摘要：以海岛为研究对象，根据其负荷及供电特点，对其微电网及其能量管理系统展开研究。

关键词：孤岛；微电网；能量管理系统；可再生能源

O引言

随着电网“建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展，以信息化、自动化、互动化为特征的坚强智能电网”的提出，我国电力工业进入大容量、高电压的大电网阶段，网架结构日益复杂，由于大范围交流同步电网存在低频振荡和不稳定性，导致大面积停电的可能性变大。而微电网是对现有大电网的有效补充，可以在离网和并网两种状态之间任意切换，能提高电力系统的可靠性和抗灾能力，同时微电网还有利于提高电能质量和可再生能源在我国的发展。

孤岛微电网是为大电网无法覆盖地区提供电能的一种有效途径。在我国，海岛地理位置独特，风能、太阳能等资源充足，非常适合微电网的构建。微电网系统承受扰动的能力相对较弱，尤其是在孤岛(自主)运行模式下，考虑到风能、太阳能资源的随机性，系统的安全性可能面临更高的风险。微电网能量管理系统可以保障微电网的稳定运行。本文将对典型的孤岛——海岛的微电网及能量管理系统进行分析、研究。

1海岛微电网特点

海岛的负荷及供电具有负荷区域集中、功率等级小(一般在1MW以下)等特点。海岛上通常使用柴油发电作为主要能源。故其供电往往需要持续性地提供柴油补给，用电成本高，有时会受气候等因素影响无法补给，而且柴油发电也存在噪声及环境污染等缺陷。海岛上可利用的可再生能源通常有：风能、潮汐能、波浪能、洋流能等。

2海岛微网及其能量管理系统设计

2.1设计目标及系统结构

根据海岛的多能源及供电用电特点，系统设计目标包含：供电功率能支持到2MW，可以满足绝大部分中小岛屿的供电需求；支持化石能源、风能、光伏、海洋能等多能源接入，且支持多能源间的无缝切换及组合；多能源能量输入与用户负荷端隔离，保障用电安全；大限度提高清洁能源的利用率；通过的电池管理控制，保证储能单元的使用寿命。根据系统功能及设计目标，所构建系统的结构框图如图1所示。

该系统有如下特点：

(1)采用集中直流母线架构，所有能量交换均发生在直流母线。

(2)直流母线上的电能通过交流电压源逆变器转换为交流电源，负载从交流电源上获取电能。直流母线与交流母线通过逆变器隔离。

(3)储能单元直挂直流母线，可根据发电与用电端的负载匹配状况，自动进行充、放电转换。

(4)通过能量管理系统对各能源的发电功率进行调度，调度原则是以使用可再生能源为主，在不影响储能单元寿命的前提下，尽量少用或不用化石能源。

2.2系统运行方式

以柴油发电机组和风力发电机组分别代表化石能源和可再生能源。以柴油发电机组为代表的化石能源不宜频率启动，并且启动后通常有运行时间少的要求，故系统的基本运行原则为：较大化可再生能源输出，当负载足够消纳时，可再生能源始终保持较大出力；较小化化石能源的启动频率，当化石能源启动后，一直运行到储能单元达到较大充电状态时停止；充分保护蓄电池组寿命，根据蓄电池组的类型，使蓄电池组保持在正常运行状态，保护蓄电池组寿命。系统有风储模式、风柴储模式和纯柴模式等三种运行方式。其中纯柴模式下，柴油机组作为交流电压源使用，通过旁路开关直接向负载供电，可控整流器与交流逆变器均不工作，该模式属于应急备用模式。三类模式的运行方式如图2所示。

微网系统的自动运行主要通过能量管理系统通过储能电池组、蓄电池管理系统、输出逆变器之间的配合运行而实现。

3系统控制策略

根据系统的能量管理目标，系统采用修正的硬充电控制策略(RHCC)，即仅在蓄电池荷电状态达到下限临界值时启动化石能源发电，启动之后使化石能源保持能够稳定系统且为蓄电池组充电的较小功率运行，当蓄电池组充满之后停止化石能源发电。其中蓄电池组荷电状态下限为不影响蓄电池组寿命的预设值，根据储能单元的类型不同而有所区别。

4 Acrel-2000MG微电网能量管理系统概述

4.1概述

Acrel-2000MG微电网能量管理系统，是我司根据新型电力系统下微电网监控系统与微电网能量管理系统的要求，总结国内外的研究和生产的经验，专门研制出的企业微电网能量管理系统。本系统满足光伏系统、风力发电、储能系统以及充电桩的接入，进行数据采集分析，直接监视光伏、风能、储能系统、充电桩运行状态及健康状况，是一个集监控系统、能量管理为一体的管理系统。该系统在安全稳定的基础上以经济优化运行为目标，提升可再生能源应用，提高电网运行稳定性、补偿负荷波动；有效实现用户侧的需求管理、消除昼夜峰谷差、平滑负荷，提高电力设备运行效率、降低供电成本。为企业微电网能量管理提供安全、可靠、经济运行提供了全新的解决方案。

微电网能量管理系统应采用分层分布式结构，整个能量管理系统在物理上分为三个层：设备层、网络通信层和站控层。站级通信网络采用标准以太网及TCP/IP通信协议，物理媒介可以为光纤、网线、屏蔽双绞线等。系统支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

4.2技术标准

本方案遵循的标准有：

本技术规范书提供的设备应满足以下规定、法规和行业标准：

GB/T26802.1-2011工业控制计算机系统通用规范的1部分：通用要求

GB/T26806.2-2011工业控制计算机系统工业控制计算机基本平台2部分：性能评定方法

GB/T26802.5-2011工业控制计算机系统通用规范5部分：场地安全要求

GB/T26802.6-2011工业控制计算机系统通用规范6部分：验收大纲

GB/T2887-2011计算机场地通用规范

GB/T20270-2006信息安全技术网络基础安全技术要求

GB50174-2018电子信息系统机房设计规范

DL/T634.5101远动设备及系统5-101部分:传输规约基本远动任务配套标准

DL/T634.5104远动设备及系统5-104部分:传输规约采用标准传输协议子集的IEC60870-5-网络访问101

GB/T33589-2017微电网接入电力系统技术规定

GB/T36274-2018微电网能量管理系统技术规范

GB/T51341-2018微电网工程设计标准

GB/T36270-2018微电网监控系统技术规范

DL/T1864-2018型微电网监控系统技术规范

T/CEC182-2018微电网并网调度运行规范

T/CEC150-2018低压微电网并网一体化装置技术规范

T/CEC151-2018并网型交直流混合微电网运行与控制技术规范

T/CEC152-2018并网型微电网需求响应技术要求

T/CEC153-2018并网型微电网负荷管理技术导则

T/CEC182-2018微电网并网调度运行规范

T/CEC5005-2018微电网工程设计规范

NB/T10148-2019微电网的1部分：微电网规划设计导则

NB/T10149-2019微电网2部分：微电网运行导则

4.3适用场合

系统可应用于城市、高速公路、工业园区、工商业区、居民区、智能建筑、海岛、无电地区可再生能源系统监控和能量管理需求。

4.4型号说明

5系统配置

本平台采用分层分布式结构进行设计，即站控层、网络层和设备层，详细拓扑结构如下：

图1典型微电网能量管理系统组网方式

6系统功能

6.1实时监测

微电网能量管理系统人机界面友好，应能够以系统一次电气图的形式直观显示各电气回路的运行状态，实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息，动态监视各回路断路器、隔离开关等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。其中，各子系统回路电参量主要有：三相电流、三相电压、总有功功率、总无功功率、总功率因数、频率和正向有功电能累计值；状态参数主要有：开关状态、断路器故障脱扣告警等。

系统应可以对分布式电源、储能系统进行发电管理，使管理人员实时掌握发电单元的出力信息、收益信息、储能荷电状态及发电单元与储能单元运行功率设置等。

系统应可以对储能系统进行状态管理，能够根据储能系统的荷电状态进行及时告警，并支持定期的电池维护。

微电网能量管理系统的监控系统界面包括系统主界面，包含微电网光伏、风电、储能、充电桩及总体负荷组成情况，包括收益信息、天气信息、节能减排信息、功率信息、电量信息、电压电流情况等。根据不同的需求，也可将充电，储能及光伏系统信息进行显示。

图2系统主界面

子界面主要包括系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电桩信息、通讯状况及一些统计列表等。

6.1.1光伏界面

图3光伏系统界面

本界面用来展示对光伏系统信息，主要包括逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、并网柜电力监测及发电量统计、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、辐照度/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。

6.1.2储能界面

图4储能系统界面

本界面主要用来展示本系统的储能装机容量、储能当前充放电量、收益、SOC变化曲线以及电量变化曲线。

图5储能系统PCS参数设置界面

本界面主要用来展示对PCS的参数进行设置，包括开关机、运行模式、功率设定以及电压、电流的限值。

图6储能系统BMS参数设置界面

本界面用来展示对BMS的参数进行设置，主要包括电芯电压、温度保护限值、电池组电压、电流、温度限值等。

图7储能系统PCS电网侧数据界面

本界面用来展示对PCS电网侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数等。

图8储能系统PCS交流侧数据界面

本界面用来展示对PCS交流侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数、温度值等。同时针对交流侧的异常信息进行告警。

图9储能系统PCS直流侧数据界面

本界面用来展示对PCS直流侧数据，主要包括电压、电流、功率、电量等。同时针对直流侧的异常信息进行告警。

图10储能系统PCS状态界面

本界面用来展示对PCS状态信息，主要包括通讯状态、运行状态、STS运行状态及STS故障告警等。

图11储能电池状态界面

本界面用来展示对BMS状态信息，主要包括储能电池的运行状态、系统信息、数据信息以及告警信息等，同时展示当前储能电池的SOC信息。

图12储能电池簇运行数据界面

8结束语

通过运行分析，该系统采用的集中直流母线架构设计可实现多种可再生能源和化石能源同时并网发电，并且能够实现对微电网的实时监控、发用电预测、储能调度优化和信息综合管理。通过能量管理系统的控制，可实现可再生能源的有效利用，以及系统的平稳运行。

参考文献

[1]刘振亚.智能电网知识读本[M].北京:中国电力出版社.

[2]张颖嫒.微网系统的运行优化与能量管理研究[D].合肥:合肥工业大学博士学位论文.

[3]刘明波,简淦杨,董萍.孤岛微电网的随机潮流计算[J].华南理工大学学报(自然科学版).

[4]邵林.微电网能量管理系统设计与实现[D].南京:东南大学.

[5]吴红霞.孤岛微电网及能量管理系统研究.

[6]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022年05版.

作者介绍：
翟雪玲，女，现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为电力监控系统、变电站运维平台。