微电网能量管理系统策略控制怎么实现

0 引言
 

在能源危机和环境问题日益严重的今天，微电网作为分布式能源的重要组成部分，越来越受到人们的关注。微电网能量管理系统（Microgrid Energy Management System, MEMS）作为微电网的大脑，其策略控制如何实现，直接关系到微电网的稳定运行和能源的高效利用。本文将从策略控制的角度出发，深入探讨微电网能量管理系统的实现原理与深度思考。

 

1 微电网能量管理系统的基本概念

微电网能量管理系统是指对微电网内各种分布式能源进行统一协调、优化调度的系统。它通过对电源、负荷、储能等资源的实时监控、预测和优化，实现微电网的自治、自稳和自优化。策略控制作为微电网能量管理系统的核心，其实现方式直接决定了微电网的性能和效率。

 

2 策略控制如何实现

数据收集与监测：

​实时收集微电网内的所有分布式电源（如光伏、风力、燃料电池）、储能系统、负荷以及外部电网的状态信息。

监测天气预报、电价信号、电网要求等外部因素。

预测分析：

​利用历史数据和当前趋势预测可再生能源的发电量。

预测负荷需求，可能基于时间、季节、用户行为等因素。

预估外部电网的电价波动和可用性。

优化算法应用：

​应用数学模型和算法（如线性规划、动态规划、遗传算法、粒子群优化等）来确定最优的发电、储能和负荷管理策略。

考虑成本最小化、碳排放最低、电网稳定性最高等多个目标函数。

决策制定：

根据优化结果，为分布式电源设定功率输出目标，例如调整光伏逆变器的输出或启动/停止柴油发电机。

决定何时充电或放电储能系统，以平衡供需或利用低电价时段。

实施需求响应计划，激励用户在高峰时段减少负荷或在非高峰时段增加负荷。

控制执行：

​发送指令到各分布式能源资源和负荷控制单元，实施决策。

进行频率和电压控制，确保微电网的稳定运行。

监控与反馈：

​监控执行效果，收集实际数据与预测数据进行对比。

分析偏差原因，如天气变化、设备故障等，并调整模型和策略。

应急响应：

​在电网故障或异常情况下，自动切换至孤岛运行模式，优先保障重要负荷供电。

采取措施恢复系统稳定，如启动备用电源或减少非关键负荷。

持续优化：

​基于实时反馈和学习机制，不断调整和优化控制策略。

定期评估系统性能，考虑技术进步和市场变化，更新EMS软件和硬件。

​这些步骤需要高度集成的通信网络和先进的控制技术来支持，同时也依赖于高质量的数据和精确的预测模型。在实践中，EMS通常会采用分层控制架构，其中包含本地控制、协调控制和集中控制等层次，以确保系统能在各种条件下高效、可靠地运行。

3 Acrel-2000MG微电网能量管理系统

3.1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，全天候进行数据采集分析，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，促进可再生能源应用，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。

 3.2架构

3.3功能
 

 数据监测与展示

   - 系统应精确监测并实时显示百和正序、负序、零序电压值，三相电流不平衡度百分比，以及正序、负序、零序电流值。

   - 谐波分析功能应涵盖A/B/C三相电压和电流的总谐波畸变率，以及奇次、偶次谐波的电压和电流总畸变率。系统应能以柱状图形式展示2-63次谐波电压和电流含有率，以及0.5～63.5次间谐波电压和电流含有率。

   - 电压波动与闪变监测应包含A/B/C三相电压的波动值、短闪变值和长闪变值，并提供相应的波动曲线和闪变曲线。同时，系统应显示电压偏差与频率偏差。

   - 功率与电能计量应准确显示A/B/C三相的有功功率、无功功率和视在功率，以及三相的总功率和功率因数。系统应提供有功负荷曲线，包括日曲线和年曲线。

   - 电压暂态监测功能在电能质量暂态事件发生时，应产生告警，并通过弹窗、闪烁、声音、短信、电话等方式通知相关人员。系统应能查看暂态事件发生前后的波形。

   - 电能质量数据统计应包含1min统计整2h存储的数据，如均值、最大值、最小值、95%概率值和方均根值。

   - 事件记录查看功能应详细记录事件名称、状态、波形号、越限值、故障持续时间和事件发生时间。

远程控制

   - 系统应支持对整个微电网系统范围内设备的远程遥控操作。系统维护人员可通过管理系统主界面完成遥控操作，遵循预置、返校、执行的操作顺序，及时执行调度系统或站内操作命令。

曲线查询

   - 曲线查询界面应允许直接查看各电参量曲线，包括但不限于三相电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、SOC、SOH、充放电量变化等。

统计报表

   - 系统应提供定时抄表汇总统计功能，用户可自由查询自系统正常运行以来的任意时间段内各配电节点的用电情况。报表应涵盖进线用电量、各分支回路消耗电量，以及微电网与外部系统间电能量交换的统计分析。同时，系统应能分析系统运行的节能、收益等，以及微电网供电可靠性，包括年停电时间和次数等。

网络拓扑图

 - 系统应支持实时监视接入设备的通信状态，完整显示系统网络结构。系统应能在线诊断设备通信状态，并在网络异常时自动显示故障设备或元件及其故障部位。

通信管理

 - 系统应能够对整个微电网系统范围内的设备通信进行管理、控制及数据实时监测。维护人员可通过管理系统的主程序打开通信管理程序，启动所有端口或特定端口，快速查看设备通信和数据情况。通信应支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

用户权限管理

- 系统应设置用户权限管理功能，防止未经授权的操作。通过定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

故障录波

- 系统在发生故障时，应自动准确记录故障前后各相关电气量的变化情况。故障录波共可记录16条，每条录波可触发6段录波，每次录波总时间共计46s。每个采样点录波至少包含12个模拟量、10个开关量波形。

事故追忆

- 系统应能自动记录事故时刻前后一段时间的所有实时扫描数据，包括开关位置、保护动作状态、遥测量等，为事故分析提供数据基础。用户可自定义事故追忆的启动事件和监视的数据点。

4 结语

微电网能量管理系统的策略控制是实现微电网稳定运行和能源高效利用的关键。通过预测与控制算法、分布式优化技术和实时监控系统等技术手段，可以实现策略控制的有效实现。同时，面对未来的挑战和机遇，我们需要不断进行深入的思考和探索，推动微电网能量管理系统的不断发展和完善。

审核编辑 黄宇