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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(tǒng)。根據(jù)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的連接關系，微電網(wǎng)可分為獨立型和并網(wǎng)型兩類。其中，獨 立型微電網(wǎng)與大電網(wǎng)之間沒有電氣連接，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(tǒng)、柴油發(fā)電進行綜合監(jiān)測、分析、控制的系統(tǒng)模塊，主要功能包括：數(shù)據(jù)采集與處理、報警處理、 控制和操作記錄(包括人工操 作、控制器自動控制、電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)自動控制、電網(wǎng)穩(wěn)定控制、互動服務、優(yōu)化調(diào)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、風光柴儲等多種模式無縫切換控制功能，切換時間不超過 20ms 等）、在線統(tǒng)計計算、畫面顯示功能、人機接口功能、通信接口、系統(tǒng)的自診斷和自恢復、維護功能、權(quán)限管理等。

總體原則

(1)系統(tǒng)采用的概念、技術、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?jié)摿?。系統(tǒng)整體技術性能應達到目前國內(nèi)微電網(wǎng)EMS系統(tǒng)建設的水平，并在一定時期內(nèi)保持其性。

(2)系統(tǒng)軟件和硬件的選取應遵循開放系統(tǒng)規(guī)范，支持多種國際標準協(xié)議，包括采用具有開放的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、應用程序、開發(fā)工具、接口協(xié)議等。

(3)系統(tǒng)在系統(tǒng)容量、通信能力、處理能力等方面應具有擴充性，可以方便地進行產(chǎn)品升級、換代及功能擴充。系統(tǒng)采用的技術、方法和設備，為第三方應用提供開放的標準接口。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格比。

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

(5)系統(tǒng)具有高度的安全性和保密性，通過對系統(tǒng)分級保護、數(shù)據(jù)存儲權(quán)限的控制，以及網(wǎng)絡安全隔離等手段，來防止各種形式的對系統(tǒng)的非法侵入。

(6)系統(tǒng)管理員能夠?qū)ο到y(tǒng)進行維護管理，并且在進行維護維修的時候，不影響系統(tǒng)的整體業(yè)務運行。同時記錄系統(tǒng)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。方便移交后用戶維護的工作。

系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

微電網(wǎng)EMS系統(tǒng)主要組成為 EMS 工作站主備、北斗對時裝置、協(xié)調(diào)控制器、通訊組網(wǎng)設備等，系統(tǒng)采用站控層、間隔層、就地層三層結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示：

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

特點

主要特點

（1）EMS系統(tǒng)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現(xiàn)平滑切換；

（2）系統(tǒng)可對負荷用電進行長期和短期的預測，通過預測分析實現(xiàn)對微電網(wǎng)系統(tǒng)的高級能量管理，使微電網(wǎng)能夠安全經(jīng)濟運行；

（3）系統(tǒng)支持對時功能，支持IEEE1588微妙級精確時鐘同步；

（4）支持C/S結(jié)構(gòu)，支持多任務、多用戶前后臺實時處理；

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

系統(tǒng)性能要求

系統(tǒng)可靠性

（1）系統(tǒng)的年可靠率>99.9%；

（2）單元（模塊）器件平均N故障時間>50000 小時；

（3）重要（關鍵）器件平均N故障時間>100000 小時。

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(xù) 4000 小時內(nèi)不需要人工調(diào)整和維護。

系統(tǒng)實時性指標

（1）遙測量越死區(qū)傳送時間小于 3 秒

（2）遙信變位傳送時間小于 2 秒

（3）遙控、遙調(diào)命令傳送時間小于 1 秒

（4）系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)掃描時間 1~10 秒（可調(diào)）

（5）計算機遠程網(wǎng)絡通信中實時數(shù)據(jù)傳送時間小于 3 秒

（6）畫面調(diào)用響應時間小于 2 秒

（7）畫面實時數(shù)據(jù)刷新周期 1~10 秒（可調(diào)）

（8）模擬屏數(shù)據(jù)刷新周期 2~5 秒

（9）存檔最小時間間隔為 10min，最長保存周期為 6 個月

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(diào)準確率100%

（5）站內(nèi)分辨率小于等于2ms

（6）系統(tǒng)事故追憶(PDR)時間

（7）系統(tǒng)事故前追憶時間 15 分鐘

（8）系統(tǒng)事故后追憶時間 15 分鐘

系統(tǒng)負載率指標

電網(wǎng)正常情況下：

（1）在任意 5 分鐘內(nèi)，服務器 CPU 的平均負荷率≤20%

（2）在任意 5 分鐘內(nèi)，MMI 工作站 CPU 的平均負荷率≤30%

（3）在任意 5 分鐘內(nèi)，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(nèi)，服務器 CPU 的平均負荷率≤30%

（2）在任意 1 分鐘內(nèi)，MMI 工作站 CPU 的平均負荷率≤40%

（3）在任意 1 分鐘內(nèi)，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(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、報警處理、人機交互、實時統(tǒng)計、能量管理等功能；

數(shù)據(jù)采集

（1）各風電、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(cè)電壓、電流，交流三相電壓、頻率、電流，溫度，各類報警信息等）；

（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(cè)電壓、電流，交流三相電壓、頻率、電流，溫度，各類報警信息等）；

（3）電池管理系統(tǒng)信息（充放電狀態(tài)、功率、接觸器狀態(tài)，SOC、SOH，直流側(cè)電壓、電流，單體電池電壓、溫度，各類報警/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/無功電度等）；

（5）用戶配電柜各多功能電表信息（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/無功電度等）；

（6）儲能戶外柜信息（空調(diào)信息、消防系統(tǒng)信息）；

（7）柴油機系統(tǒng)（運行模式、功率、交流斷路器狀態(tài)，交流相電壓、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/無功電度等）；

（8）氫燃料電池系統(tǒng)（運行模式、功率、交流斷路器狀態(tài)，交流相電壓、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/無功電度等）；

數(shù)據(jù)處理

能量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理模塊提供模擬量處理、狀態(tài)量處理、非實測數(shù)據(jù)處理、計算及統(tǒng)計等功能。

（1）模擬量處理：模擬量描述各系統(tǒng)運行的實時量化值；對模擬量的處理能實現(xiàn)所有人工設置的模擬量應能自動列表顯示，并能根據(jù)該模擬量所屬廠站調(diào)出相應接線圖。

（2）狀態(tài)量處理：狀態(tài)量包括開關量和多狀態(tài)的數(shù)字量，具體為設備好壞狀態(tài)、開關位置、隔離刀閘、接地刀閘位置、保護硬接點狀態(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，可以給出提示信息。

（3）非實測數(shù)據(jù)處理：非直接采集的數(shù)據(jù)稱為非實測數(shù)據(jù)，可能由人工輸入，也可能是通過計算得到。

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

（5）統(tǒng)計：對重要數(shù)據(jù)，如柴油機發(fā)電量、光伏發(fā)電量、儲能充放電量、充放電時間、故障電池數(shù)等進行統(tǒng)計分析。對于測量值的統(tǒng)計包括最大值、最小值、平均值及相應的時間統(tǒng)計。

報警處理

EMS系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)的軟、硬件狀態(tài)異常等。

人機交互

系統(tǒng)主頁

PCS系統(tǒng)監(jiān)視概況

BMS監(jiān)視概況

配電柜監(jiān)視概況

逆變器監(jiān)視概況

實時統(tǒng)計

EMS系統(tǒng)具備以下實時監(jiān)測和統(tǒng)計功能：

（1）分布式電源發(fā)電統(tǒng)計：對分布式光伏電源的實時運行信息、報警信息進行全面的監(jiān)視，并對光伏發(fā)電進行多方面的統(tǒng)計和分析，實現(xiàn)對分布式電源的全方面掌控。

（2）儲能監(jiān)控：對儲能電池的實時運行信息、報警信息進行全面的監(jiān)視，并對儲能進行多方面的統(tǒng)計和分析，實現(xiàn)對儲能的全方面掌控。

（3）負荷監(jiān)控：有條件的負荷進行監(jiān)視、控制和統(tǒng)計，并為低周減載、電網(wǎng)功率平衡控制分析等提供依據(jù)。

（4）配電網(wǎng)綜合監(jiān)視與統(tǒng)計：統(tǒng)一監(jiān)視配電系統(tǒng)運行的綜合信息，包括網(wǎng)上頻率、母線電壓、配電功率、并實時統(tǒng)計總發(fā)電出力、儲能剩余容量、總有功負荷、總無功負荷、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(jiān)視各斷路器開關狀態(tài)、各支路有無功功率、各設備的報警等實時信息，制定響應策略，實現(xiàn)整個配電網(wǎng)的穩(wěn)定控制。對外電網(wǎng)預留通訊接口，滿足功率，不提供額外設備。

能量管理

EMS系統(tǒng)可根據(jù)操作員輸入的命令實現(xiàn)斷路器、切換開關等的正常操作和其它必要的操作，可根據(jù)電源及負荷監(jiān)測數(shù)據(jù)、統(tǒng)計結(jié)果進行平衡計算及策略響應。操作控制的執(zhí)行結(jié)果 能夠反饋到相關設備圖上，其執(zhí)行情況能產(chǎn)生正常(或異常)執(zhí)行報告并可顯示。

開關控制功能

EMS 可遠程關斷配電柜所有回路斷路器（系統(tǒng)配置為手動回路斷路器除外），系統(tǒng)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現(xiàn)斷路器分/合操作。 自動模式下，EMS 可根據(jù)需求自動分/合相應斷路器。如切出部分負荷、多電源 切換時分/合部分電源開關。

光伏逆變器控制

EMS 可實時監(jiān)測光伏逆變器運行狀態(tài)，具備連續(xù)有功調(diào)節(jié)、無功調(diào)節(jié)光伏逆變器功能。根 據(jù)系統(tǒng)運行狀態(tài)，實時調(diào)節(jié)光伏逆變器有功功率輸出。

儲能系統(tǒng)控制

EMS 可實時監(jiān)測 BMS、PCS 運行狀態(tài)，可根據(jù) BMS 指令及狀態(tài)動態(tài)調(diào)整 PCS 的充電模式、充電功率、充電電流、放電功率等運行參數(shù)。EMS 具備電池保護功能，根據(jù) BMS 上傳指令及實時狀態(tài)控制 PCS 執(zhí)行停機、待機、僅放電、僅充電等功能，并可根據(jù) BMS 狀態(tài)對 PCS 下發(fā)連 續(xù)有功調(diào)節(jié)、無功調(diào)節(jié)指令。

柴發(fā)系統(tǒng)控制

EMS 可實時監(jiān)測柴發(fā)的運行狀態(tài)，可以通過通訊方式監(jiān)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(tǒng)可以監(jiān)測供電回路的電流電壓、功率及發(fā)電量，系統(tǒng)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有市電參與情況下的孤島運行模式。實現(xiàn)穩(wěn)定的自發(fā)、自儲、自銷調(diào)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邏輯算法實現(xiàn)：

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邏輯算法實現(xiàn)：

總結(jié)

ST890微電網(wǎng)EMS系統(tǒng)在整個微電網(wǎng)系統(tǒng)中處于核心地位，是對微電網(wǎng)執(zhí)行測量、監(jiān)視、控制、保護以及高級粗略實現(xiàn)的監(jiān)控系統(tǒng)。在實現(xiàn)微電網(wǎng)的實時能量調(diào)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(qū)，海拔高度約5400米，系統(tǒng)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(xiàn)場對多功能儀表、直流屏、光伏逆變器、BMS、PCS等設備進行數(shù)據(jù)采集，并網(wǎng)運行控制策略，離網(wǎng)控制策略調(diào)試。EMS可實時監(jiān)測BMS、PCS運行狀態(tài)，可根據(jù)BMS指令及狀態(tài)動態(tài)調(diào)整PCS的充電模式、充電功率、充電電流、放電功率等運行參數(shù)。EMS具備電池保護功能，根據(jù)BMS上傳指令及實時狀態(tài)控制PCS執(zhí)行停機、待機、僅放電、僅充電等功能，并可根據(jù)BMS狀態(tài)對PCS下發(fā)連續(xù)有功調(diào)節(jié)、無功調(diào)節(jié)指令。