淺談光儲充微電網能量管理系統(tǒng)的設計與應用

安科瑞 陳聰

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

關鍵詞：微電網系統(tǒng)；系統(tǒng)設計；系統(tǒng)優(yōu)化

0 引言

隨著新能源技術的不斷發(fā)展，微電網系統(tǒng)已經成為可再生能源和能源存儲技術的重要應用。微電網系統(tǒng)的設計與優(yōu)化是一個復雜的工程，需要考慮多個方面的因素。微電網系統(tǒng)的設計應該從能源產生和消耗的模式出發(fā)，根據(jù)實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(jù)實際需求選擇合適的設備。在這一過程中，需要特別關注設備的品質和可靠性，以保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。微電網系統(tǒng)的優(yōu)化也是一個非常重要的方面，需要根據(jù)實際情況和預測的能源產生與消耗情況，對系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，以較大程度地提高系統(tǒng)的效率和可靠性。在優(yōu)化過程中，需要考慮到系統(tǒng)的能量存儲和能量平衡等因素，以保證系統(tǒng)在不同負載下的正常運行。

1 微電網系統(tǒng)基本概念和組成

1. 1　微電網系統(tǒng)的基本概念

微電網又稱微型電網或分布式電源系統(tǒng)，是指在一個局部范圍內，以可再生能源發(fā)電為主、能源存儲和傳輸技術為輔的電力系統(tǒng)，能夠獨立于傳統(tǒng)的大型電力系統(tǒng)運行，滿足局部電力需求，并具有與外部電網互聯(lián)的能力［1］。微電網通常由分布式發(fā)電系統(tǒng)、能量存儲系統(tǒng)、智能電網控制系統(tǒng)等組成。與傳統(tǒng)的集中式電網不同，微電網可以更好適應當?shù)氐挠秒娦枨螅谀茉吹墓┙o和需求上更加靈活，使得能源利用更加有效、經濟和環(huán)保。微電網可以用于獨立建筑物、封閉校園、工業(yè)園區(qū)、孤立地區(qū)等。與傳統(tǒng)的中央化電力系統(tǒng)相比，微電網系統(tǒng)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。微電網基本結構圖如圖1所示。

圖1　微電網結構圖

1. 2　微電網系統(tǒng)的組成

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

圖2　變流器內部結構

電力設備包括發(fā)電機組、變壓器、電纜和開關設備等，能夠實現(xiàn)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，能夠實現(xiàn)對電能的準確計量和數(shù)據(jù)監(jiān)測，便于對電力服務進行管理和優(yōu)化。

2 微電網系統(tǒng)的設計

2. 1　微電網系統(tǒng)的設計路線

微電網系統(tǒng)的設計涉及到多個領域的知識，包括電力系統(tǒng)、電子電氣技術、控制理論、能源經濟等。因此，微電網系統(tǒng)設計的技術路線需要涉及多個方面，包括系統(tǒng)規(guī)劃、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設計、系統(tǒng)實施和系統(tǒng)優(yōu)化等環(huán)節(jié)。首先，進行系統(tǒng)規(guī)劃，明確微電網系統(tǒng)的建設目標和規(guī)模，確定系統(tǒng)的電源和負載需求，分析系統(tǒng)的可行性和經濟性。其次，進行系統(tǒng)分析，考慮系統(tǒng)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(tǒng)設計提供基礎數(shù)據(jù)。接著，進行系統(tǒng)設計，包括選擇適合的電源技術、設計電網拓撲結構、確定控制策略和通信方案等。在系統(tǒng)實施階段，需要進行設備選型和采購、設備安裝和調試、系統(tǒng)聯(lián)調等工作。最后，進行系統(tǒng)優(yōu)化，對系統(tǒng)進行可靠性分析、性能評估、經濟性分析和環(huán)保指標評估等，進一步提出優(yōu)化方案，不斷提高系統(tǒng)性能和經濟效益。

2. 2　微電網系統(tǒng)的規(guī)劃和布局

微電網是一種基于分布式能源系統(tǒng)的能量管理系統(tǒng)，可以通過整合太陽能、風能、儲能和傳統(tǒng)電力系統(tǒng)等多種能源形式來提供電力，具有很高的靈活性和可靠性。因此，在進行微電網系統(tǒng)規(guī)劃和布局時，需要考慮能源源的選擇、負載特性、儲能系統(tǒng)、電力網絡的拓撲及項目經濟性等方面。首先，選擇適合本地環(huán)境和資源的能源，例如太陽能、風能、生物質、地熱能等。

其次，根據(jù)當?shù)氐碾娏π枨蠛陀秒娯摵商匦?，合理地配置負載類型和功率。選擇合適的儲能技術，例如電池、電容、壓縮空氣儲能等，以確保微電網的可靠性和穩(wěn)定性。另外，微電網系統(tǒng)可以采用各種不同的電力網絡拓撲結構，如單電源微電網、多電源微電網、島式微電網等等。因此，在進行微電網規(guī)劃和布局時需要根據(jù)實際情況選擇合適的電力網絡拓撲。最后，還要從投資、運營和維護等方面對微電網系統(tǒng)進行經濟性分析和評估，確保在規(guī)劃和布局中兼顧經濟、環(huán)保和可靠性等多方面的因素。

2. 3　微電網系統(tǒng)的拓撲結構設計

在微電網系統(tǒng)的設計中，拓撲結構是一個非常重要的因素。不同的拓撲結構將會導致不同的電力網絡性能和可靠性。一種是單電源微電網，是一種簡單的微電網系統(tǒng)，其由單一的能源源和負載組成。二種是多電源微電網系統(tǒng)，是由多個能源源和負載組成的系統(tǒng)，可以通過搭建多個能源源和多個負載之間的連接來構建。多電源微電網系統(tǒng)比單電源微電網系統(tǒng)更加靈活和穩(wěn)定，允許系統(tǒng)在某些電源故障的情況下繼續(xù)運行。三種是島式微電網，是一種*全獨立的微電網系統(tǒng)，可以在任何情況下獨立地運行，也可以與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相連接。島式微電網系統(tǒng)一般由多個能源源、負載和儲能系統(tǒng)組成，這些組件可以在島式微電網系統(tǒng)內部和外部進行無縫連接。島式微電網系統(tǒng)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 微電網系統(tǒng)的優(yōu)化

微電網系統(tǒng)作為一種新興的能源系統(tǒng)，已經在許多領域得到廣泛的應用。為了提高微電網系統(tǒng)的效率和經濟性，需要對其進行優(yōu)化。

3. 1　微電網系統(tǒng)的性能評估

對微電網系統(tǒng)的性能評估是優(yōu)化微電網系統(tǒng)的頭一步。性能評估可以通過對微電網系統(tǒng)進行仿真和實驗來實現(xiàn)。仿真是一種經濟、快速、可重復的方法，可以提供微電網系統(tǒng)的建模和性能分析。實驗則是驗證仿真結果的有效性和可靠性的方法。微電網系統(tǒng)的性能評估主要包括微電網系統(tǒng)的能源利用效率、微電網系統(tǒng)的電能質量和微電網系統(tǒng)的可靠性、經濟性等指標。微電網系統(tǒng)的能源利用效率是評估微電網系統(tǒng)性能的重要指標。因為微電網系統(tǒng)是通過發(fā)電機組、電池組、太陽能光伏電池、風力發(fā)電機等多種能源設備來提供電力需求的。微電網系統(tǒng)的電能質量是指供電系統(tǒng)的電壓、頻率和波形符合既定規(guī)范的程度。通過合理的控制和設計，可以減小電能質量波動的程度提高電能質量。微電網系統(tǒng)在運行中，需要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。因此，系統(tǒng)故障率、可靠性指標和維護保養(yǎng)周期等指標是評估微電網系統(tǒng)可靠性的重要指標。微電網系統(tǒng)的經濟性是指系統(tǒng)的建設和運行成本。評估微電網系統(tǒng)的經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仿真和實驗來實現(xiàn)。仿真結果可以通過建立微電網系統(tǒng)數(shù)學模型，利用仿真軟件進行模擬計算得到。

3. 2　微電網系統(tǒng)的容量優(yōu)化

容量優(yōu)化是指合理設計和配置微電網系統(tǒng)的發(fā)電機組、電池組、光伏電池、風力發(fā)電機等設備的容量，以較大限度地提高微電網系統(tǒng)的性能。微電網系統(tǒng)的容量優(yōu)化需要考慮負荷需求、系統(tǒng)運行模式、資源適應性和經濟性等因素。微電網系統(tǒng)的設計應根據(jù)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(jù)實際情況進行相應的調整和優(yōu)化。微電網系統(tǒng)的運行模式根據(jù)與外部電網連接關系，主要分為聯(lián)網模式、孤島模式。根據(jù)系統(tǒng)運行模式的不同，需要對設備的容量進行相應的配置和優(yōu)化。微電網系統(tǒng)的容量優(yōu)化應根據(jù)當?shù)氐馁Y源情況進行適應調整。比如在光照條件較好的地方應優(yōu)先考慮太陽能光伏電池等設備；在風力較大的地區(qū)應優(yōu)先考慮風力發(fā)電機等設備。另外，微電網系統(tǒng)的容量優(yōu)化也需要考慮經濟性。需要在保證系統(tǒng)性能的前提下，盡可能地降低系統(tǒng)成本，提高經濟效益。

3. 3　微電網系統(tǒng)的運行優(yōu)化

微電網系統(tǒng)的運行優(yōu)化是指通過優(yōu)化微電網系統(tǒng)的運行方式和策略，從而提高微電網系統(tǒng)的效率和經

濟性。微電網系統(tǒng)的運行優(yōu)化需要考慮負荷調節(jié)、能源優(yōu)化、電能質量控制及交互控制等因素。微電網系統(tǒng)的負荷需求是時刻變化的，因此需要通過負荷調節(jié)等措施來適應負荷變化。通過負荷調節(jié)控制，可使系統(tǒng)在不同負荷條件下保持穩(wěn)定運行狀態(tài)。微電網系統(tǒng)是由多種能源設備組成的，因此需要通過能源優(yōu)化來達到很不錯的能源利用效率。通過控制能源設備的啟停和輸出功率，可實現(xiàn)很不錯的能源利用效率。微電網系統(tǒng)的電能質量是評估系統(tǒng)性能的重要指標之一。因此，需要通過適當?shù)碾娔苜|量控制策略，使得系統(tǒng)的電能質量得到提高。微電網系統(tǒng)中的各種能源設備之間存在相互關系，因此需要通過交互控制，使得系統(tǒng)的運行更加穩(wěn)定和可靠。

4 安科瑞Acrel-2000MG微電網能量管理系統(tǒng)

Acrel-2000MG微電網能量管理系統(tǒng)，是我司根據(jù)新型電力系統(tǒng)下微電網監(jiān)控系統(tǒng)與微電網能量管理系統(tǒng)的要求，總結國內外的研究和生產的經驗，專門研制出的企業(yè)微電網能量管理系統(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，整天進行數(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)定的基礎上以經濟優(yōu)化運行為目標，促進可再生能源應用，提高電網運行穩(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)微電網能量管理提供安全、可靠、經濟運行提供了全新的解決方案。

微電網能量管理系統(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、網絡通信層和站控層。站級通信網絡采用標準以太網及TCP/IP通信協(xié)議，物理媒介可以為光纖、網線、屏蔽雙絞線等。系統(tǒng)支持Modbus RTU、Modbus TCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT 等通信規(guī)約。

5 應用場所

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。

6 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、網絡層和設備層

7 系統(tǒng)功能

7.1實時監(jiān)測

微電網能量管理系統(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)測光伏、風電、儲能、充電樁等各回路電壓、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：相電壓、線電壓、三相電流、有功/無功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率、有功/無功電度、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。

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。

7.1.1.1 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。

7.1.1.2 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。

圖 6 儲能系統(tǒng)BMS參數(shù)設置界面

本界面用來展示對BMS的參數(shù)進行設置，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(tǒng)PCS電網側數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS電網側數(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交流側數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS交流側數(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。同時針對交流側的異常信息進行告警。

圖 9 儲能系統(tǒng)PCS直流側數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS直流側數(shù)據(jù)，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側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，并展示當前電芯的大、小電壓、溫度值及所對應的位置。

7.1.1.3 風電界面

圖 13風電系統(tǒng)界面

本界面用來展示對風電系統(tǒng)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(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、風速/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。

7.1.1.4 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。

7.1.1.5 視頻監(jiān)控界面

圖 15 微電網視頻監(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)預覽、回放、管理與控制等。

7.2發(fā)電預測

系統(tǒng)應可以通過歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)、未來天氣預測數(shù)據(jù)，對分布式發(fā)電進行短期、超短期發(fā)電功率預測，并展示合格率及誤差分析。根據(jù)功率預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 光伏預測界面

7.3策略配置

系統(tǒng)應可以根據(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、動態(tài)擴容等。

具體策略根據(jù)項目實際情況（如儲能柜數(shù)量、負載功率、光伏系統(tǒng)能力等）進行接口適配和策略調整，同時支持定制化需求。

圖 17 策略配置界面

7.4運行報表

應能查詢各子系統(tǒng)、回路或設備規(guī)定時間的運行參數(shù)，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(shù)、總有功功率、總無功功率、正向有功電能、尖峰平谷時段電量等。

圖 18 運行報表

7.5實時報警

應具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠對各子系統(tǒng)中的逆變器、雙向變流器的啟動和關閉等遙信變位，及設備內部的保護動作或事故跳閘時應能發(fā)出告警，應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；并應能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關人員。

圖 19 實時告警

7.6歷史事件查詢

應能夠對遙信變位，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

7.7 電能質量監(jiān)測

應可以對整個微電網系統(tǒng)的電能質量包括穩(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)主界面上應能實時顯示各電能質量監(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(tǒng)應能實時顯示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；應能顯示電壓偏差與頻率偏差；

4）功率與電能計量：系統(tǒng)應能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應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)應能產生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關人員；系統(tǒng)應能查看相應暫態(tài)事件發(fā)生前后的波形。

6）電能質量數(shù)據(jù)統(tǒng)計：系統(tǒng)應能顯示1min統(tǒng)計整2h存儲的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，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、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 微電網系統(tǒng)電能質量界面

7.8 遙控功能

應可以對整個微電網系統(tǒng)范圍內的設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，并遵循遙控預置、遙控返校、遙控執(zhí)行的操作順序，可以及時執(zhí)行調度系統(tǒng)或站內相應的操作命令。

圖 22 遙控功能

7.9 曲線查詢

應可在曲線查詢界面，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

7.10 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各配電節(jié)點的發(fā)電、用電、充放電情況，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；具備對并網型微電網的并網點進行電能質量分析。

圖 24 統(tǒng)計報表

7.11 網絡拓撲圖

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

圖 25 微電網系統(tǒng)拓撲界面

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

7.12 通信管理

可以對整個微電網系統(tǒng)范圍內的設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，快速查看某設備的通信和數(shù)據(jù)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(guī)約。

圖 26 通信管理

7.13 用戶權限管理

應具備設置用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（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 用戶權限

7.14 故障錄波

應可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各相關電氣量的變化情況，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個開關量波形。

圖 28 故障錄波

7.15 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。

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

圖 29 事故追憶

8 系統(tǒng)硬件配置

9 結束語

目前，全球能源結構正朝著清潔能源化、智能化、分布式化的方向不斷發(fā)展，微電網系統(tǒng)作為一個能夠實現(xiàn)清潔能源利用、智能化控制和分布式供電的系統(tǒng)，其市場前景非常廣闊。而且，考慮到人口增長和城市化的趨勢，以及能源效率和環(huán)境保護的需求，微電網系統(tǒng)將成為解決城市能源供需矛盾的重要手段。同時，隨著新能源技術的逐步成熟和智能化技術的不斷應用，微電網系統(tǒng)也將逐漸走向普及化。微電網系統(tǒng)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創(chuàng)新，以提高微電網系統(tǒng)的能效和可靠性。

參考文獻

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

[2]邱益林 . 智能電網可再生能源微電網系統(tǒng)設計分析[J].太陽能學報,2023,44(8):568.

[3]安科瑞企業(yè)微電網設計與選型手冊.2022.05版.