微电网能量管理系统概述
一、微电网能量组成
微电网是近年来出现的一种新型能源网络化供应与管理技术的简称，它能够利地将可再生能源和清洁能源系统的接入，实现需求侧管理以及现有能源的最大化利用。微电网将发电子系统、储能系统及负荷相结合,通过相关控制装置间的配合,可以同时向用户提供电能和热能,并能够适时有效地支撑大电网,起到消峰填谷的作用。所以微电网概念一经提出,就引起世界能源专家和电力工业界的广泛重视,世界很多国家都加强了相关基础科学研究的力度,对微电网的认识随着研究的进行在不断地具体化、深入化和系统化。而微电网对于解决我国现有大电网运行中凸显的问题,以及能源危机等相关问题,无疑是提供了一个好的解决途径。
1.1风能
风能是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量。空气流具有的动能称风能。空气流速越高，动能越大。人们可以用风车把风的动能转化为旋转的动作去推动发电机，以产生电力，方法是透过传动轴，将转子（由以空气动力推动的扇叶组成）的旋转动力传送至发电机。到2008年为止，全世界以风力产生的电力约有94.1 百万千瓦，供应的电力已超过全世界用量的1%。风能虽然对大多数国家而言还不是主要的能源，但在1999年到2005年之间已经成长了四倍以上。
风能优点：
1.风能为洁净的能量来源。
2.风力发电是可再生能源，很环保。
3.风能设施多为不立体化设施，可保护陆地和生态。
4.风能设施日趋进步，大量生产降低成本，在适当地点，风力发电成本已
低于发电机。
1.风力发电需要大量土地兴建风力发电场，才可以生产比较多的能源。
2.进行风力发电时，风力发电机会发出庞大的噪音，所以要找一些空旷的
地方来兴建。
3.在一些地区、风力发电的经济性不足：许多地区的风力有间歇性，更糟
糕的情况是如台湾等地在电力需求较高的夏季及白日、是风力较少的时
间；必须等待压缩空气等储能技术发展。
1.2光伏
光伏是太阳能光伏发电系统的简称。是一种利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统，有独立运行和并网运行两种方式。
光伏能量的来源由光伏板组件，它是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并为电网供电。光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电力。近年，天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。
光伏优点：
1.普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或
岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且无须开采和运输。
2.无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境污
染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。
3.巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其总
量属现今世界上可以开发的最大能源。
4.长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，
而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是
用之不竭的。
1.分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。
平均说来，北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时太阳
辐射的辐照度最大，在垂直于太阳光方向1平方米面积上接收到的太阳
能平均有1000W左右；若按全年日夜平均，则只有200W左右。而在冬
季大致只有一半，阴天一般只有1/5左右，这样的能流密度是很低的。
因此，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当
大的一套收集和转换设备，造价较高。
2.不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限
制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳
辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了
难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规
能源相竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能问题，即把晴朗白天的
太阳辐射能尽量贮存起来，以供夜间或阴雨天使用，但目前蓄能也是太
阳能利用中较为薄弱的环节之一。
3.效率低和成本高：目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可
行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成
本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段
时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。
1.3柴油发电机
柴油发电机是一种小型发电设备，系指以柴油等为燃料，以柴油机为原动机带动发电机发电的动力机械。整套机组一般由柴油机、发电机、控制箱、燃油箱、起动和控制用蓄电瓶、保护装置、应急柜等部件组成。整体可以固定在基础上，定位使用，亦可装在拖车上，供移动使用。柴油发电机组属非连续运行发电设备，若连续运行超过12h，其输出功率将低于额定功率约90%。尽管柴油发电机组的功率较低，但由于其体积小、灵活、轻便、配套齐全，便于操作和维护，所以广泛应用于矿山、铁路、野外工地、道路交通维护、以及工厂、企业、医院等部门，作为备用电源或临时电源。
柴油发电优点：
1.燃油经济、热效高、工况变化时，燃油消耗率曲线变化比较平坦，低负
荷下也经济。
2.工作可靠、耐久。
3.因为没有点火系统，故障低。
4.使用范围广。有害排放物较低。
5.防火安全性好。
1.4生物质
生物质发电是利用生物质所具有的生物质能进行的发电，是可再生能源发电的一种，包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电、沼气发电。
1.5电网
联系发电和用电的设施和设备的统称。属于输送和分配电能的中间环节，它主要由联结成网的送电线路、变电所、配电所和配电线路组成。通常把由输电、变电、配电设备及相应的辅助系统组成的联系发电与用电的统一整体称为电力网。简称电网。
二、微电网负载组成
2.1负载概述
负载是指连接在电路中的电源两端的电子元件。电路中不应没有负载而直接把电源两极相连，此连接称为短路。常用的负载有电阻、引擎和灯泡等可消耗功率的元件。不消耗功率的元件，如电容，也可接上去，但此情况为断路。把电能转换成其他形式的能的装置叫做负载。电动机能把电能转换成机械能，电阻能把电能转换成热能，电灯泡能把电能转换成热能和光能，扬声器能把电能转换成声能。电动机、电阻、电灯泡、扬声器等都叫做负载。晶体三极管对于前面的信号
源来说，也可以看作是负载。对负载最基本的要求是阻抗匹配和所能承受的功率。
2.2负载组成与分部
根据负荷对电力需求的特性可将负荷分为基本两大类：
敏感负荷：对这一级负荷断电，将造成人身事故、设备损坏，将生产废品，使生产秩序长期不能恢复，人民生活发生紊乱等。这是这是敏感负荷中的重要负荷。由于供电中断会造成大量减产、人民生活会受到较大影响的用户负荷，这是敏感负荷中的比较重要的负荷。
一般负荷（非敏感负荷）：敏感负荷以外的属于一般负荷。可视为一个可控的负荷参与微电网的能量调度，并且在适当的时候（孤网模式时）可中断其供电，以此确保敏感负荷的正常供电。
负荷接入设备功能：
1.负荷通断控制：在正常情况下，敏感负荷与一般负荷均应正常供电，当
微电网系统因事故出现功率缺额或运行在孤岛模式，应采取切断一般负
荷，确保敏感负荷的正常供电。
2.负荷保护：具有自动跳闸和电动合闸功能，可切断故障电流，发挥保护
作用。
3.微电网功率平衡控制－自动低频减载：当微电网系统因事故出现功率缺
额时，其频率将随之急剧下降，自动低频减载装置的任务是迅速断开相
应数量的一般负荷，使系统频率在不低于某一允许值的情况下，达到有
功功率的平衡，以确保微电网系统安全运行。
4.负荷监测：提供微电网线路负荷的实时数据包括负荷功率，线路电流情
况。对所有线路进行监控，对大负荷及超负荷提供预警和报警信号。
三、微电源分类、工作方式及接入设备功能
3.1微电源典型工作方式
光伏电池具有MPPT和定电压两种工作方式。当工作在MPPT工作方式且无功功率可调时遵循Q-V下垂特性。当工作在定电压工作方式时遵循P-f下垂特性。
1.当工作在功率可调的方式时遵循P-f下垂特性和Q-V下垂特性。在此工
作方式下，风力发电机可作为具有自适应调节功能的调节电源，快速跟
踪负荷有功功率和无功功率的变化。
2.当工作在定功率的方式时按照设定值输出有功功率和无功功率。
风力发电机组采用PQ控制策略．为保证最大限度地利用可再生能源。
3.2微电源接入设备功能
由于光伏电池电压等级低，需采用DC-DC中的Boost电路升压至合适的电压等级，然后通过逆变把直流电变换为标准的交流电，供给负荷或并入电网。即经过DC-DC-AC变换接入微电网。并可根据系统稳定运行要求自动切换工作方式的功能。
3.3微电源控制功能
微电源的基本控制由微电源控制器完成，主要功能包括微电源自身的调节功能即微电源机组工作方式的切换。能量调节功能包括有功/无功控制、电压/频率调节、孤岛模式下负荷分配/电压、频率调节等。
3.4微电源工作方式的切换
根据微电网负荷用电需求并结合微电源控制策略切换微电源的工作方式。
1.对于光伏电池在MPPT和定电压模式之间切换。
2.风力发电机可工作在定功率与功率可调的模式两种方式下。在功率可调时可
工作低位运行和高位运行两种方式下。
3.储能装置根据蓄电池的荷电状况以及此时的负荷是需求，蓄电池可工作在充
电模式与放电模式。
3.5能量调节功能
1、有功功率调节：在并网运行模式时，系统的频率是固定，微电源发送分配好的有功功率，在孤网运行模式下，通过快速的电力电子装置，根据P-f下垂特性，调节微电源的输出有功功率使功率输出与负荷需求保持平衡。
2、无功功率调节：在并网运行模式下，能量控制器监测负荷和无功的变化，通过储能装置进行无功调节，并补偿无功，维持系统功率平衡。
3、在孤网运行模式下，应具备三个功能：
⑴据预先设定的Q-V特性阻止末端电压偏压；
⑵参与特定负荷线路的电压调整；
⑶根据负荷设定的功率因数补偿无功。
4、电压调节：通过调节微电源电压的幅值，相角，与系统要求相匹配，而且负荷和微电网的功率因数可得到控制。
5、功率因数调节：当电动机启停时负载的功率因数是变化的，可以影响到微电网的电压稳定。通过调节微电源无功输出使负载的功率因数保持在预先设定的工作点。
对分布式电源的控制除了满足以上要求外，微电源自身还应具有以下功能：
(1) 通信功能，接受能量管理系统的调度，同时上传自身的各种状态信息。
(2) 辅助的电能质量改善功能，微电源在自身不对电网造成污染的前提下，能在一定程度上对电网进行谐波抑制和不平衡补偿等。
(3) 保护功能，微电网内部有数量众多的分布式电源，且它们之间的距离短，这就造成了短路电流的急剧增大，而传统的继电保护装置因时效性难以起到应有的保护作用，严重威胁了电力电子设备的安全，所以分布式电源自身必须具备各种可靠的保护功能(如过压、过流及故障等)。
四、储能装置分类、工作方式及接入设备功能
4.1储能装置的分类与特点
铅酸蓄电池尽管能量密度小，但功率密度高、放电时间长、由于技术成熟性价比高，因此成为当今使用最为广泛的蓄电池。当蓄电池作为调节电源时，每次调度之前应先检查蓄电池的剩余容量，若负荷低谷时蓄电池容量已经达到90%以上，则不给蓄电池充电;若剩余容量低于20%则暂时不用蓄电池，将它作为负载进行充电(负荷高峰时不充电)一直到容量达到80%以上为止，否则作为电源参加经济调度。
4.2典型工作方式
蓄电池可工作在功率可调的运行方式或定功率的运行方式。
1.当工作在功率可调的方式时遵循P-f下垂特性和Q-V下垂特性。在此工
作方式下，蓄电池组可作为具有自适应调节功能的调节电源，快速跟踪
负荷有功功率和无功功率的变化。
2.当工作在定功率的方式时按照设定值输出有功功率和无功功率。
4.3装置接入设备功能
蓄电池为直流电源，由于他们的电压等级低，需采用DC-DC中的Boost电路升压至合适的电压等级，然后通过逆变把直流电变换为标准的交流电，供给负荷或并入电网。即经过DC-DC-AC变换接入微电网。
蓄电池控制器具有对蓄电池电压、电流、储能的监控功能，还有充放电功能和启停限定功能。蓄电池充电时，能量管理系统主要监视蓄电池的充电状态、综合健康度和安全中断标准。主要监测的参数有：电压、电流和温度。当对蓄电池的所有状态检查完成后。蓄电池的充电定时器开始启动。如果检测到蓄电池超过临界安全值，则充电暂停，如果故障持续时间超过一定的值，则停止对蓄电池充电。并可根据系统稳定运行要求自动切换工作方式的功能。
五、系统运行目标与策略
5.1联网模式下的运行目标与策略
在正常情况下，微电网并网运行，由大电网提供刚性的电压和频率支撑，内部微电源工作在电压源或电流源状态，在能量管理系统控制下，调整各自的功率输出。微电网和大电网共同承担内部负荷。
1.并网运行时，微电网能量管理的协调方案为：
2.光伏发电一直保持MPPT模式；
3.检测储能装置的荷电状况以确定是否充电。当检测到蓄电池未充满时应
充电，若充满就停止充电。能量控制器检测负荷和无功的变化。在联网
模式时，蓄电池不参与供电。仅通过储能装置进行无功调节，并补偿无
功，维持功率平衡，维持系统稳定的作用。
4.风力发电机在联网模式时不参与供电。
5.微电网能量管理器将增加与各级微电源之间的通信协调工作。
并网运行发生故障时，由于微电源的分布式特性，可由微电源能量管理系统迅速定位故障点位置。当故障点在微电网内部时，由微电网能量管理控制器通过综合各微电源的信息给出相应调整；当故障点在微电网外部时，通过主网调度中心与各高级调度中心相互通信以确定故障严重程度。如超出自身调节能力，相应微电网可选择与主网断开，进入孤岛运行，这样可同时保证主网与微电网的安全稳定运行。
5.2孤岛模式下的运行目标与策略
当大电网出现电压骤升、骤降、不平衡和谐波等电能质量问题或有计划检修时，微电网转入孤岛运行模式，此时的电压和频率由内部各微电源负责调节。负荷和微电源地投切常用来维持功率平衡以此确保微电网的电压和相角的恒定。因此控制策略必须确保敏感负荷的正常供电。
微电网能量管理的协调方案为：
1.应切除可中断负荷确保微电网对敏感负荷的可靠供电，保证敏感负荷的
正常工作；
2.光伏发电尽量一直保持MPPT模式（若需要可工作在电压限制模式）；
3.根据储能装置的运行状况，管理风力发电机的投切和发电容量。当储能
装置吸收部分能量时，切除部分风力发电机，当储能装置释放能量时，
投入部分风力发电机来供电；
4.能量控制器检测负荷和无功的变化，通过风力发电机或储能装置进行P、
Q调节，并无功补偿，维持功率平衡，保证供电质量。
在孤网模式下各微电源协调控制策略：
1.光伏电池应保持MPPT模式，当光伏电池输出大于负荷消耗且蓄电池充
满时，应工作在定电压模式。
2.蓄电池储能为0，光伏输出持续增加但小于负荷消耗时，蓄电池停止运
行。光伏输出超过微电网负荷消耗，蓄电池未充满。蓄电池充电。
3.光伏输出小于负荷消耗时或光伏输出为零，蓄电池有储能，应工作在放
电模式。
4.当光伏输出超过微电网负荷消耗，应工作在低输出运行模式。当负荷需
求持续增加，光伏电池和蓄电池已不能满足负荷用电需求，风力发电机
则增加输出功率。光伏发电结束且储能装置储能为零，则完全由大电网
供电。
5.3PCC接入监控设备的功能与要求
微电网PCC的各种状态信息包括系统电压、电流、有功、无功、频率、功率因数等参数以及各个微电源的状态信息能上传给能量管理系统，能量管理系统根据这些参数制定控制方案，发布命令。
5.4微电网能量管理系统的功能与实现方法
微电网能量管理系统具有数据综合处理、方案制定、命令发布及与微电网并网功能，主要包括对微电源的控制、储能装置管理、负荷管理、来电自动并网、
断电或故障自动进入孤岛运行的控制功能等。
1.方案制定、命令发布：经过通信上传的PCC点，各微电源控制器，断路
器，负荷节点的各种参数，经过综合数据处理，制定微电源的投切、工
作方式切换、功率输出等调节，断路器的通断等控制策略。然后把这些
设定值与控制命令发送各调节装置。维持微电网的正常运行。
2.对微电源的控制功能：根据能量管理系统的控制命令改变微电源的工作
方式，并且按照发送的设定值调节微电源的功率输出。能量管理系统检
测调节电源的输出特性。当负荷需求增大时，通知微电源增加输出功率。
当负荷需求减少且蓄电池充满时，则通知微电源减少输出功率或关闭某
些微电源。
3.储能装置的管理：蓄电池充放电与电压、功率管理可检测蓄电的充放
电状态，并且根据系统需求对其进行充放电管理，并能控制储能装置的
工作方式。以及输出有功、无功功率，参与有/无功率调节。
4.负荷管理：根据检测到的负荷大小分配微电源的出力，保持微电源与负
荷之间的平衡，在微电网孤网运行时，切除一般负荷，确保敏感负荷的
正常供电。
5.模式切换与通断控制：当检测大电网来电时，能自动的将微电网由孤网
运行模式过渡到并网运行模式下。当并网后发生故障且故障点在微电网
外部时，通过主网与各微电网相互通信以确定故障严重程度。如超出自
身调节能力，相应微电网可选择与主网断开，进入孤岛运行。并可实现
两种运行模式的无缝转换。并根据微电网的工作状态发布微电源与断路
器逻辑控制控制命令。当满足投切条件时，能量管理系统通知微电源控
制器和各断路器动作，完成预定的投切操作，以减少或增加输电线路的
功率，确保微电网系统的功率平衡。
六、微电网能量管理系统的组成结构与实现方案
6.1建立模型
建立了典型的微电网模型，包括微电网的电压等级、接线方式、运行方式、负荷模型、微电源类型、容量以及位置的确定并建立合适的微电源仿真模型。
1.电压等级：380V/220V。
2.接线方式：微电网接线采用放射式接线。
3.运行方式：并网运行、孤岛运行。
4.负荷模型：采用恒功率静态模型来表示馈线上各节点的负荷，同时假设
负荷三相对称。
1)负荷类型：敏感负荷非敏感负荷（可中断负荷）。
2)负荷大小最大负荷：敏感负荷与一般负荷功率需求之和为最大负
荷。
3)最小负荷：取最大负荷的30%为最小负荷。
5.微电源类型: 风力发电机、光伏电池、储能装置（铅酸蓄电池）。
6.微电源发电容量确定：微电源的额定功率应该与敏感负荷峰值功率需求
相匹配。
6.2微电网能量管理
1.微电源管理
根据微电网的拓扑结构制定相应的控制策略。
1)在并网模式时，应预先确定微电源的功率输出值，能量管理系统合理分
配设定值给各个微电源。并监控PCC点的电量参数，当出现无功不平衡
时，并确定无功补偿量，分配这个值于储能装置，使储能装置发无功，
维持系统功率平衡。并根据并网运行模式下微电源协调控制策略投切微
电源。
2)在孤网模式运行时，根据负荷需求确定微电源的功率输出值，能量管理
系统合理分配设定值与各微电源。根据预先设定的ＶＱ特性阻止末端电
压偏压；参与特定负荷线路的电压调整；根据负荷设定的功率因数补偿
无功。通过能量管理系统把这个这分配给调节微电源。维持电压稳定。
能量管理系统根据能量管理控制算法确定设定值，分配给各微电源参与
系统的调节，以确保系统的稳定运行。
2.储能装置的充放电管理
能量管理系统主要监视蓄电池的充电状态、综合健康度和安全中断标准。按照能量管理系统的控制指令充放电。
3.负荷管理
提供负荷跟跟随功能，实时检测负荷大小，在并网模式下，负荷的供电主要由大电网提供。在孤网模式运行时，一般负荷被切除，根据检测到的负荷大小，分配微电源的出力，保持微电源与负荷之间的平衡。
6.3能量管理系统通讯与控制功能
微电网能量管理系统具有数据综合处理、方案制定、命令发布及与微电网并网功能，主要包括对微电源的管理、储能装置管理、负荷管理、断网与并网的控制功能等。各控制器经过通讯线路上传各自的状态信息，包括的PCC点电网参数，各微电源输出特性参数，断路器通断状态，负荷的各种电量参数，经过能量管理系统的综合数据处理，制定微电源的投切、工作方式切换、功率输出等调节，断路器的通断等控制策略。然后把这些设定值与控制命令发送各调节装置，维持微电网的正常运行。
1. 上传信息：
1)PCC点：通过大电网监控装置上传大电网的各种参数包括大电网的电压、
频率、相位角等。在联网运行模式下，将大电网电压、频率与微电网当
前电压和频率做比较，分析是否同步，如果偏差超过允许范围将调节储
能装置和光伏电池的功率输出，以尽快与大电网同步。
2)光伏电池功率电压控制器：上传光伏电池的工作方式（MPPT/定电压），
输出电压、电流、频率，有功功率、无功功率等参数值。
3)储能装置（蓄电池）功率电压控制器：上传储能当前的工作方式、充放
电的电压、电流，输出时有功功率、无功功率等参数值，荷电状态等。
4)风力发电机功率电压控制器：上传风力发电机的运行状况（是否投入运
行、低位运行、高位运行、）工作方式、输出电压、电流、频率，有功功
率、无功功率等参数值。
5)负荷参数：包括负荷的大小，电压、电流，频率，功率因数等。
6)各断路器的通断状况。
2. 发送命令:
1) PCC点的信息
在联网运行模式下，将大电网电压、频率与微电网当前电压和频率做比较，分析是否同步，如果偏差超过允许范围能量管理系统计算无功功率补偿量，并把这个值传送给储能装置。命令储能装置发送无功，维持系统平衡。
当监测到大电网出现电压扰动等电能质量问题或供电中断时，通知隔离开关S1动作，微电网转入孤岛运行模式。当大电网来电时，检测当前大电网与微电网的电压、频率、相位角，若微电网与电网不同步，能量管理系统计大电网与微电网的参数差额，计算出补偿量，把这设定值通知给运行中的微电微电网。调节功率输出，尽快与大电网的同步。
2) 光伏电池
在联网运行模式下：能量管理系统通知其一直工作在MPPT方式下。
在孤网运行模式下：当光伏电池输出大于负荷消耗且蓄电池充满时并且储能装置充满时，通知光伏电池控制器改变运行方式，工作在定电压方式下，否则应一直保持工作在MPPT方式。当光伏电池输出为0时，通知光伏电池控制器停止运行。
3)储能装置
根据负荷需求与荷电状况确定其充放电与工作方式：
联网运行模式时：能量管理系统发送命令与储能装置，仅工作在充电的工作方式下，当检测到储能装置未充满时。蓄电池充电。若充满，则停止充电。
孤网运行模式时：蓄电池储能为0，光伏输出持续增加但小于负荷消耗时，蓄电池停止运行。光伏输出超过微电网负荷消耗，蓄电池未充满。通知蓄电池控
制器工作在充电方式。光伏输出小于负荷消耗时或光伏输出为零，并检测到储能装置有储能，通知储能装置放电。当储能装置输出为0时，通知储能装置控制器停止运行。
4)风力发电机
在联网运行模式时，能量管理系统通知风力发电机不投入运行。
在孤网运行模式时，当光伏输出超过微电网负荷消耗，通知风力发电机工作在低输出运行模式。当负荷需求持续增加，光伏电池和蓄电池已不能满足负荷用电需求，风力发电机则增加输出功率。当储能装置与光伏电池输出为零时，通知两个风力发电机完全供电。
5)各断路器的通断控制
在联网运行模式时，应密切监视个断路器的通断，当某条支路或节点电压、电流过高时，应迅速切断该支路或节点的断路器，并发送维修指令，通知维修人员快捷解除故障，保障负荷的正常供电。
在孤网运行模式时，通知隔离开关S1快速动作断开与大电网的连接，微电网进入孤网运行模式。断路器S3、S11动作切断一般负荷的供电，确保敏感负荷的正常供电。当微电网供电仍不满足敏感负荷需求时，应将敏感负荷中供电等级较低的较重要敏感负荷切除，通知断路器S6或S10动作，确保重要敏感负荷的正常供电。
6)负荷的控制
在联网模式是，确保所有负荷的正常供电。
在孤网模式时，首先将一般负荷切除，确保敏感负荷的供电。当储能装置与光伏电池输出均为0，且两风力发电起完全供电，仍不能满足负荷需求时，应考虑将敏感负荷中供电优先级较低的负荷切除，命令所在支路的断路器断开。保证重要敏感负荷的供电。若系统存在两个或两个以上供电等级相同的较重要敏感负荷时，能量管理系统应采集当前较敏感负荷的大小，并结合微电源的运行情况做出判断，若将较小负荷切除时，不会造成系统的电压频率降低，可将较小负荷切除，若会出现电压、频率不稳定，须将较大负荷切除。
当某负荷节点的电压超过允许范围时，根据无功补偿算法，制定无功补偿量，并把这个设定值传送送给调节电源，使其参与电压调节。
6.4微电网的突发事故的处理
联网运行发生故障时，由于微电源的分布式特性，可由微电源能量管理系统迅速定位故障点位置。当故障点在微电网内部时，由微电网能量管理控制器通过综合各微电源的信息给出相应调整；当故障点在微电网外部时，通过主网调度中心与各高级调度中心相互通信以确定故障严重程度。如超出自身调节能力，相应微电网可选择与主网断开，进入孤岛运行，这样可同时保证主网与微电网的安全稳定运行。
孤网运行发生故障时，由于微电源的分布式特性，可由微电源能量管理系统迅速定位故障点位置。当故障点在微电网内部时，由微电网能量管理控制器通过综合各微电源的信息给出相应调整；如超出自身调节能力，相应微电源断路器可选择与微电网断开。
园 区 微 电 网 建 设 方 案 杭州品联科技有限公司 2017.3
一．项目背景 园区工程建设项目-智能微电网示范与研发中心，将充分利用园区内楼顶及空地安装一定容量的光伏发电与风力发电系统，并接入燃气轮机，储能装置，电动汽车充电站，模拟柴油发电系统，与大电网一起为园区内负荷供电，同时在研究生宿舍楼建设智能用电系统实现智能用电双向互动。 本方案将根据园区建设的实际情况，利用自身优势，搭建一套功能完善的微电网系统，以现实光伏，风力再生能源的最大化利用，节约储能系统建设成本，使得分布式可再生能源发电系统与整个园区内的配电网络协调运行。 改姓名集工程开放性，应用示范性，技术研发性和科普展示性于一体。 智能微电网示范与研发中心建设的主要内容包括： 1）新能源发电系统：本示范与研发中心将以光伏发电为主，并包含风力发电及燃气轮等新型能源，最终形成一个含多种分布式能源的微电网系统。 2）多种储能系统：本项目将建设综合铅酸蓄电池，铅酸铁锂电池，超级电容等多种形式的储能系统，保障微电网示范平台的安全可靠性，并实现电力削峰填谷及经济运行。 3）模拟柴油发电系统：本项目将选用一台50KW的模拟柴油发电机，布置于地下停车场。 4）电动汽车充电示范平台：建设一定规模的电动汽车充电设施，主要应用于小型车辆充电，且具备V2G扩展功能，后期实现能量的双向流动。 5）智能用电系统：以园区公寓为对象，对现有标计进行改造，运用用电采集器进行信息采集，通过用电能量管理系统，实现供电与用户的双向互动及用电能效的最优。 通过该平台的建设，希望实现以下功能： （1）实现光伏发电，风力发电、燃气轮机等分布式电源以及储能，电动 汽车能量转换单元等关键技术与设备的示范与应用，并开展如下技术研 究： 1）分布式电源与能量转换单元的布局优化、选型与结构设计；
微电网能量管理系统相关资料 微电网采用了大量的现代电力电子技术将光伏发电、风电、燃气轮机、燃料电池、储能设备等微电源装置并在一起,直接接在用户侧,构成规模较小的分散的独立系统。对于大电网来说,微电网可被视为电网中的一个可控单元,由于电力电子器件的高反应特点,它可以迅速满足外部输配电网络的需求。另外,对用户来说,由于微电网的分布特点,可以维持本地电压稳定、增加本地可靠性、降低馈线损耗、通过利用余热提高能量利用的效率及提供不间断电源等,能够满足他们特定的需求。 在接入电网问题上,微电网的入网标准不针对各个具体而分散的微电源,只针对PcC(微电网与大电网的公共连接点)。微电网不仅解决了分布式电源单机接入成本高的问题,还充分发挥了分布式电源的各项优势,并且为用户带来了其它多个方面的效益。 微电网能量管理系统的主要管理对象： 1.分布式电源 微电网中的分布式电源包括燃料电池、微型燃气轮机、柴油发电机、热电联产系统、风电、光伏等。其中，热电联产系统通过燃料电池、微型燃气轮机或其他燃机在发电的同时提供热能，能量利用率超过 80%，在微电网中具有较好的应用前景。不同类型的电源通过整流器和逆变器等电力电子设备将不同频率的电能平滑地转换为相同频率的交流或直流电能。通过控制逆变器可以控制分布式电源的输出，让分布式电源按指定的电压和频率（U/f 控制)或有功和无功(PQ控制)输出。这些基于逆变器的控制方式支撑着微电网系统的总体控制策略。分布式电源按可控性分为不可调度机组和可调度机组。风电、光伏的发电主要取决于自然环境，具有随机性和波动性，属于不可调度机组，其具有一定的可预测性，但目前仍具有较大的预测误差。而燃料机组如微型燃气轮机、燃料电池、柴油机属于可调度机组，微电网能量管理系统需要预测风电、光伏的出力，并根据预测出力、燃料机组油耗、热电需求等制定可调度机组的调度计划。 2.储能系统 储能系统在微电网中得到了广泛的应用，适合微电网的储能技术主要有蓄电池、飞轮、超级电容。蓄电池具有电能容量大、能量密度大、循环寿命短等特点，在并网时起削峰填谷和能量调度的作用，在孤网时常作为中心存储单元，维护微电网的频率与电压稳定。飞轮具有较大的能量密度、较高的功率输出和无限的充放电次数，常用来平抑微电网中的瞬时功率波动。超级电容具有功率密度大、循环寿命长、能量密度低等特点，但相对于其他 2种储能技术具有较高的成本。由于具有较低的惯性、储能系统在微电网中可以平抑可再生能源和负荷的功率波动，维护系统的实时功率平衡，同时能在微电网并网与孤网状态切换时提供瞬时的功率支撑，维持系统稳定。储能系统一般通过逆变器接入微电网，采用U/f 控制和 PQ控制，接受微电网能量管理系统的指令来决定工作方式和发电功率。储能系统的管理目标取决于微电网的工作方式。在并网模式下，其主要是确保分布式电源的稳定出力，容量充足时可以起削峰填谷和能量调度的辅助作用；在孤网模式下，储能系统主要是维护系统稳定，减少终端用户的电能波动。
微电网能量管理运行优化研究 发表时间：2017-07-03T11:17:13.947Z 来源：《电力设备》2017年第7期作者：侯方域陈灿灿 [导读] 摘要：主要研究微电网能量管理优化问题，提出了电网分级分布式衰减能量管理系统的建设方案，设计了电力预测，经济调度，需求响应和联络线功率控制等功能电网能源管理系统软件。 （国网晋城供电公司山西省晋城市 048000） 摘要：主要研究微电网能量管理优化问题，提出了电网分级分布式衰减能量管理系统的建设方案，设计了电力预测，经济调度，需求响应和联络线功率控制等功能电网能源管理系统软件。在此基础上，本文提出了一种基于改进遗传算法的最小化总运营成本目标的微电网，通过仿真验证了一种用于优化能量管理和算法有效性的新方法。 关键词：微电网；能源管理；分层优化；多代理系统 为了充分发挥低碳微电网的优势，经济，需要优化微电网功率调度，以最大限度地利用微型电源。根据微网系统的特点，提出了一套相对完整的微网能量管理系统，每个功能模块和主要任务的特点完善细节，系统可以实现综合监测，预测，时间和历史信息的微网系统的状态同步监测，预报警和预防控制以及微网电力多目标优化运行综合协调控制功能。微电网能量管理系统进一步完善微电网控制功能，提高微电网的控制精度和有效性，为开发和工程应用原型系统提供重要支撑。 微电网具有分布式发电（微）电源小型化和数量少的特点，微发电特性不同，发电和环境条件，如温度，风速，日照辐射密切相关，输出具有很大的随机性和挥发性。微电网中的负载将随时间，天气和经济因素而变化。这使得分布式发电设备的故障率也随环境条件和时间而变化，电源和负载程序之间的能量交换也变得更加复杂。 对于更多能源的微电网，能源管理系统需要从微电网系统的安全性，电源质量，经济和环境等方面全面控制。目前，微网系统网络结构框架，调度控制策略和控制单元级功率/能量存储的微网系统级能量管理系统研究的主要研究仍然在婴儿理论中。主要对微电网能量管理系统的人机界面设计进行了优化。提出了基于中央控制器的微电网能量管理策略的层次控制，微电网运行分析的两种市场政策。微电网经济运行调度政策的能量研究和人机界面的设计。通过对基于PQ控制仿真模型的逆变器的研究和基于下垂控制逆变器数学建模，微网控制策略的分析。微网格系统的微网格研究领域目前很少有研究文献层面的能源管理系统。综上所述，根据传统能源管理系统的电网本身的特点，本文提出了一种相对完善的微电网能源管理系统， 实现同步监测，预报预警和预防控制以及多目标优化运行综合协调控制功能的综合监测，预报，实时和历史信息系统。下面从系统功能和系统结构两个方面介绍，并重点介绍信息采集和数据预处理，网络分析，能量优化功能模块的主要任务及其完善的特点。 微电网能量管理系统功能系统结构如图所示 分为信息采集和数据预处理，网络分析和能量优化三个方面。 1 信息采集和数据预处理主要任务是收集微网单元的模拟量和开关量数据，天气信息，相量数据，并连接到电网能源管理系统数据；结合CIM模型，微电网管理历史部分信息，数据预处理，为下一步应用提供集成模型，图形和参数。通过使用SCADA测量实现，与 - PMU-2混合，用于微网系统状态的同步监测，克服了SCADA监测过程，对不同监测点之间的统一监测结果缺乏精确的定时和总体动态分析进行了在整个系统上，仿真模型只能通过离线校准问题。利用SCADA和-PMU-2与微电网和模块之间的能量管理系统进行数据传输，传输控制模块之间，一套基于CIM模型的PI（工厂信息）实时数据库系统进行数据交换存储基地，通过CIM模型，可以在微网能量管理系统内部和不同能源管理系统之间进行数据共享和交换，实时监测微电网等电气参数的并网节点信息，保证微电网电网和连接到电网之间的能量交换的安全稳定性。使用历史段管理模块，关联，合并，数据修改模型，如数据挖掘预处理，数据BuZhao功能实现收集信息的集成并形成历史段，下一步系统使用先进应用功能模块分析。 2 网络分析结合综合模型，图形和参数在一个单元中，用于微电网状态估计，基于微电网状态变量的混合测量；根据微网状态变量和控制变量，结合微电网，设备的健康状况，评估风险分析和敏感性分析，并预测潜在故障，定量消除趋势故障的调整因素限制；通过预警和报警模块，可以通过声光报警，故障情况，快速采取相应的预防措施或应急控制。基于混合测量的状态估计，在网络拓扑分析的基础上，基于模拟数据采集，SCADA模块和相量数据 - PMU-2模块采集，计算电网的状态变量。系统进入风险分析和敏感性分析。使用风险分析模块，在微网系统中定量随机故障因素，建立定量指标计算的风险表征系统，进行分析。经过灵敏度计算与控制变量的微小变化和状态变量之间的关系的变化，计算分支微电源的限制趋势，负载灵敏度，计算在此分析的基础上迅速消除限制量的微功率有功功率的调整，可以调整为更小，更快，更好的结果用于提供快速指导预防和控制危险情况。综合分析和灵敏度分析结果进行风险评估，安全分析，通过声光报警，预防措施和应急控制模块预测可能的风险状况和故障状况，同时处理微网系统是自动或手动干预或危险情况的故障，其优先级高于微电网优化调度模块。 3 能量优化的主要任务是确保系统安全的微网系统网络分析，在基于微电网信息的状态估计的基础上，结合微型发电机，负荷预测，储能单元能量状态预报和分析系统运行，实现微电网多目标优化运行和综合协调控制。根据微网控制目标的不同操作模式和系统，在预测信息和基于系统分析的运行中，分析微电网互联/隔离网运行模式的系统状态，微功率控制策略和储能系统，运行系统分析指标，具体单位
微电网能量管理系统概述 一、微电网能量组成 微电网是近年来出现的一种新型能源网络化供应与管理技术的简称，它能够利地将可再生能源和清洁能源系统的接入，实现需求侧管理以及现有能源的最大化利用。微电网将发电子系统、储能系统及负荷相结合,通过相关控制装置间的配合,可以同时向用户提供电能和热能,并能够适时有效地支撑大电网,起到消峰填谷的作用。所以微电网概念一经提出,就引起世界能源专家和电力工业界的广泛重视,世界很多国家都加强了相关基础科学研究的力度,对微电网的认识随着研究的进行在不断地具体化、深入化和系统化。而微电网对于解决我国现有大电网运行中凸显的问题,以及能源危机等相关问题,无疑是提供了一个好的解决途径。 1.1风能 风能是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量。空气流具有的动能称风能。空气流速越高，动能越大。人们可以用风车把风的动能转化为旋转的动作去推动发电机，以产生电力，方法是透过传动轴，将转子（由以空气动力推动的扇叶组成）的旋转动力传送至发电机。到2008年为止，全世界以风力产生的电力约有94.1 百万千瓦，供应的电力已超过全世界用量的1%。风能虽然对大多数国家而言还不是主要的能源，但在1999年到2005年之间已经成长了四倍以上。 风能优点： 1.风能为洁净的能量来源。 2.风力发电是可再生能源，很环保。 3.风能设施多为不立体化设施，可保护陆地和生态。 4.风能设施日趋进步，大量生产降低成本，在适当地点，风力发电成本已 低于发电机。
1.风力发电需要大量土地兴建风力发电场，才可以生产比较多的能源。 2.进行风力发电时，风力发电机会发出庞大的噪音，所以要找一些空旷的 地方来兴建。 3.在一些地区、风力发电的经济性不足：许多地区的风力有间歇性，更糟 糕的情况是如台湾等地在电力需求较高的夏季及白日、是风力较少的时 间；必须等待压缩空气等储能技术发展。 1.2光伏 光伏是太阳能光伏发电系统的简称。是一种利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统，有独立运行和并网运行两种方式。 光伏能量的来源由光伏板组件，它是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并为电网供电。光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电力。近年，天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。 光伏优点： 1.普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或 岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且无须开采和运输。 2.无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境污 染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。 3.巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其总 量属现今世界上可以开发的最大能源。 4.长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年， 而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是 用之不竭的。
WORD文档，可下载修改 1微电网的典型结构 图1 微电网结构图 图1为微电网的结构图[1][2]，它通过隔离变压器、静态开关和大电网相连接。微电网中绝大部分的微电源都采用电力电子变换器和负载相连接，使其控制灵活。微电网内部有三条馈线，其中馈线A和B上连接有敏感负荷和一般负荷，根据用电负荷的不同需求情况，微电源安装在馈线上的不同位置，而没有集中安装在公共馈线处，这种接入形式可以减少线路损耗和提供馈线末端电压支撑。馈线C上接入一般负荷，没有安装专门的微电源，而直接由电网供电。每个微电源出口处都配有断路器，同时具备功率和电压控制器，在能量管理系统的控制下，调整各自功率输出以调节馈线潮流。当监测到大电网出现电压扰动等电能质量问题或供 动作，微电网转入孤岛运行模式，以保证微电网内重要敏电中断时，隔离开关S 1 感负荷的不间断供电，同时各微电源在能量管理系统的的控制下，调整功率输出，保证微电网正常运行。对于馈线Ａ、Ｂ、Ｃ上的一般负荷，系统则会根据微电网功率平衡的需求，将其切除。 2负荷分类、要求及接入设备功能 2.1负荷分类与要求 根据负荷对电力需求的特性可将负荷分为基本两大类[3]： 敏感负荷：对这一级负荷断电，将造成人身事故、设备损坏，将生产废品，使生产秩序 长期不能恢复，人民生活发生紊乱等。这是这是敏感负荷中的重要负荷。由于供电中断会造成大量减产、人民生活会受到较大影响的用户负荷，这是敏感负荷中的比较重要的负荷。一般负荷（非敏感负荷）：敏感负荷以外的属于一般负荷。
可视为一个可控的负荷参与微电网的能量调度，并且在适当的时候（孤网模式时）可中断其供电，以此确保敏感负荷的正常供电。 要求：敏感负荷。保证不间断供电以及较高的供电质量。并由独立电源供电。 非敏感负荷对供电方式无特殊要求。 2.2负荷接入设备功能 (1)负荷通断控制 在正常情况下，敏感负荷与一般负荷均应正常供电，当微电网系统因事故出现功率缺额或运行在孤岛模式，应采取切断一般负荷，确保敏感负荷的正常供电。 (2)负荷保护 具有自动跳闸和电动合闸功能，可切断故障电流，发挥保护作用。 (3)微电网功率平衡控制－自动低频减载[4] 当微电网系统因事故出现功率缺额时，其频率将随之急剧下降，自动低频减载装置的任务是迅速断开相应数量的一般负荷，使系统频率在不低于某一允许值的情况下，达到有功功率的平衡，以确保微电网系统安全运行。 (4)负荷监测 提供微电网线路负荷的实时数据包括负荷功率，线路电流情况。对所有线路进行监控，对大负荷及超负荷提供预警和报警信号。 3微电源分类、特点、工作方式及接入设备功能 3.1微电源分类与特点[5] 光伏电池无废气排放、无化石燃料消耗，采用与建筑物集成在一起的模块可联合生产低温热能为房间供暖。但输出的功率由光能决定，因此是断续的，不能与负荷完全匹配，因此常常需要蓄电池或其他辅助系统。一般光伏电池发电模块拥有最大功率点跟踪(MPPT)功能、电池板监测和保护功能、逆变并网等功能，以保
微电网能量管理运行优化研究 摘要：主要研究微电网能量管理优化问题，提出了电网分级分布式衰减能量管 理系统的建设方案，设计了电力预测，经济调度，需求响应和联络线功率控制等 功能电网能源管理系统软件。在此基础上，本文提出了一种基于改进遗传算法的 最小化总运营成本目标的微电网，通过仿真验证了一种用于优化能量管理和算法 有效性的新方法。 关键词：微电网；能源管理；分层优化；多代理系统 为了充分发挥低碳微电网的优势，经济，需要优化微电网功率调度，以最大 限度地利用微型电源。根据微网系统的特点，提出了一套相对完整的微网能量管 理系统，每个功能模块和主要任务的特点完善细节，系统可以实现综合监测，预测，时间和历史信息的微网系统的状态同步监测，预报警和预防控制以及微网电 力多目标优化运行综合协调控制功能。微电网能量管理系统进一步完善微电网控 制功能，提高微电网的控制精度和有效性，为开发和工程应用原型系统提供重要 支撑。 微电网具有分布式发电（微）电源小型化和数量少的特点，微发电特性不同，发电和环境条件，如温度，风速，日照辐射密切相关，输出具有很大的随机性和 挥发性。微电网中的负载将随时间，天气和经济因素而变化。这使得分布式发电 设备的故障率也随环境条件和时间而变化，电源和负载程序之间的能量交换也变 得更加复杂。 对于更多能源的微电网，能源管理系统需要从微电网系统的安全性，电源质量，经济和环境等方面全面控制。目前，微网系统网络结构框架，调度控制策略 和控制单元级功率/能量存储的微网系统级能量管理系统研究的主要研究仍然在婴儿理论中。主要对微电网能量管理系统的人机界面设计进行了优化。提出了基于 中央控制器的微电网能量管理策略的层次控制，微电网运行分析的两种市场政策。微电网经济运行调度政策的能量研究和人机界面的设计。通过对基于PQ控制仿 真模型的逆变器的研究和基于下垂控制逆变器数学建模，微网控制策略的分析。 微网格系统的微网格研究领域目前很少有研究文献层面的能源管理系统。综上所述，根据传统能源管理系统的电网本身的特点，本文提出了一种相对完善的微电 网能源管理系统， 实现同步监测，预报预警和预防控制以及多目标优化运行综合协调控制功能 的综合监测，预报，实时和历史信息系统。下面从系统功能和系统结构两个方面 介绍，并重点介绍信息采集和数据预处理，网络分析，能量优化功能模块的主要 任务及其完善的特点。 微电网能量管理系统功能系统结构如图所示 分为信息采集和数据预处理，网络分析和能量优化三个方面。 1 信息采集和数据预处理主要任务是收集微网单元的模拟量和开关量数据，天气信息， 相量数据，并连接到电网能源管理系统数据；结合CIM模型，微电网管理历史部分信息，数 据预处理，为下一步应用提供集成模型，图形和参数。通过使用SCADA测量实现，与 - PMU- 2混合，用于微网系统状态的同步监测，克服了SCADA监测过程，对不同监测点之间的统一 监测结果缺乏精确的定时和总体动态分析进行了在整个系统上，仿真模型只能通过离线校准 问题。利用SCADA和-PMU-2与微电网和模块之间的能量管理系统进行数据传输，传输控制 模块之间，一套基于CIM模型的PI（工厂信息）实时数据库系统进行数据交换存储基地，通 过CIM模型，可以在微网能量管理系统内部和不同能源管理系统之间进行数据共享和交换，
微电网能量管理系统 This manuscript was revised by the office on December 10, 2020.
W O R D文档，可下载修改1微电网的典型结构 图1 微电网结构图 图1为微电网的结构图[1][2]，它通过隔离变压器、静态开关和大电网相连接。微电网中绝大部分的微电源都采用电力电子变换器和负载相连接，使其控制灵活。微电网内部有三条馈线，其中馈线A和B上连接有敏感负荷和一般负荷，根据用电负荷的不同需求情况，微电源安装在馈线上的不同位置，而没有集中安装在公共馈线处，这种接入形式可以减少线路损耗和提供馈线末端电压支撑。馈线C上接入一般负荷，没有安装专门的微电源，而直接由电网供电。每个微电源出口处都配有断路器，同时具备功率和电压控制器，在能量管理系统的控制下，调整各自功率输出以调节馈线潮流。当监测到大电网出现电压扰动等电能质量问题或供电中断时，隔离开关S 动作，微电网转入孤岛运行模 1 式，以保证微电网内重要敏感负荷的不间断供电，同时各微电源在能量管理系统的的控制下，调整功率输出，保证微电网正常运行。对于馈线Ａ、Ｂ、Ｃ上的一般负荷，系统则会根据微电网功率平衡的需求，将其切除。 2负荷分类、要求及接入设备功能 2.1负荷分类与要求 根据负荷对电力需求的特性可将负荷分为基本两大类[3]： 敏感负荷：对这一级负荷断电，将造成人身事故、设备损坏，将生产废品，使生产秩序 长期不能恢复，人民生活发生紊乱等。这是这是敏感负荷中的重要负荷。由于供电中断会造成大量减产、人民生活会受到较大影响的用户负荷，这是敏感负荷中的比较重要的负荷。一般负荷（非敏感负荷）：敏感负荷以外的属于一般负荷。可视为一个可控的负荷参与微电网的能量调度，并且在适当的时候（孤网模式时）可中断其供电，以此确保敏感负荷的正常供电。 要求：敏感负荷。保证不间断供电以及较高的供电质量。并由独立电源供电。 非敏感负荷对供电方式无特殊要求。 2.2负荷接入设备功能 (1)负荷通断控制 在正常情况下，敏感负荷与一般负荷均应正常供电，当微电网系统因事故出现功率缺额或运行在孤岛模式，应采取切断一般负荷，确保敏感负荷的正常供电。 (2)负荷保护 具有自动跳闸和电动合闸功能，可切断故障电流，发挥保护作用。 (3)微电网功率平衡控制－自动低频减载[4] 当微电网系统因事故出现功率缺额时，其频率将随之急剧下降，自动低频减载装置的任务是迅速断开相应数量的一般负荷，使系统频率在不低于某一允许值的情况下，达到有功功率的平衡，以确保微电网系统安全运行。 (4)负荷监测 提供微电网线路负荷的实时数据包括负荷功率，线路电流情况。对所有线路进行监控，对大负荷及超负荷提供预警和报警信号。
能量管理系统 1 微电网结构 制器开关断路器敏感 负荷一般负荷电力传输线信息流线 图1 微电网结构图 图1微电网的结构图[1][2]，它通过隔离变压器、静态开关和大电网相连接。微电网中绝大部分的微电源都采用电力电子变换器和负载相连接，使其控制灵活。微电网内部有三条馈线，其中馈线A 和B 上连接有敏感负荷和一般负荷，根据用电负荷的不同需求情况，微电源安装在馈线上的不同位置，而没有集中安装在公共馈线处，这种接入形式可以减少线路损耗和提供馈线末端电压支撑。馈线C 上接入一般负荷，没有安装专门的微电源，而直接由电网供电。每个微电源出口处都配有断路器，同时具备功率和电压控制器，在能量管理系统的控制下，调整各自功率输出以调节馈线潮流。当监测到大电网出现电压扰动等电能质量问题或供电中断时，隔离开关S 1动作，微电网转入孤岛运行模式，以保证微电网
内重要敏感负荷的不间断供电，同时各微电源在能量管理系统的的控制下，调整功率输出，保证微电网正常运行。对于馈线Ａ、Ｂ、Ｃ上的一般负荷，系统则会根据微电网功率平衡的需求，将其切除。 2负荷分类、要求及接入设备功能 2.1负荷分类与要求 根据负荷对电力需求的特性可将负荷分为基本两大类[3]： 敏感负荷：对这一级负荷断电，将造成人身事故、设备损坏，将生产废品，使生产秩序长期不能恢复，人民生活发生紊乱等，这是敏感负荷中的重要负荷。由于供电中断会造成大量减产、人民生活会受到较大影响的用户负荷，这是敏感负荷中的比较重要的负荷。 一般负荷（非敏感负荷）：敏感负荷以外的属于一般负荷。可视为一个可控的负荷参与微电网的能量调度，并且在适当的时候（孤网模式时）可中断其供电，以此确保敏感负荷的正常供电。 要求：敏感负荷，保证不间断供电以及较高的供电质量，并由独立电源供电。 非敏感负荷，对供电方式无特殊要求。 2.2负荷接入设备功能 (1)负荷通断控制 在正常情况下，敏感负荷与一般负荷均应正常供电，当微电网系统因事故出现功率缺额或运行在孤岛模式，应采取切断一般负荷，确保敏感负荷的正常供电。 (2)负荷保护 具有自动跳闸和电动合闸功能，可切断故障电流，发挥保护作用。 (3)微电网功率平衡控制－自动低频减载[4] 当微电网系统因事故出现功率缺额时，其频率将随之急剧下降，自动低频减载装置的任务是迅速断开相应数量的一般负荷，使系统频率在不低于某一允许值的情况下，达到有功功率的平衡，以确保微电网系统安全运行。 (4)负荷监测 提供微电网线路负荷的实时数据包括负荷功率，线路电流情况。对所有线路进行监控，对大负荷及超负荷提供预警和报警信号。 3微电源分类、特点、工作方式及接入设备功能 3.1微电源分类与特点[5]
微电网标准体系建设 微电网在全国范围发展迅速，亟需标准化工作给予技术支撑和规范。微电网改变了电力系统在中低压层面的结构和运行方式。与微电网的电网运营企业和设备供应商们熟悉的传统原则受到挑战。迫切需要国家层面的标准化工作支撑，很多时候我们一些供电原则、保护原则等受到挑战，迫切需要从国家层面标准化工作的支撑，必须要有国标才方便管理层面，甚至政府、法院认可的程度。 微电网的标准体系急需统一的规划和顶层设计，微电网和分布式电源并网涉及发电、电网、用户等多个领域，系统复杂性突出。需要将微电网作为一个相对独立单元，对相关技术领域开展系统分析。对不同应用场景下微电网、分布式电源功能进行定位和系统边界区分。从系统的角度辨识标准缺失和可能出现的重复甚至矛盾的地方，识别亟需制定的标准，制定微电网标准化路线图和标准体系。这是我们标委会在做的工作。 目前定的标准，包括微网建模及仿真、微网并网、微源接入微网、微网规划设计、微网运行特性测试、微网调试及验收、微网运行维护、微网内发电侧管理、微网内需求侧管理、微网内储能管理、微网保护、微网信息与通讯、微网监控系统功能、微网黑启动、微网运行评价。在标准领域都有很多工作急需要做，没有这些标准支撑很难形成大规模网站化推广。 针对微电网建设的难题，北京群菱专注于微电网研究试验平台的开发，推出多个微电网实验平台： 1.微电网仿真试验研究平台 2.微电网监控及能量调度管理系统 3.微电网电缆阻抗模拟系统 4.多源互补智能微电网供电系统 5.开放式交直流电力电子研究与试验平台
以上平台均为群菱能源专业设计制造，详细技术方案请联系群菱获取。试验平台可以满足交直流混合微电网的关键设备检测、功能性验证试验、能量调度管理及控制策略研究、微电网之间的相互影响及调度控制技术研究、微电网储能研究以及风光储科学配比优化研究与高渗透率研究。 群菱能源微电网仿真实验室成功案例：中国电科院“先进配电自动化与配电网优化控制联合实验室”、“电力需求侧管理和智能用电仿真实验室”,中科院电工研究所“多能互补发电系统运行和保护性能测试系统”,国网智能电网研究院“交/直流电网物理仿真试验平台”,河南电科院“智能配电网新能源接入研究平台”,浙江工业大学“智能微电网试验、测试与储能系统”,南昌大学“微电网仿真模拟试验平台”等数十家科研院所，为我国微电网标准体系建设贡献出一份力量。 标准化工作的现状以及展望，中国在IEC先后发起成立adhocG53微电网特别工作组和IECSEG6微电网系统评估组，这个组的使命去年年底已经完成了，制定IEC在微电网领域的战略规划。目前微网标准的现国家标准层面，微电网领域6项，行业标准微电网领域4项。微电网标准体系的研究和编制，内容涵盖微电网的规划设计、调试验收、并网测试、运行控制等内容。
微电网能量管理系统 1 微电网的典型结构 制器开关断路器敏感 负荷一般 负荷电力传输线信息流线 图1 微电网结构图 图1为微电网的结构图[1][2]，它通过隔离变压器、静态开关和大电网相连接。微电网中绝大部分的微电源都采用电力电子变换器和负载相连接，使其控制灵活。微电网内部有三条馈线，其中馈线A 和B 上连接有敏感负荷和一般负荷，根据用电负荷的不同需求情况，微电源安装在馈线上的不同位置，而没有集中安装在公共馈线处，这种接入形式可以减少线路损耗和提供馈线末端电压支撑。馈线C 上接入一般负荷，没有安装专门的微电源，而直接由电网供电。每个微电源出口处都配有断路器，同时具备功率和电压控制器，在能量管理系统的控制下，调整各自功率输出以调节馈线潮流。当监测到大电网出现电压扰动等电能质量问题或供电中断时，隔离开关S 1动作，微电网转入孤岛运行模式，以保证微电网内重要敏感负荷的不间断供电，同时各微电源在能量管理系统的的控制下，调整功率输出，保证微电网正常运行。对于馈线Ａ、Ｂ、Ｃ上的一般负荷，系统则会根据微电网功率平衡的需求，将其切除。 2 负荷分类、要求及接入设备功能 2.1 负荷分类与要求
根据负荷对电力需求的特性可将负荷分为基本两大类[3]： 敏感负荷：对这一级负荷断电，将造成人身事故、设备损坏，将生产废品，使生产秩序长期不能恢复，人民生活发生紊乱等。这是这是敏感负荷中的重要负荷。由于供电中断会造成大量减产、人民生活会受到较大影响的用户负荷，这是敏感负荷中的比较重要的负荷。 一般负荷（非敏感负荷）：敏感负荷以外的属于一般负荷。可视为一个可控的负荷参与微电网的能量调度，并且在适当的时候（孤网模式时）可中断其供电，以此确保敏感负荷的正常供电。 要求：敏感负荷。保证不间断供电以及较高的供电质量。并由独立电源供电。 非敏感负荷对供电方式无特殊要求。 2.2负荷接入设备功能 (1)负荷通断控制 在正常情况下，敏感负荷与一般负荷均应正常供电，当微电网系统因事故出现功率缺额或运行在孤岛模式，应采取切断一般负荷，确保敏感负荷的正常供电。 (2)负荷保护 具有自动跳闸和电动合闸功能，可切断故障电流，发挥保护作用。 (3)微电网功率平衡控制－自动低频减载[4] 当微电网系统因事故出现功率缺额时，其频率将随之急剧下降，自动低频减载装置的任务是迅速断开相应数量的一般负荷，使系统频率在不低于某一允许值的情况下，达到有功功率的平衡，以确保微电网系统安全运行。 (4)负荷监测 提供微电网线路负荷的实时数据包括负荷功率，线路电流情况。对所有线路进行监控，对大负荷及超负荷提供预警和报警信号。 3微电源分类、特点、工作方式及接入设备功能 3.1微电源分类与特点[5] 光伏电池无废气排放、无化石燃料消耗，采用与建筑物集成在一起的模块可联合生产低温热能为房间供暖。但输出的功率由光能决定，因此是断续的，不能与负荷完全匹配，因此常常需要蓄电池或其他辅助系统。一般光伏电池发电模块拥有最大功率点跟踪(MPPT)功能、电池板监测和保护功能、逆变并网等功能，以保证光伏电池能够可靠、安全地运行。 微型燃气轮机，具有体积小、质量轻、发电效率高、污染小、运行维护简单可以统一调度。微型燃气轮机模块具有气体温度、压力、流量测量、燃料供给、燃料注入控制、热量处理、转速监控，气体污染物监测、功率调节及并网等功能。具有电力电子转换和控制接口的微型燃气轮机可跟随电网的电压和频率变化，主要起负荷跟踪和削峰填谷的作用。它的另一个作用是完成基本的有功功率控制的同时，可调节系统输出的无功功率，实现电压调节和功率因数的调整。因此是目前最成熟、最具有商业竞争力的分布式电源之一。 3.2微电源典型工作方式 (1)光伏电池具有MPPT和定电压两种工作方式。 当工作在MPPT工作方式且无功功率可调时遵循Q-V下垂特性。 当工作在定电压工作方式时遵循P-f下垂特性。 (2)微型燃气轮机可工作在功率可调的运行方式或定功率的运行方式。 当工作在功率可调的方式时遵循P-f下垂特性和Q-V下垂特性。在此工作方式下，微型燃气轮机可作为具有自适应调节功能的调节电源，快速跟踪负荷有功功率和无功功率的变化。 当工作在定功率的方式时按照设定值输出有功功率和无功功率。
微电网能量管理解决方案 一、概述 微电网是由分布式电源、储能系统、能量转换装置、监控和保护装置、负荷等汇集而成的小型发、配、用电系统，是一个具备自我控制和自我能量管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。从微观看，微电网可以看作小型的电力系统；从宏观看，微电网可以认为是配电系统中的一个“虚拟”的电源或负荷。 微电网概念的兴起主要是解决分布式电源并网带来的技术、市场和政策上的问题。为了最大限度地发挥分布式发电技术在经济、能源和环境中的优势,很多国家都将微电网纳入未来电网发展的日程中。欧洲以及美国、日本等国家都针对本国实际提出了微电网的概念并积极开展研究,到目前为止,微电网在理论与应用上都取得了丰硕的成果。中国的微电网发展起步较晚，目前主要处在实验室及示范工程阶段。 西安高压电器研究院有限责任公司（以下简称西高院）在微电网发展初期开始关注该领域的动态，并结合自身的生产发展实际于2011年开始筹备组建用于微电网及相关配套新能源产品研究的示范平台。为了能够更加深入的研究微电网的运行特性，西高院项目组自主研发了用于微电网的能量管理系统，实现了对微电网内各个微电源、混合储能、可分级调控负荷及其他相关设备的综合管理。 二、微电网系统简述 西高院微电网系统的主要组成有，太阳能光伏发电和模拟风力发电组成的微源模块，由电池和超级电容组成的混合储能模块，可以进行分级控制的负荷模块，可以实现自动检测和无缝切换的并网模块。系统主要组成见图1。 该系统一期建设容量为22kW,以交流母线为主，直流母线预留接口，方便后期扩建。系统建成后为西高院综合办公楼提供照明用电，在充分利用新能源的同时，也为用电负荷提供了双重供电的保障。 根据初步的统计测算数据，该系统年发电量超过三万千瓦时，减少碳排放量约为两万七千五百余千克。系统的建成不仅能够为相关新能源领域内的研究提供平台，同时提供了清洁能源的电能，为环境的净化贡献了一份力量。 三、能量管理解决方案 西高院微电网的能量管理解决方案是项目组自主研发的一套系统，软件系统完全自主开发，硬件系统主要由CAN通信网络组成，并配置了适当的控制设备。它是一个一体化信息处理平台，将微电网监控和能量管理结合起来，实现了对微电网各个设备状态的监控，微电网内部能量运行的管理，系统运行模式及策略的优化，对系统的控制保护等功能集合在一起的综合管理系统。
第8卷第3期2012年7月 沈阳工程学院学报（自然科学版） Journal of Shenyang Institute of Engineering （Natural Science ） Vol.8No.3Jul．2012 *优秀毕业设计论文选编 收稿日期：2012－06－03 作者简介：张华威（1988－），男，辽宁抚顺人，电气工程系，电气工程及其自动化专业，电本083班学生．指导教师：刘莉（1963－），女，沈阳人，教授，博士，主要从事电力系统分析与控制领域的研究． 智能微电网能量管理系统设计 张华威，刘 莉 （沈阳工程学院电气工程系，沈阳110136） 摘 要：尽管分布式发电系统的出现大大减轻了传统电网的负担，但与传统电网之间仍旧存在诸多矛盾．为协调传统电 网与分布式电源的矛盾， 提出了微电网的概念．由于微电网的特殊性，传统的大规模发电机组的能量管理系统不适合微电网能量管理．现有的微电网能量管理系统在运行和控制上略显臃肿和繁杂．在现有能量管理系统的基础上进行了改进，通过“组态王”软件对系统的操作控制和运行管理进行了优化，仿真运行证明了设计的先进性．关键词：微电网；分布式发电；能量管理系统中图分类号：TM727 文献标识码：A 文章编号：1673－1603（2012）03－0201－03 0引言 能源是人类生存和发展的基础，当前能源匮乏问题严重影响着人类的经济发展，因此，风能和太阳能等新能源的开发利用就成为了当务之急． 目前电力系统已成为集中发电、远距离高压输电、用电客户分散的大型网络系统，并且其弊端随着电网规模的不断扩大也日益凸显．近年来世界范围内的各种大面积停电事故，充分暴露了传统大电网的脆弱性和低可靠性 ［1］ ． 分布式电源一经出现，就凭借其投资少、损耗低和能源种类多等优点迅速地引起了各电力技术发达国家的重视．尽管分布式电源具有很多优点， 但是也存在很多问题，如单机接入电网的成本高等．为了减少分布式电源对电网的冲击和影响，在大电网出现故障时分布式电源必须马上退出运行， 这在一定程度上大大限制了分布式电源优越性的充分发挥．因此，为了协调大电网与分布式电源的矛盾，提出了微电网的概念 ［2］ ． 微电网是各种微电源和分散负荷的汇总，可当作一个整体的系统来运行和控制．1个微电网，至少含有1个分布式电源和相关负荷，并且微电网一般与配电网相连，而与非主网相连．不过虽然微电网解决了分布式电源大规模接入所产生的问题，充分发挥了分布式电源的各项优势，但由于微电网的特殊性，传统的大规 模发电机组的能量管理系统并不适合微电网能量管 理， 因此需要研究新的能量管理技术．设计中，在现有能量管理系统的基础上，利用“组态王”软件对其进行了改进． 1 微电网电源参数 1.1 风力发电系统的参数 风力机的风轮把风能转化为发电用的机械能，风 机的尾翼作为调向机构实现风轮旋转面垂直于风向．机械能驱动永磁式交流发电机产生交流电，利用并网控制器， 把不规则的交流电变成直流电，并网时逆变器再将直流电逆变成交流电输出后并入电网． 从经济性和可靠性的角度出发，选用HY-5KW 型和HY-20KW 型风力机作为微电网风力发电系统的电源． 1.2 光伏发电系统的参数 设计组件选用XJPV800-185（35），主要参数为输 出峰值功率185W ；峰值电压36.42V ；峰值电流5.08A ；开路电压45.05V ；短路电流5.41A．根据光伏组件 的参数及逆变器的参数， 选用185W 的多晶硅电池组件108块，总设计容量为19980W．光伏发电系统分成9个单元，每个单元采用12块电池组件及6串2并的接线方式． 1.3储能电池的的参数 在设计中胶体电池需要自己制作，选择了6- CN
Smart Grid 智能电网, 2015, 5(6), 328-335 Published Online December 2015 in Hans. https://www.doczj.com/doc/332739325.html,/journal/sg https://www.doczj.com/doc/332739325.html,/10.12677/sg.2015.56040 Design of Micro-Grid Energy Management System Sai Ma, Lingjun Wu, Guotao Zheng, Peng Chen, Shuai Sun School of Electrical Engineering, Southeast University, Nanjing Jiangsu Received: Dec. 11th, 2015; accepted: Dec. 23rd, 2015; published: Dec. 30th, 2015 Copyright ? 2015 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.doczj.com/doc/332739325.html,/licenses/by/4.0/ Abstract In recent years, the energy exhaustion and environmental degradation boost the development of micro-grid for that micro-grid is more compatible with renewable distributed power sources. Energy management in the micro-grid is critical to maintain safety and efficient operation of the micro-gird. This paper focuses on the energy management problem and discusses several aspects of MEMS (Micro-grid Energy Management System), including user requirements, objectives, struc-ture and control strategy of the system. To satisfy these requirements, an MEMS platform based on local sever is presented and realized. The platform consists of server, database web pages, and background processes. Server system uses https://www.doczj.com/doc/332739325.html, combined with MFC and connects MySQL da-tabase, which stores current state of micro-grid and reads previous power flow information. Us-er-friendly web pages for users can refresh dynamically, which shows the real-time state and enables user control. Background processes perform forecasting and scheduling algorithm based on a given interval. The proposed MEMS realizes several functions including SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), load and generation forecasting, storage dispatch and optimization, and information management. Keywords Micro-Grid, Energy Management System, Software Platform, Storage Dispatch, https://www.doczj.com/doc/332739325.html, 微电网能量管理系统设计 马赛，武令君，郑国涛，陈鹏，孙帅 东南大学电气工程学院，江苏南京