：通用要求

GB/T26806.2-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)工業(yè)控制計算機基本平臺第2部分：性能評定方法

GB/T26802.5-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范第5部分：場地安全要求

GB/T26802.6-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范第6部分：驗收大綱

GB/T2887-2011計算機場地通用規(guī)范

GB/T20270-2006信息安全技術網(wǎng)絡基礎安全技術要求

GB50174-2018電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范

DL/T634.5101遠動設備及系統(tǒng)第5-101部分:傳輸規(guī)約基本遠動任務配套標準

DL/T634.5104遠動設備及系統(tǒng)第5-104部分:傳輸規(guī)約采用標準傳輸協(xié)議子集的IEC60870-5-網(wǎng)絡訪問101

GB/T33589-2017微電網(wǎng)接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定

GB/T36274-2018微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)技術規(guī)范

GB/T51341-2018微電網(wǎng)工程設計標準

GB/T36270-2018微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術規(guī)范

DL/T1864-2018型微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術規(guī)范

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調度運行規(guī)范

T/CEC150-2018低壓微電網(wǎng)并網(wǎng)一體化裝置技術規(guī)范

T/CEC151-2018并網(wǎng)型交直流混合微電網(wǎng)運行與控制技術規(guī)范

T/CEC152-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)需求響應技術要求

T/CEC153-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)負荷管理技術導則

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調度運行規(guī)范

T/CEC5005-2018微電網(wǎng)工程設計規(guī)范

NB/T10148-2019微電網(wǎng)第1部分：微電網(wǎng)規(guī)劃設計導則

NB/T10149-2019微電網(wǎng)第2部分：微電網(wǎng)運行導則

5.3適用場合

系統(tǒng)可應用于城市、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型號說明

6系統(tǒng)配置

6.1系統(tǒng)架構

本平臺采用分層分布式結構進行設計，即站控層、網(wǎng)絡層和設備層，詳細拓撲結構如下：

7系統(tǒng)功能

7.1實時監(jiān)測

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機界面友好，應能夠以系統(tǒng)一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開關等合、分閘狀態(tài)及有關故障、告警等信號。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值；狀態(tài)參數(shù)主要有：開關狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

系統(tǒng)應可以對分布式電源、儲能系統(tǒng)進行發(fā)電管理，使管理人員實時掌握發(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(tǒng)應可以對儲能系統(tǒng)進行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進行及時告警，并支持定期的電池維護。

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(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，儲能及光伏系統(tǒng)信息進行顯示。

7.1.1光伏界面

圖3光伏系統(tǒng)界面

本界面用來展示對光伏系統(tǒng)信息，主要包括逆變器直流側、交流側運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、輻照度/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進行展示。

7.1.2儲能界面

圖5儲能系統(tǒng)PCS參數(shù)設置界面

本界面主要用來展示對PCS的參數(shù)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。