基于儲能的光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的能量管理及協(xié)調(diào)控制

程瑜 187 0211 2087

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：光伏發(fā)電管理中，并網(wǎng)管理是十分重要的環(huán)節(jié)，通過采取科學(xué)的調(diào)控策略來降低風(fēng)險因素對并網(wǎng)造成的危害，提升光伏電站并網(wǎng)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。本文圍繞這一議題進行了探討，概述了儲能技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用，通過建立能量管理模型并進行并網(wǎng)仿真模擬分析，以更好地實施光儲系統(tǒng)中混合儲能協(xié)調(diào)控制策略，為光伏發(fā)電并網(wǎng)管理奠定可靠的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電站；發(fā)電并網(wǎng)；能量管理模型；控制系統(tǒng)

0引言

光伏發(fā)電是發(fā)展前景良好的清潔型能源。近年來，光伏發(fā)電站陸續(xù)投入運營，受到光照和溫度等因素的影響，電力輸出功率存在間歇波動性和隨機性，因此，為了維持電網(wǎng)穩(wěn)定性采用儲能裝置十分必要。

1儲能技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

儲能裝置是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的重要組成部分。通常包括蓄電池、電容器。其中，蓄電池成本低廉，但是循環(huán)倍率有限制，功率密度較低，因此，無法很好地兼顧蓄電池充放電過程以及電池較大功率跟蹤?？紤]到光伏電站的實際發(fā)電規(guī)律，采用蓄電池往往充放電循環(huán)次數(shù)多造成容量迅速失效，使蓄電池壽命縮減。電容器是另一種儲能類型。相比蓄電池，電容器的循環(huán)壽命更長，對充放電次數(shù)沒有很多限制，功率密度高，可以實現(xiàn)瞬時功率吸納放出。不足是不能長時間為負荷提供電能。在當(dāng)前的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，通常采用上述兩種儲能類型，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，構(gòu)建高性能的儲能系統(tǒng)，蓄電池作為長期儲能裝置，電容器作為短期儲能裝置，既可以實現(xiàn)能量長時間儲備的目的，而且可以瞬時調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功率，采取合理的能量管理策略。

2能量管理模型及綜合控制策略

通過對蓄電池和電容器容量進行配比，滿足儲能系統(tǒng)的能量管理需求。設(shè)計環(huán)節(jié)應(yīng)考慮儲能系統(tǒng)的電流吞吐能力，滿足光伏發(fā)電系統(tǒng)的脈動電流變化，要留有一定的富裕量。能量管理目標(biāo)的實現(xiàn)主要是對光伏控制器和并聯(lián)控制器進行工況調(diào)整。在恒流條件下，電容器的充電電壓達到較大功率跟蹤值，光伏控制器的輸出電流減小，此時，光伏控制器在較大功率跟蹤值條件下進入充電工況。當(dāng)電容器的電容量較小時，電壓較低，在較大功率跟蹤值條件下，光伏控制器的輸出電流較大，此時，為恒流模式充電工況，直到達到電容器較大功率跟蹤值。電容器能量接近上限時，此時，端口電壓接近額定電壓，光伏控制器不再是較大功率跟蹤模式，而進入恒壓模式，保持電壓不變。并聯(lián)控制器在設(shè)計過程中應(yīng)考慮儲能系統(tǒng)的容量配置及相關(guān)影響因素，如氣候、負荷、光照、溫度等條件下所引起的發(fā)電功率變化情況。當(dāng)蓄電池能量較少時，并聯(lián)控制器以恒流模式對蓄電池充電；當(dāng)蓄電池能量較多時，并聯(lián)控制器處于恒壓工況。如果電容器的電壓比并聯(lián)控制器的輸入電壓下限時，并聯(lián)控制器停止運行。當(dāng)蓄電池容量飽和且系統(tǒng)沒有負載時，也將停止運行。如果充電電流保持恒定，則光伏控制器在電容器電壓正常的情況下保持恒流輸出；如果充電電流不能保持恒定，則光伏控制器進入恒壓工作模式或者較大工作跟蹤模式。此時，會存在光伏控制器啟停切換頻繁的問題，為此，采用滯回比較的方式設(shè)置并聯(lián)控制啟停兩個門限。此外，可能存在蓄電池過放電的問題，對此在蓄電池電壓小于電壓下限時，系統(tǒng)切斷蓄電池和負載之間的連接，使蓄電池充放電狀態(tài)合理，延長電池壽命。

在能量管理過程中，大多采用較大功率跟蹤的方式，具體方法包括恒定電壓控制法、擾動觀察法、電導(dǎo)增量法。擾動觀察法和電導(dǎo)增量法在采樣環(huán)節(jié)存在誤差，因此，會對系統(tǒng)啟動造成不利影響，造成功率波動。在系統(tǒng)由開路電壓轉(zhuǎn)變?yōu)檩^大功率電壓的過程中，電流變化情況較為劇烈，這種情況更加重了誤差影響，對電流理論值帶來偏差，不利于能量控制的準(zhǔn)確性和時效性。為了減少采樣帶來的誤差，將擾動觀察法和電導(dǎo)增量法相結(jié)合進行計算。通過檢測功率和電壓的變化數(shù)值和變化方向，對系統(tǒng)電壓進行調(diào)整使系統(tǒng)快速達到較大功率，然后，根據(jù)功率變化情況，采用電導(dǎo)增量法找到較大功率點。根據(jù)負載和輸出功率之間的差值確定蓄電池充放電控制策略。由于功率對負載的變化情況更敏感，因此，根據(jù)負載和功率之間的差值能夠更快速地對系統(tǒng)瞬時功率進行平衡。采用上述方法可以避免蓄電池在充放電兩種狀態(tài)下頻繁切換，而且避免了在大電流高電壓狀態(tài)下工作，延長電池的使用壽命，減少電流的劇烈波動。

3光儲系統(tǒng)中混合儲能協(xié)調(diào)控制策略及系統(tǒng)仿真分析

基于低通濾波原理來設(shè)計混合儲能協(xié)調(diào)控制策略是一種有效的方式。其原理是光伏電源輸出功率通過濾波器得到光伏電源輸出功率參考值，將之與光伏電源輸出功率值相減，得到混合儲能系統(tǒng)功率指令參考值。然后，這一功率指令參考值通過二個濾波器，得到高頻分量和低頻分量，其中高頻分量作為電容的功率參考值，低頻分量作為蓄電池的功率參考值。由于電容器充放電快速，循環(huán)次數(shù)限制少，因此，優(yōu)先對電容器進行充放電，減少蓄電池充放電次數(shù)，延長其壽命。此外，對電容器電壓和蓄電池荷電狀態(tài)進行檢測，優(yōu)化得到兩個濾波器的時間常數(shù)，從而對混合儲能系統(tǒng)的功率進行調(diào)整，合理分配充放電順序。對一個濾波器的時間常數(shù)進行調(diào)節(jié)可以實現(xiàn)混合儲能系統(tǒng)的過充過放保護。例如，當(dāng)檢測到電容器端電壓和蓄電池荷電狀態(tài)達到混合儲能系統(tǒng)過充過放工況時，調(diào)小一個濾波器的時間常數(shù)，避免過充過放情況發(fā)生。對二個濾波器的時間常數(shù)進行調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)對混合儲能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。當(dāng)功率指令經(jīng)過二個濾波器后，分別得到高頻分量，對應(yīng)電容器功率參考值和低頻分量對應(yīng)蓄電池功率參考值。有限對電容器進行充放電，當(dāng)電容器不能滿足混合儲能系統(tǒng)的功率指令時，再用蓄電池來滿足剩余功率指令。當(dāng)一個濾波器時間常數(shù)增大時，混合儲能系統(tǒng)的功率指令增大；當(dāng)一個濾波器時間常數(shù)減小時，混合儲能系統(tǒng)的功率指令減小。一個濾波器時間常數(shù)恒定時，當(dāng)增大二個濾波器時間常數(shù)，則混合儲能系統(tǒng)功率指令主要由電容器承擔(dān)；當(dāng)減小二個濾波器時間常數(shù)，則混合儲能系統(tǒng)功率指令主要由蓄電池承擔(dān)。

對電容器電壓進行區(qū)間劃分，為0、0.2倍較大電壓、0.8倍較大電壓、較大電壓；對蓄電池荷電進行區(qū)間劃分，為0、較小荷電、較大荷電、1。由于電容器相應(yīng)速度快，因此，電容器優(yōu)先充放電。混合儲能系統(tǒng)仿真模型根據(jù)混合儲能系統(tǒng)功率指令的正負判斷進行充放電動作。當(dāng)混合儲能系統(tǒng)功率指令為正值時設(shè)置為充電，當(dāng)混合儲能系統(tǒng)功率指令為負值時設(shè)置為放電，當(dāng)混合儲能功率指令為零時不動作，返回上一步。

當(dāng)混合儲能系統(tǒng)功率指令為正值時，檢測電容器端電壓，如果超過0.2倍較大電壓，則優(yōu)先對電容器進行放電，二濾波器時間常數(shù)為極值。當(dāng)電容器端電壓低于0.2倍較大電壓時，檢測蓄電池荷電狀態(tài)，如果荷電狀態(tài)超過較小荷電，此時混合儲能系統(tǒng)功率指令主要由蓄電池承擔(dān)，電容器為輔。當(dāng)儲能系統(tǒng)進入過放保護區(qū)域時，調(diào)小一濾波器時間常數(shù)，使混合儲能系統(tǒng)功率指令減小。

當(dāng)混合儲能系統(tǒng)功率指令為負值時，檢測電容器端電壓，如果不超過0.8倍較大電壓，則優(yōu)先對電容器進行充電，二濾波器時間常數(shù)為極值。當(dāng)電容器端電壓高于0.8倍較大電壓時，檢測電容器端電壓是否不超過較大電壓，如果不超過則放電動作由蓄電池承擔(dān)，調(diào)小二濾波器時間常數(shù)。檢測蓄電池荷電狀況，當(dāng)荷電不超過較大荷電值，則繼續(xù)對蓄電池充電；當(dāng)荷電超過較大荷電值，此時，儲能系統(tǒng)進入過充保護區(qū)域，調(diào)小一濾波器時間常數(shù)，使混合儲能系統(tǒng)功率指令減小。

4系統(tǒng)概述

4.1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，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(chǔ)上以經(jīng)濟優(yōu)化運行為目標(biāo)，提升可再生能源應(yīng)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(cè)的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷，提高電力設(shè)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(yīng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，整個能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個層：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。

4.2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

本方案遵循的標(biāo)準(zhǔn)有：

本技術(shù)規(guī)范書提供的設(shè)備應(yīng)滿足以下規(guī)定、法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T26802.1-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范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(shù)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)安全技術(shù)要求

GB50174-2018電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范

DL/T634.5101遠動設(shè)備及系統(tǒng)5-101部分:傳輸規(guī)約基本遠動任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)

DL/T634.5104遠動設(shè)備及系統(tǒng)5-104部分:傳輸規(guī)約采用標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議子集的IEC60870-5-網(wǎng)絡(luò)訪問101

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

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

GB/T51341-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

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

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

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)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(shù)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(shù)規(guī)范

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

T/CEC153-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)負荷管理技術(shù)導(dǎo)則

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

T/CEC5005-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計規(guī)范

NB/T10148-2019微電網(wǎng)1部分：微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則

NB/T10149-2019微電網(wǎng)2部分：微電網(wǎng)運行導(dǎo)則

4.3適用場合

系統(tǒng)可應(yīng)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。

4.4型號說明

5系統(tǒng)配置

5.1系統(tǒng)架構(gòu)

本平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，即站控層、網(wǎng)絡(luò)層和設(shè)備層，詳細拓撲結(jié)構(gòu)如下：

6系統(tǒng)功能

6.1實時監(jiān)測

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機界面友好，應(yīng)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(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(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(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

系統(tǒng)應(yīng)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(shè)置等。

系統(tǒng)應(yīng)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(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(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。

圖2系統(tǒng)主界面

子界面主要包括系統(tǒng)主接線圖、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(tǒng)計列表等。

6.1.1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(cè)、交流側(cè)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(fēng)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。

6.1.2儲能界面

圖4儲能系統(tǒng)界面

本界面主要用來展示本系統(tǒng)的儲能裝機容量、儲能當(dāng)前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖5儲能系統(tǒng)PCS參數(shù)設(shè)置界面

本界面主要用來展示對PCS的參數(shù)進行設(shè)置，包括開關(guān)機、運行模式、功率設(shè)定以及電壓、電流的限值。

圖6儲能系統(tǒng)BMS參數(shù)設(shè)置界面

本界面用來展示對BMS的參數(shù)進行設(shè)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(tǒng)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等。

圖8儲能系統(tǒng)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、溫度值等。同時針對交流側(cè)的異常信息進行告警。

圖9儲能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側(cè)的異常信息進行告警。

圖10儲能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面

本界面用來展示對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(tǒng)信息、數(shù)據(jù)信息以及告警信息等，同時展示當(dāng)前儲能電池的SOC信息。

圖12儲能電池簇運行數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對電池簇信息，主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當(dāng)前電芯的較大、較小電壓、溫度值及所對應(yīng)的位置。

6.1.3風(fēng)電界面

圖13風(fēng)電系統(tǒng)界面

本界面用來展示對風(fēng)電系統(tǒng)信息，主要包括逆變控制一體機直流側(cè)、交流側(cè)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、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、風(fēng)速/風(fēng)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。

6.1.4充電樁界面

圖14充電樁界面

本界面用來展示對充電樁系統(tǒng)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、各個充電樁的運行數(shù)據(jù)等。

6.1.5視頻監(jiān)控界面

圖15微電網(wǎng)視頻監(jiān)控界面

本界面主要展示系統(tǒng)所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實現(xiàn)預(yù)覽、回放、管理與控制等。

6.2發(fā)電預(yù)測

系統(tǒng)應(yīng)可以通過歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)、未來天氣預(yù)測數(shù)據(jù)，對分布式發(fā)電進行短期、超短期發(fā)電功率預(yù)測，并展示合格率及誤差分析。根據(jù)功率預(yù)測可進行人工輸入或者自動生成發(fā)電計劃，便于用戶對該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。

圖16光伏預(yù)測界面

6.3策略配置

系統(tǒng)應(yīng)可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、儲能系統(tǒng)容量、負荷需求及分時電價信息，進行系統(tǒng)運行模式的設(shè)置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計劃、需量控制、有序充電、動態(tài)擴容等。

圖17策略配置界面

6.4運行報表

應(yīng)能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備指定時間的運行參數(shù)，報表中顯示電參量信息應(yīng)包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。

圖18運行報表

6.5實時報警

應(yīng)具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠?qū)Ω髯酉到y(tǒng)中的逆變器、雙向變流器的啟動和關(guān)閉等遙信變位，及設(shè)備內(nèi)部的保護動作或事故跳閘時應(yīng)能發(fā)出告警，應(yīng)能實時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護事件名稱、保護動作時刻；并應(yīng)能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關(guān)人員。

圖19實時告警

6.6歷史事件查詢

應(yīng)能夠?qū)b信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)、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行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

圖20歷史事件查詢

6.7電能質(zhì)量監(jiān)測

應(yīng)可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量包括穩(wěn)態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進行持續(xù)監(jiān)測，使管理人員實時掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況，以便及時發(fā)現(xiàn)和消除供電不穩(wěn)定因素。

1）在供電系統(tǒng)主界面上應(yīng)能實時顯示各電能質(zhì)量監(jiān)測點的監(jiān)測裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度百分百和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度百分百和正序/負序/零序電流值；

2）諧波分析功能：系統(tǒng)應(yīng)能實時顯示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(yīng)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）電壓波動與閃變：系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相電壓波動值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值；應(yīng)能提供A/B/C三相電壓波動曲線、短閃變曲線和長閃變曲線；應(yīng)能顯示電壓偏差與頻率偏差；

4）功率與電能計量：系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應(yīng)能顯示三相總有功功率、總無功功率、總視在功率和總功率因素；應(yīng)能提供有功負荷曲線，包括日有功負荷曲線（折線型）和年有功負荷曲線（折線型）；

5）電壓暫態(tài)監(jiān)測：在電能質(zhì)量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發(fā)生時，系統(tǒng)應(yīng)能產(chǎn)生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關(guān)人員；系統(tǒng)應(yīng)能查看相應(yīng)暫態(tài)事件發(fā)生前后的波形。

6）電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計：系統(tǒng)應(yīng)能顯示1min統(tǒng)計整2h存儲的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，包括均值、較大值、較小值、95%概率值、方均根值。

7）事件記錄查看功能：事件記錄應(yīng)包含事件名稱、狀態(tài)（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續(xù)時間、事件發(fā)生的時間。

圖21微電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量界面

6.8遙控功能

應(yīng)可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進行遠程遙控操作。系統(tǒng)維護人員可以通過管理系統(tǒng)的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預(yù)置、遙控返校、遙控執(zhí)行的操作順序，可以及時執(zhí)行調(diào)度系統(tǒng)或站內(nèi)相應(yīng)的操作命令。

圖22遙控功能

6.9曲線查詢

應(yīng)可在曲線查詢界面，可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

圖23曲線查詢

6.10統(tǒng)計報表

具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。對微電網(wǎng)與外部系統(tǒng)間電能量交換進行統(tǒng)計分析；對系統(tǒng)運行的節(jié)能、收益等分析；具備對微電網(wǎng)供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數(shù)等分析；具備對并網(wǎng)型微電網(wǎng)的并網(wǎng)點進行電能質(zhì)量分析。

圖24統(tǒng)計報表

6.11網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

圖25微電網(wǎng)系統(tǒng)拓撲界面

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

6.12通信管理

可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進行管理、控制、數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。系統(tǒng)維護人員可以通過管理系統(tǒng)的主程序右鍵打開通信管理程序，然后選擇通信控制啟動所有端口或某個端口，快速查看某設(shè)備的通信和數(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。

圖26通信管理

6.13用戶權(quán)限管理

應(yīng)具備設(shè)置用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控操作，運行參數(shù)修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

圖27用戶權(quán)限

6.14故障錄波

應(yīng)可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各相關(guān)電氣量的變化情況，通過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作、提高電力系統(tǒng)安全運行水平有著重要作用。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個周波、故障后4個周波波形，總錄波時間共計46s。每個采樣點錄波至少包含12個模擬量、10個開關(guān)量波形。

圖28故障錄波

6.15事故追憶

可以自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時掃描數(shù)據(jù)，包括開關(guān)位置、保護動作狀態(tài)、遙測量等，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

用戶可自定義事故追憶的啟動事件，當(dāng)每個事件發(fā)生時，存儲事故前10個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關(guān)點數(shù)據(jù)。啟動事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點可由用戶指定和隨意修改。

圖29事故追憶

7硬件及其配套產(chǎn)品

序號	設(shè)備	型號	圖片	說明
1	能量管理系統(tǒng)	Acrel-2000MG		內(nèi)部設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，由通信管理機、工業(yè)平板電腦、串口服務(wù)器、遙信模塊及相關(guān)通信輔件組成。 數(shù)據(jù)采集、上傳及轉(zhuǎn)發(fā)至服務(wù)器及協(xié)同控制裝置 策略控制:計劃曲線、需量控制、削峰填谷、備用電源等
2	顯示器	25.1英寸液晶顯示器		系統(tǒng)軟件顯示載體
3	UPS電源	UPS2000-A-2-KTTS		為監(jiān)控主機提供后備電源
4	打印機	HP108AA4		用以打印操作記錄，參數(shù)修改記錄、參數(shù)越限、復(fù)限，系統(tǒng)事故，設(shè)備故障，保護運行等記錄，以召喚打印為主要方式
5	音箱	R19U		播放報警事件信息
6	工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機	D-LINKDES-1016A16		提供16口百兆工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機解決了通信實時性、網(wǎng)絡(luò)安全性、本質(zhì)安全與安全防爆技術(shù)等技術(shù)問題
7	GPS時鐘	ATS1200GB		利用gps同步衛(wèi)星信號，接收1pps和串口時間信息，將本地的時鐘和gps衛(wèi)星上面的時間進行同步
8	交流計量電表	AMC96L-E4/KC		電力參數(shù)測量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率,頻率、功率因數(shù)等)、復(fù)費率電能計量、 四象限電能計量、諧波分析以及電能監(jiān)測和考核管理。多種外圍接口功能:帶有RS485/MODBUS-RTU協(xié)議:帶開關(guān)量輸入和繼電器輸出可實現(xiàn)斷路器開關(guān)的"遜信“和“遙控”的功能
9	直流計量電表	PZ96L-DE		可測量直流系統(tǒng)中的電壓、電流、功率、正向與反向電能。可帶RS485通訊接口、模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、開關(guān)量輸入/輸出等功能
10	電能質(zhì)量監(jiān)測	APView500		實時監(jiān)測電壓偏差、頻率俯差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、諾波等電能質(zhì)量，記錄各類電能質(zhì)量事件,定位擾動源。
11	防孤島裝置	AM5SE-IS		防孤島保護裝置，當(dāng)外部電網(wǎng)停電后斷開和電網(wǎng)連接
12	箱變測控裝置	AM6-PWC		置針對光伏、風(fēng)能、儲能升壓變不同要求研發(fā)的集保護，測控，通訊一體化裝置，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
13	通信管理機	ANet-2E851		能夠根據(jù)不同的采集規(guī)的進行水表、氣表、電表、微機保護等設(shè)備終端的數(shù)據(jù)果集匯總: 提供規(guī)約轉(zhuǎn)換、透明轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)加密壓縮、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、邊緣計算等多項功能:實時多任務(wù)并行處理數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，可多鏈路上送平臺據(jù):
14	串口服務(wù)器	Aport		功能:轉(zhuǎn)換“輔助系統(tǒng)"的狀態(tài)數(shù)據(jù)，反饋到能量管理系統(tǒng)中。 1)空調(diào)的開關(guān)，調(diào)溫，及完全斷電(二次開關(guān)實現(xiàn)) 2)上傳配電柜各個空開信號 3)上傳UPS內(nèi)部電量信息等 4)接入電表、BSMU等設(shè)備
15	遙信模塊	ARTU-K16		1)反饋各個設(shè)備狀態(tài)，將相關(guān)數(shù)據(jù)到串口服務(wù)器: 讀消防VO信號，并轉(zhuǎn)發(fā)給到上層(關(guān)機、事件上報等) 2)采集水浸傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā)3)給到上層(水浸信號事件上報) 4)讀取門禁程傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā)

8結(jié)語

光伏發(fā)電站具有能量波動大、發(fā)電間歇性和隨機性的特點，因此在發(fā)電并網(wǎng)環(huán)節(jié)存在較多的風(fēng)險。為了提高光伏電站并網(wǎng)平穩(wěn)性和可靠性，采用蓄電池和電容器相結(jié)合的方式更好地發(fā)揮出混合儲能系統(tǒng)在能量管理中的協(xié)同優(yōu)勢，對于優(yōu)化蓄電池充放電，延長電池使用壽命創(chuàng)建了積極條件?；诘屯V波原理對混合儲能系統(tǒng)設(shè)計協(xié)調(diào)控制策略，便于更好地保護儲能設(shè)備，實現(xiàn)平穩(wěn)充放電目標(biāo)。

審核編輯 黃宇