微电网能量管理控制系统

1、概述

能量管理系统用于保障微电网的稳定和经济优化运行。其是一种计算机系统，包括提供基本支持服务的软件平台，以及提供使微电网内发电、配电、用电设备有效运行所需功能的一套应用软件，是微电网监控系统核心，担负着系统电源管理、负荷管理以及统计分析、评估等功能。微电网能量管理系统基本功能包括数据信息采集和处理、数据库管理、人机界面、设备控制等。系统控制功能包括微网运行基础控制、计划无缝切换控制、外部故障下的无缝切换控制、离网功率平衡优化控制、功率波动平滑控制等。系统应用功能包括分布式电源的运行分析与展示、微网运行效益分析、有功功率整体优化控制、无功电压整体优化控制、电能质量优化控制等。

2、应用场所

1）光伏发电、风力发电等新能源

2）发电厂、新能源电站

3）园区、发电站等

4）自发自用分布式发电

3、结构

（1）系统结构

能量管理系统的典型实施方案如下图所示，由就地设备层、协调控制层和能量管理层组成。就地设备层为光伏发电储能电池、可中断负荷、可控负荷等设备；协调控制层由通信控制器、串口服务器、光纤交换机、协调控制器等设备构成；能量管理层由前置服务器、工作站、GPS、防火墙、打印机、显示大屏等构成。协调控制负责微网运行基础控制、计划无缝切换控制、外部故障下的无缝切换控制、离网功率平衡优化控制、功率波动平滑控制等功能；能量管理负责全局能量管理目标制定、全局优化策略运行和具体执行目标下发。

能量管理系统结构

（2）系统软件结构

能量管理系统软件体系结构由操作系统、支撑平台、应用功能共三个层次组成，应用功能又分为基本应用功能和管理功能两个部分，如下图所示。操作系统支持跨平台，支撑平台包含数据采集管理、数据库管理、网络通信管理、图形管理、报表管理、权限管理、报警管理、计算统计等模块。基本应用功能包括SCADA处理、监控功能、统计分析功能、安全WEB数据发布等。管理功能包括全局能量管理目标制定等。

能量管理系统软件层次结构图

协调控制器采用B/S结构，包括硬件控制器、功能控制软件和浏览器用户工作界面。协调控制器的软件体系结构如下图所示。协调控制器的服务器端包括支撑软件和功能软件两部分。功能软件包括微电网协调控制和设备协调控制。微电网协调控制功能包括微网运行基础控制、无缝切换控制、功率平衡优化控制、功率波动平滑控制、有功功率整体优化控制、无功电压整体优化控制、电能质量优化控制等。设备协调控制功能包括光伏发电出力控制、可控负荷调节、可中断负荷调节、有功无功优化控制。协调控制器的浏览器端是用户工作界面，可观察协调控制功能软件工作状态、配置参数、控制工作模式等。

协调控制软件层次结构图

4、功能

（1）设备监控

实时监测微电网系统内各设备运行状态，并能对设备进行控制与运行情况分析。系统采集和处理各类实时数据，并将实时数据处理后送至实时数据库与历史数据库。例如：对储能电池的实时运行信息、报警信息进行的监控，并进行多方面的统计和分析，实现对储能的掌控；

（2）运行控制

1）基本控制功能：实现微电网离网启动与停止

2）计划无缝切换功能：按照计划要求实现微电网从并网状态无缝转化成离网状态以及从离网状态无缝转化成并网状态。无缝切换过程中微电网内的负荷不会失电。

3）非计划无缝切换功能：在微电网内的储能功率足够支撑负荷功率的前提下，可以实现外部失电情况下微电网自动从并网状态无缝转换成离网状态，但是该转换过程中会有短暂的电压下跌（几十毫秒）。

4）非计划有缝切换功能：在微电网内的储能功率不足够支撑负荷功率的时，若发生外部失电情况，则微电网自动从并网状态有缝转换成离网状态，有缝转换过程中微网内的负荷会失电。有缝转换在外部电网失电时先将微网转入停机状态，同时切除非重要负荷，保障重要负荷，使得储能功率足以支撑微网内的负荷，然后执行微网离网启动过程。

5）离网功率平衡控制功能：微网离网运行时，首要目标是保证重要负荷的供电，在此基础上，可有选择地保证非重要负荷的供电。离网功率平衡控制策略的核心是根据微电网内储能单元的剩余储能容量决定微电网内发电单元和负荷单元的调节方法。

6）设备计划控制：对特定需要计划运行的设备，可以编制计划值或计划运行曲线，使得该设备按照计划值或计划曲线运行。

5、设备选型