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概述

微電網(wǎng)是包含分布式能源和負荷的中、低壓交/直流電力系統。根據微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的連接關(guān)系，微電網(wǎng)可分為獨立型和并網(wǎng)型兩類(lèi)。其中，獨 立型微電網(wǎng)與大電網(wǎng)之間沒(méi)有電氣連接，且僅運行于孤島模式；并網(wǎng)型微電網(wǎng)作為一個(gè)可控單元與大電網(wǎng)連接并可工作于并網(wǎng)模式與孤島模式。

ST895微電網(wǎng)EMS具備對光伏、儲能、配電系統、柴油發(fā)電進(jìn)行綜合監測、分析、控制的系統模塊，主要功能包括：數據采集與處理、報警處理、 控制和操作記錄(包括人工操 作、控制器自動(dòng)控制、電網(wǎng)能量管理系統自動(dòng)控制、電網(wǎng)穩定控制、互動(dòng)服務(wù)、優(yōu)化調度、 安全校核、源網(wǎng)荷儲協(xié)同 優(yōu)化、負荷管理等)、管理功能、控制和操作（具備各種模式光儲、 光柴儲、柴儲、風(fēng)光柴儲等多種模式無(wú)縫切換控制功能，切換時(shí)間不超過(guò) 20ms 等）、在線(xiàn)統計計算、畫(huà)面顯示功能、人機接口功能、通信接口、系統的自診斷和自恢復、維護功能、權限管理等。

總體原則

(1)系統采用先進(jìn)的概念、技術(shù)、方法、設備，既可靠成熟，又能反映當今國際水平，并具有發(fā)展潛力。系統整體技術(shù)性能應達到目前國內微電網(wǎng)EMS系統建設的先進(jìn)水平，并在一定時(shí)期內保持其先進(jìn)性。

(2)系統軟件和硬件的選取應遵循開(kāi)放系統規范，支持多種國際標準協(xié)議，包括采用具有開(kāi)放的操作系統、數據庫、應用程序、開(kāi)發(fā)工具、接口協(xié)議等。

(3)系統在系統容量、通信能力、處理能力等方面應具有擴充性，可以方便地進(jìn)行產(chǎn)品升級、換代及功能擴充。系統采用先進(jìn)的技術(shù)、方法和設備，為第三方應用提供開(kāi)放的標準接口。在以后的升級中，能有效保護已有的投資，而且具有較高的綜合性能價(jià)格比。

(4)系統能每天正常工作24小時(shí)，每年運轉365天，所有設備具有高度的可靠性和優(yōu)良的性能。

(5)系統具有高度的安全性和保密性，通過(guò)對系統分級保護、數據存儲權限的控制，以及網(wǎng)絡(luò )安全隔離等手段，來(lái)防止各種形式的對系統的非法侵入。

(6)系統管理員能夠對系統進(jìn)行維護管理，并且在進(jìn)行維護維修的時(shí)候，不影響系統的整體業(yè)務(wù)運行。同時(shí)記錄系統的各種文檔必須完整、準確，前后一致，將物理連接的準確性真實(shí)的記錄在相應的各種文檔中。各種文檔除本身記錄準確外，還必須保證相互之間邏輯上一致。方便移交后用戶(hù)維護的工作。

系統網(wǎng)絡(luò )結構

微電網(wǎng)EMS系統主要組成為 EMS 工作站主備、北斗對時(shí)裝置、協(xié)調控制器、通訊組網(wǎng)設備等，系統采用站控層、間隔層、就地層三層結構，系統結構示意圖如下圖所示：

EMS 工作站（或服務(wù)器）是整個(gè)系統的核心，主要功能為運行能量管理軟件，接收調度指令，下發(fā)控制指令至就地層。 EMS 服務(wù)器采用雙機熱備冗余形式，操作系統采用國產(chǎn) Unix 或 Linux 安全操作系 統，確保涉網(wǎng)系統數據安全。設備形式采用機架式安裝，配套服務(wù)器柜安裝于設備集裝箱。

特點(diǎn)

主要特點(diǎn)

（1）EMS系統具備并網(wǎng)和孤島兩種模式控制算法，并且可以控制兩種運行模式間實(shí)現平滑切換；

（2）系統可對負荷用電進(jìn)行長(cháng)期和短期的預測，通過(guò)預測分析實(shí)現對微電網(wǎng)系統的高級能量管理，使微電網(wǎng)能夠安全經(jīng)濟運行；

（3）系統支持對時(shí)功能，支持IEEE1588微妙級精確時(shí)鐘同步；

（4）支持C/S結構，支持多任務(wù)、多用戶(hù)前后臺實(shí)時(shí)處理；

（5）系統具備跨平臺運行特性，可運行在windows、linux、國產(chǎn)操作系統平臺；

系統性能要求

系統可靠性

（1）系統的年可靠率>99.9%；

（2）單元（模塊）器件平均N故障時(shí)間>50000 小時(shí)；

（3）重要（關(guān)鍵）器件平均N故障時(shí)間>100000 小時(shí)。

運行壽命

（1）所有設備的壽命在正常使用(具有一定備品)條件下不少于 15 年；

（2）所有設備在給定的性能指標下運行，連續 4000 小時(shí)內不需要人工調整和維護。

系統實(shí)時(shí)性指標

（1）遙測量越死區傳送時(shí)間小于 3 秒

（2）遙信變位傳送時(shí)間小于 2 秒

（3）遙控、遙調命令傳送時(shí)間小于 1 秒

（4）系統實(shí)時(shí)數據掃描時(shí)間 1~10 秒（可調）

（5）計算機遠程網(wǎng)絡(luò )通信中實(shí)時(shí)數據傳送時(shí)間小于 3 秒

（6）畫(huà)面調用響應時(shí)間小于 2 秒

（7）畫(huà)面實(shí)時(shí)數據刷新周期 1~10 秒（可調）

（8）模擬屏數據刷新周期 2~5 秒

（9）存檔最小時(shí)間間隔為 10min，最長(cháng)保存周期為 6 個(gè)月

準確度

（1）遙測正確率大于99.5%

（2）遙信正確率100%

（3）遙控準確率100%

（4）遙調準確率100%

（5）站內分辨率小于等于2ms

（6）系統事故追憶(PDR)時(shí)間

（7）系統事故前追憶時(shí)間 15 分鐘

（8）系統事故后追憶時(shí)間 15 分鐘

系統負載率指標

電網(wǎng)正常情況下：

（1）在任意 5 分鐘內，服務(wù)器 CPU 的平均負荷率≤20%

（2）在任意 5 分鐘內，MMI 工作站 CPU 的平均負荷率≤30%

（3）在任意 5 分鐘內，主站局域網(wǎng)的平均負荷率≤10%

電網(wǎng)事故狀態(tài)下：

（1）在任意 1 分鐘內，服務(wù)器 CPU 的平均負荷率≤30%

（2）在任意 1 分鐘內，MMI 工作站 CPU 的平均負荷率≤40%

（3）在任意 1 分鐘內，主站局域網(wǎng)的平均負荷率≤20%

功能

微電網(wǎng)EMS主要包含數據采集、數據處理、報警處理、人機交互、實(shí)時(shí)統計、能量管理等功能；

數據采集

（1）各風(fēng)電、光伏逆變器信息（發(fā)電狀態(tài)、功率，交/直流斷路器狀態(tài)，直流側電壓、電流，交流三相電壓、頻率、電流，溫度，各類(lèi)報警信息等）；

（2）儲能變流器信息（充放電狀態(tài)、功率、交/直流斷路器狀態(tài)，直流側電壓、電流，交流三相電壓、頻率、電流，溫度，各類(lèi)報警信息等）；

（3）電池管理系統信息（充放電狀態(tài)、功率、接觸器狀態(tài)，SOC、SOH，直流側電壓、電流，單體電池電壓、溫度，各類(lèi)報警/保護信息等）；

（4）并網(wǎng)配電柜各多功能電表信息（相電壓、線(xiàn)電壓、三相電流、有功/無(wú)功功率、視在功率、功率因數、頻率、有功/無(wú)功電度等）；

（5）用戶(hù)配電柜各多功能電表信息（相電壓、線(xiàn)電壓、三相電流、有功/無(wú)功功率、視在功率、功率因數、頻率、有功/無(wú)功電度等）；

（6）儲能戶(hù)外柜信息（空調信息、消防系統信息）；

（7）柴油機系統（運行模式、功率、交流斷路器狀態(tài)，交流相電壓、線(xiàn)電壓、三相電流、有功/無(wú)功功率、視在功率、功率因數、頻率、有功/無(wú)功電度等）；

（8）氫燃料電池系統（運行模式、功率、交流斷路器狀態(tài)，交流相電壓、線(xiàn)電壓、三相電流、有功/無(wú)功功率、視在功率、功率因數、頻率、有功/無(wú)功電度等）；

數據處理

能量管理系統數據處理模塊提供模擬量處理、狀態(tài)量處理、非實(shí)測數據處理、計算及統計等功能。

（1）模擬量處理：模擬量描述各系統運行的實(shí)時(shí)量化值；對模擬量的處理能實(shí)現所有人工設置的模擬量應能自動(dòng)列表顯示，并能根據該模擬量所屬廠(chǎng)站調出相應接線(xiàn)圖。

（2）狀態(tài)量處理：狀態(tài)量包括開(kāi)關(guān)量和多狀態(tài)的數字量，具體為設備好壞狀態(tài)、開(kāi)關(guān)位置、隔離刀閘、接地刀閘位置、保護硬接點(diǎn)狀態(tài)等其他各種信號量。狀態(tài)量可以人工設定，人工設置的狀態(tài)與采集狀態(tài)一致時(shí)，可以給出提示信息。

（3）非實(shí)測數據處理：非直接采集的數據稱(chēng)為非實(shí)測數據，可能由人工輸入，也可能是通過(guò)計算得到。

（4）計算：具備自定義的公式計算及常用的標準計算功能。用戶(hù)可自定義標準計算功能。

（5）統計：對重要數據，如柴油機發(fā)電量、光伏發(fā)電量、儲能充放電量、充放電時(shí)間、故障電池數等進(jìn)行統計分析。對于測量值的統計包括最大值、最小值、平均值及相應的時(shí)間統計。

報警處理

EMS系統具有事故報警和預告報警功能。事故報警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動(dòng)作信號；預告報警包括一般設備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限、計算機監控系統的軟、硬件狀態(tài)異常等。

人機交互

系統主頁(yè)

PCS系統監視概況

BMS監視概況

配電柜監視概況

逆變器監視概況

實(shí)時(shí)統計

EMS系統具備以下實(shí)時(shí)監測和統計功能：

（1）分布式電源發(fā)電統計：對分布式光伏電源的實(shí)時(shí)運行信息、報警信息進(jìn)行全面的監視，并對光伏發(fā)電進(jìn)行多方面的統計和分析，實(shí)現對分布式電源的全方面掌控。

（2）儲能監控：對儲能電池的實(shí)時(shí)運行信息、報警信息進(jìn)行全面的監視，并對儲能進(jìn)行多方面的統計和分析，實(shí)現對儲能的全方面掌控。

（3）負荷監控：有條件的負荷進(jìn)行監視、控制和統計，并為低周減載、電網(wǎng)功率平衡控制分析等提供依據。

（4）配電網(wǎng)綜合監視與統計：統一監視配電系統運行的綜合信息，包括網(wǎng)上頻率、母線(xiàn)電壓、配電功率、并實(shí)時(shí)統計總發(fā)電出力、儲能剩余容量、總有功負荷、總無(wú)功負荷、敏感 負荷總有功、可控負荷總有功、可切除負荷總有功，并能監視各斷路器開(kāi)關(guān)狀態(tài)、各支路有無(wú)功功率、各設備的報警等實(shí)時(shí)信息，制定響應策略，實(shí)現整個(gè)配電網(wǎng)的穩定控制。對外電網(wǎng)預留通訊接口，滿(mǎn)足功率，不提供額外設備。

能量管理

EMS系統可根據操作員輸入的命令實(shí)現斷路器、切換開(kāi)關(guān)等的正常操作和其它必要的操作，可根據電源及負荷監測數據、統計結果進(jìn)行平衡計算及策略響應。操作控制的執行結果 能夠反饋到相關(guān)設備圖上，其執行情況能產(chǎn)生正常(或異常)執行報告并可顯示。

開(kāi)關(guān)控制功能

EMS 可遠程關(guān)斷配電柜所有回路斷路器（系統配置為手動(dòng)回路斷路器除外），系統主界面，可準確顯示各回路斷路器狀態(tài)位置， 操作員輸入相應指令后可實(shí)現斷路器分/合操作。 自動(dòng)模式下，EMS 可根據需求自動(dòng)分/合相應斷路器。如切出部分負荷、多電源 切換時(shí)分/合部分電源開(kāi)關(guān)。

光伏逆變器控制

EMS 可實(shí)時(shí)監測光伏逆變器運行狀態(tài)，具備連續有功調節、無(wú)功調節光伏逆變器功能。根 據系統運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)調節光伏逆變器有功功率輸出。

儲能系統控制

EMS 可實(shí)時(shí)監測 BMS、PCS 運行狀態(tài)，可根據 BMS 指令及狀態(tài)動(dòng)態(tài)調整 PCS 的充電模式、充電功率、充電電流、放電功率等運行參數。EMS 具備電池保護功能，根據 BMS 上傳指令及實(shí)時(shí)狀態(tài)控制 PCS 執行停機、待機、僅放電、僅充電等功能，并可根據 BMS 狀態(tài)對 PCS 下發(fā)連 續有功調節、無(wú)功調節指令。

柴發(fā)系統控制

EMS 可實(shí)時(shí)監測柴發(fā)的運行狀態(tài)，可以通過(guò)通訊方式監測柴發(fā)狀態(tài)，柴發(fā)供電回路安裝有斷路器和智能儀表，系統可以監測供電回路的電流電壓、功率及發(fā)電量，系統具備對柴發(fā)的控制回路控制功能。

離網(wǎng)并網(wǎng)邏輯控制

離網(wǎng)邏輯控制

離網(wǎng)控制邏輯主要處理在沒(méi)有市電參與情況下的孤島運行模式。實(shí)現穩定的自發(fā)、自?xún)?、自銷(xiāo)調控；具體的運行邏輯如下圖所示：

針對邏輯流程，主要采用高效的C邏輯算法實(shí)現：

并網(wǎng)邏輯控制

并網(wǎng)控制邏輯主要處理在在市電參與情況下的并網(wǎng)運行模式。具體的運行邏輯如下圖所示：

針對邏輯流程，主要采用高效的C邏輯算法實(shí)現：

總結

ST890微電網(wǎng)EMS系統在整個(gè)微電網(wǎng)系統中處于核心地位，是對微電網(wǎng)執行測量、監視、控制、保護以及高級粗略實(shí)現的監控系統。在實(shí)現微電網(wǎng)的實(shí)時(shí)能量調度與管理、跟蹤、檢測等方面有舉足輕重的作用。

案例

項目位于高海拔地區，海拔高度約5400米，系統主要組成為EMS工作站、BMS、PCS、光伏發(fā)電，柴油發(fā)電機及負載等。

現場(chǎng)對多功能儀表、直流屏、光伏逆變器、BMS、PCS等設備進(jìn)行數據采集，并網(wǎng)運行控制策略，離網(wǎng)控制策略調試。EMS可實(shí)時(shí)監測BMS、PCS運行狀態(tài)，可根據BMS指令及狀態(tài)動(dòng)態(tài)調整PCS的充電模式、充電功率、充電電流、放電功率等運行參數。EMS具備電池保護功能，根據BMS上傳指令及實(shí)時(shí)狀態(tài)控制PCS執行停機、待機、僅放電、僅充電等功能，并可根據BMS狀態(tài)對PCS下發(fā)連續有功調節、無(wú)功調節指令。