Smart Grid 智能电网, 2015, 5(6), 328-335
Published Online December 2015 in Hans. https://www.doczj.com/doc/e68851752.html,/journal/sg
https://www.doczj.com/doc/e68851752.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/e68851752.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/e68851752.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/e68851752.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
马赛等
收稿日期：2015年12月11日；录用日期：2015年12月23日；发布日期：2015年12月30日
摘要
近年来能源和环境问题受到各国重视，采用大量可再生能源的微电网技术快速发展。对微电网进行能量管理可以保证微电网安全高效的运行。本文针对微电网的能量管理问题，阐述了微电网能量管理系统物理层的控制结构与方法、软件层架构与算法，在此基础上开发实现了基于本地服务器的能量管理系统软件平台。平台由服务器、数据库、后台进程、Web网页四部分构成。服务器端系统采用https://www.doczj.com/doc/e68851752.html,结合MFC 开发，连接MySQL数据库，储存微电网状态信息及读取历史用发电信息。用户通过动态刷新的Web网页，实时查看微电网运行状况并进行管理，人机界面友好。后台系统根据给定时间间隔执行预测和调度算法。本系统实现了对微电网的实时监控、发用电预测、储能调度优化和信息综合管理。
关键词
微电网，能量管理系统，软件平台，储能调度，https://www.doczj.com/doc/e68851752.html,
1. 引言
近年来，接入大量可再生能源发电的微电网架构在各国快速发展。可再生能源发电的间歇性，这使得微电网的能量管理对于微电网的高效、稳定运行十分重要。
短期功率平衡和长期能量管理是微电网能量管理系统的两个主要任务[1]。前者使微电网稳定运行，后者针对不同运行目标的微电网经济调度和优化运行。微电网能量管理系统控制结构分为集中式(CS Centralized System)和多代理式(MAS Multi-agent System) [2]，如日本的Kyotango微电网工程[3]。多代理式结构以希腊国立大学的NTUA微电网为代表[4]。集中式控制存在对中央控制器依赖强，分布式电源无法即插即用的不足，但其控制技术成熟，成本低，维护方便，因此使用广泛。本文主要针对集中式的控制结构。
下面从软件架构和调度优化上，介绍现有研究状况。软件架构上，现有研究[5]-[7]考虑到智能电网内智能电器、三网合一，和智能电网的高级计量架构(AMI)的研究现状，提出微电网能量管理的软件功能结构。调度和运行优化上，微电网能量管理主要有信息预测和调度优化两方面工作。发电预测有基于数值天气预报模型的预测方法和基于历史数据的预测方法，负荷预测考虑负荷种类、需求侧相应等因素故相对复杂，有待进一步研究[8]。调度优化采取求解多目标函数加权得到的单目标问题，或通过多目标算法求最优解。文献[9]建立多约束条件下的多目标优化模型，并对离网和并网微电网采用不同控制方式。文献[10]基于改进遗传算法对微网能量管理进行优化。现有微电网能量管理的调度优化算法的研究，大多采用遗传算法[9] [10]、粒子群算法[11]、前向DP算法[12]等算法解带约束的多目标优化问题。
然而，现有研究中[5]-[7]从电网公司角度考虑较多，对于用户的可视化程度低，软件实现的介绍也较简略。优化调度得出的最优解主要考虑小时级的优化调度，对并网微电网更短时间尺度的储能管理涉及较少[9]-[12]。文献[10]使用的Sybase数据库在可伸缩性与平台兼容上不如本文所用的MySQL。本文设计实现了一个B/S架构的微电网能量管理系统软件平台。对超短期的储能调度也进行优化设计，更加注重用户体验，具备良好的可移植性。实现了微电网运行状态实时监控、用发电及气象状态预测、储能调度、用户信息维护等功能，对微电网进行集中式管理。
马赛等
2. 微电网系统概述
2.1. 微电网系统结构
微电网是相对于大电网一种新型的发配电架构，它是由分布式电源、负荷、储能、变流器及监控保护设备组成的小规模电网[13]。它既能够和大电网并网运行，也可以离网孤岛运行。其中分布式电源指大量能够发出电能的小型设备，相比传统电网邻近电力用户。分布式电源有电力成本低、可靠性高、安全性高、对环境影响小等潜在优势，可以显著降低碳排放量[14]。微电网负荷主要包含用户的用电负荷和少量的线路损耗负荷。实现负荷的优化分配对于优化微电源的出力、节约发电成本有重要的意义。储能装置在微电网中可以起提供短时供电、电力调峰、改善电能质量、提高微电源性能等作用，现阶段可利用的储能装置有蓄电池、超导磁、飞轮、压缩空气、超级电容、抽蓄水储能等，电动汽车未来也有作为储能装置并网输送电能的潜质[15]。
2.2. 微电网能量管理
为解决分布式电源受环境影响大、发电量不稳定引起的诸多问题，保证微电网高效稳定的运行、实现能源效益最大化，为微电网设计全面的能量管理系统至关重要。一套合适的微电网能量管理系统至少应具备如下功能：
1) 预测分布式电源发电量、发电功率等状态量，提前制定发用电计划，从而实现发电模块的优化调
度。
2) 实时显示微电网的拓扑结构和各个开关状态，监测其中各模块、节点、线路的电压和功率，并存
入数据库中，使用户可以直观了解微电网的当前运行状态。
3) 根据用户设置和实时微电网运行状态进行负荷管理和储能管理，通过管理可控负荷以及控制储能
装置充放电使微电网安全平稳运行。
3. 微电源控制策略
分布式电源的常见控制方法有恒功率控制，下垂控制和恒压恒频控制三种[16]。
1) 恒功率控制(PQ control)
恒功率控制是将分布式电源输出的有功功率、无功功率都维持在给定值的附近。其原理是由有功、无功功率控制器分别按频率、电压的下垂特性曲线对工作点进行调整。即对于一个含有分布式电源的微电网，保持输出的有功和无功均不变，而不根据分布式电源端电压、频率进行调整。当系统中有维持频率和电压的分布式电源或与大电网相连时才能采用此方法。
2) 恒压恒频控制(V/f control)
恒压恒频控制的特点是输出电压的频率，幅值不随分布式电源输出功率的变化而变化。即分布式电源输出的有功、无功改变都不影响其输出频率，且电压幅值为额定值。该方法大多用于主从控制策略中控制主分布式电源。
3) 下垂控制(Droop control)
下垂控制是通过分布式电源输出有功功率与频率的关系、无功功率与电压幅值的关系进行控制，这种关系在局部可以看作线性的。即当分布式电源输出有功增加时，频率线性减小，当无功增加时，电压幅值线性减小。
4. 能量管理系统
在微电网能量管理系统(EMS)中，EMS监测软件发挥了巨大的作用，它通过风光储协调控制，保证
马赛等
整个微电网系统的稳定控制和经济运行。
本文设计了一个微电网系统中可用的微电网能量管理系统软件。采用Web网页的形式发布，用户可以通过浏览器中输入网址从而查看到微电网运行情况和能量优化管理运行效果。
4.1. 软件控制
软件功能主要包括：
1) SCADA监测功能(数据采集与监视系统)。用户可以通过SCADA界面观察到整个微电网中各个微源(风机、光伏和储能)、PCC连接点、母线、各条负荷馈线等的实时电压、电流、功率值等。同时用户可以观察到每条线路上的开关状态。SCADA界面包含整个微电网系统的网络拓扑结构展示，可以使用户从全局上了解整个微电网的运行情况。
2) 发用电预测功能。通过后台运行光伏发电预测算法和负荷预测算法，通过图表的形式显示出第二天的发用电量计划，并且与实时的光伏发电量、负荷对比，给用户察看。
3) 小时调度和分钟调度功能。储能调度算法包含一小时运行一次和每十分钟运行一次的超短期调度算法。通过后台算法的执行，可以在界面上查看到每组储能的日调度计划以及短期调度计划、PCC点联络线功率和每组的SOC值。
4) 气象功能。因为光伏预测是基于预测天的气象的，所以通过网络接口访问中国气象网从而获取预测天的气象和当前时间的实时气象信息，提供给用户查看和采用寻找相似日算法的光伏预测算法使用。
5) 维护信息功能。界面提供给用户查看系统运行中的一些告警信息和故障信息等，从而方面用户对系统维护。
6) 登陆界面和用户信息维护界面。完整的管理系统软件包含用户登陆界面，同时也包含最基本的注册新用户、修改密码、删除用户等功能。
网页界面通过与MySQL数据库交互数据，显示给用户，后台的预测算法和调度算法通过MFC程序与数据库交互，将算法预测得到的结果和计算得到的结果存入数据库中，提供给Web界面显示。由于用户界面是通过Web的形式发布到局域网中，因此在服务器上安装了IIS (互联网信息服务)容器，并且在服务器上运行通过MFC编写的算法程序。
4.2. 软件架构
软件的总体架构如图1所示，人机界面程序采用Web界面显示的方式，采用B/S架构，网站发布到服务器中，在浏览器中可以查看微电网能量管理系统。数据库采用MySQL数据库，在MySQL数据库中有历史数据表，主要用于存放一年的历史数据信息、实时数据信息、气象、维护信息、发用电预测值、储能调度计划和用户信息。通过与MySQL数据库交互将数据库中信息进行处理后显示在Web网页界面。同时，后台运行发用电预测算法和储能调度算法，将计算所得结果存入MySQL数据库。
4.3. 模块划分
本文软件主要包含三个大模块：Web界面、MySQL数据库和后台预测和调度算法。
4.3.1. Web界面
Web界面包含6个主要部分：SCADA监测界面、发用电预测界面、小时调度界面、分钟调度界面、维护界面、登陆界面、用户管理界面。每个界面的主要功能说明如表1所示。
为了实现网页界面的局部实时刷新，本文采用了AJAX异步无刷新技术。减轻了服务器的负担，节约了空间和带宽，也获得了更好的用户体验。
马赛 等
Figure 1. Software architecture
图1. 软件总体架构
Table 1. The main function of the web interface
表1. Web 界面主要功能
主要部分
功能说明 SCADA 监测界面
实时显示微电网运行信息，包括每个微电源的电压、功率，开关状态、联络线功率等 发用电预测界面
动态刷新显示光伏预测和负荷预测算法执行所计算得到的数据 小时调度界面
动态图表显示每组储能每天的小时级调度指令计划 分钟调度界面
动态图表显示每组储能电池和PCC 功率调度计划 登陆界面
提供用户登录接口 用户管理界面 提供用户管理和维护功能，报告添加、修改、删除用户等功能
4.3.2. MySQL 数据库
MySQL 数据库模块主要包括一个名为Web 的数据库，里面包含有历史数据表、气象表、用户表、预测信息表和调度信息表。数据库中每个表的功能及作用说明如表2所示。
4.3.3. 后台预测和调度运行算法
后台预测和调度运行算法模块是一个MFC 主进程程序，主要包括两个定时器的控制和执行。程序主要执行两个定时器进程。一个是十分钟定时器模块，执行超短期预测算法和调度算法，一个是一小时定时器模块，执行小时级的预测算法和调度算法。算法模块封装成dll 动态链接库的形式提供给主进程调用，并将计算得到的结果存入数据库中。
光伏预测算法是采用的基于相似日气象的算法，通过从网络接口获得预测天的气象信息，基于一年的历史光伏发电信息数据，查找到和需要预测的气象相似的日期的光伏发电量，从而预测出预测天的光伏发电量。
负荷预测算法同样是基于历史负荷用电量进行预测。
实时读写数据库，
将数据库中数据
执行光伏、负荷预测算法和储能调度显示出来MySql 数据库
算法，与数据库进
行交互后台算法EMSRUN.EXE
服务器
网页浏览器
马赛等Table 2. MySQL database function description
表2. MySQL数据库功能说明
表功能及作用
历史数据表包含366个表格，存储前一年的每天的光伏、负荷等信息值
气象表存储前一年的所有的气象信息，每天的最高温、最低温、天气状况等
用户表存储用户信息，用户名、密码等
预测信息表存储每次执行预测算法所得的数据
调度信息表存储小时级和分钟级下发的调度指令信息
算法实现如下所示：
1) 开辟Data数组存放历史数据；
2) 查找有关相似日；
3) 根据查找到的相似日发电量和负荷值预测明天的发电量和用电量。
储能装置的调度分配是基于预测算法得出的值，从而对明天的微电网运行给出3组储能的调度分配计划和PCC点功率情况。调度储能充放电量采用的是遗传算法求解。
主要步骤如下：
1) 编码，将初始方案进行编码；
2) 选择，选择遗传到下一代中的编码；
3) 变异，通过变异得出新的子个体调度方案；
4) 交叉，通过子个体之间的交叉得到新的一代，从而重复上面的过程，一步一步得到最优的调度算法。
4.4. 软件流程图
软件的运行流程图如图2所示。
4.5. 软件测试结果
4.5.1. Web界面测试结果
通过调试运行，Web界面和数据库交互，可以实时显示数据库中的信息，并且可以通过数据库的交互，将气象、设置、维护等信息存入数据库。
Web界面测试效果如图3所示。
4.5.2. 主进程功能性测试结果
为了更好的显示效果，在进行软件测试的时候，将小时级算法和分钟级算法分别设为18秒和3秒执行一次(如图4)。运行主程序，可以观察数据库中的数据看到程序运行结果，也可以直接通过Web网页更直观形象地查看算法运行能量优化管理效果。
5. 结语
本文考虑微电网稳定运行及优化的需求，分析了功能目标和架构模式，采用本地服务器与Web网页的集中式B/S架构，搭建了微电网能量管理系统的软件平台。在实现基础的实时监控和信息管理上，实现了负荷与发电预测。采用短时和超短时的负荷预测算法，根据历史数据信息和遗传算法计算预测负荷。按照气象预报信息与实测值预测发电量，对储能调度优化了储能配置。本文的工作对实现微电网平稳运行和与配电网良性互动积极意义，提高了微电网能源利用效率，Web网页对微电网可视化的呈现也有助于推广绿色、节能的微电网。
马赛等
Figure 2. Software flow pattern
图2. 软件流程图
Figure 3. Running interface test
图3. 运行界面测试效果图
Figure 4. The main auxiliary software test
图4. 主进程后台辅助软件测试效果图
马赛等基金项目
江苏省2015年度普通高校研究生实践创新计划(SJLX15_0050)；江苏省2015年度普通高校研究生实践创新计划项目(省立校助)——SJLX15_0053；东南大学2015年基于教师科研的SRTP项目(T15162004)。
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分布式能源与微电网技术 摘要：在现代城市化进程加快发展下，能源需求量逐渐增长。分布式能源和微 电网技术能促进城市的绿色化和清洁能源的应用，达到节能减排的目的，也能为 现代智能电网建设提供有效依据，保证电网的安全与稳定。 关键词：分布式；能源；微电网技术 在中国经济快速提升下，工业化和城镇化进程加快发展，其存在的能源安全 问题更为突出。尤其是二氧化碳带来的全球变暖问题，引起社会的关注。在该发 展背景下，对城市的建设思想和发展模式有序转变，加大力度引进风力发电、太 阳能发电模式等，促进整体的规模化发展。 一、分布式能源和微电网技术的研究意义 第一，加强对分布式能源和微电网技术的研究，能确保清洁能源的有效应用。基于太阳能、风能等多个形式清洁能源的应用，能保证能源的灵活接入和智能化 控制，将其应用到智能终端进行消费，促使低碳城市建设目标的实现。第二，加 强对分布式能源和微电网技术的研究，也能提升总体的供电可靠性。基于分布式 发电的投入以及微网的统一管理，在先进系统和设备下，为电网运行提供强大保障，促使电能质量更可靠。第三，分布式能源和微电网技术的研究，也能为其提 供双向互动用电服务模式。基于微网、智能家居和分布式发电，能为系统提供统 一接口，维护用户和电网之间的相互沟通和交流，也能使用户获得新的体验。加 强对分布式能源和微电网技术的研究，将其作为智能电网建设中的主要部分，是 新时期建设与发展下的主要模式，也承担者社会建设职责。其中的分布式能源， 在智能集成模式下，能保证接入系统的安全与可靠，也能确保微网更灵活。所以，加强对分布式能源和微电网技术的应用，是城市绿色、清洁能源推动和应用的主 要条件，在节能减排工作中，将其渗透到工作中，对电网的安全运行也具备十分 重要的作用[1]。 二、分布式能源和微电网技术的关键 （一）容量配置 清洁能源具备明显的间歇式能源特点，受到天气情况影响较大，电能的输出 波动大。基于对分布式能源和微电网技术的应用，能够在各个单位组成模式下， 对其容量有效配置，确保风能、太阳能相互应用，发电单位和储能单元之间也能 互补。在整个分布式能源和微电网中，结合时间功率，为其输出曲线，也能避对 电网产生的影响。通过对储能系统应用，对分布式能源和微电网技术有效调度， 以达到清洁能源的充分应用。比如：储能电池，能对分布式能源生产中存在的问 题有效解决，尤其是在较小负荷下，达到电能的储存目的。如果负荷较大，将释 放电能，保证系统的科学稳定运行。如：将储存电池和系统交流侧进行链接，基 于储能单元和发电单元的协调，为其提供对平滑分布式能源的波动，避免给电力 系统带来较大冲击，维护其稳定性。储能电池也能对当地的交流负荷需要无功功率、负荷电流谐波的获取，以免电压波动、闪变现象的发生，这样才能达到有效 的节能效率[2]。 （二）接入方式 结合当前的建设标准和规程，需要在谐波、电压波动和电压不平衡度上给予 全面控制和探讨，也要为分布式能源和微电网技术的应用提出合理对策。分布式 能源和微电网利用分布发电和集中并网接入方式来实现。集中并网多为直流母线 汇流、各个发电单元在电能控制模式下，将其转变为直流母线。基于逆变器，将
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。
附件1：新能源微电网技术条件 一、联网微电网 联网微电网是解决波动性可再生电力高比例接入配电网的有效方案。相对于不带储能的简单可再生能源分布式并网发电系统具有如下功能和优势： 1、通过微电网形式可以有效提高波动性可再生能源接入配电网的比例，功率渗透率（微电网额定装机功率与峰值负荷功率的比值）可以做到100%以上，此次申报项目原则上要求做到50%以上； 2、微电网具备很强的调节能力，能够与公共电网友好互动，平抑可再生能源波动性，消减电网峰谷差，替代或部分替代调峰电源，能接受和执行电网调度指令； 3、与公共电网联网运行时，并网点的交换功率和交换时段可控，且有利于微电网内电压和频率的控制； 4、在微电网自发自用电量效益高于从电网购电时，或在公共电网不允许“逆功率”情况下，可以有效提高自发自用电量的比例，避免损失可再生能源发电量，提高效益；当公共电网发生故障时，可以全部或部分孤岛运行，保障本地全部负荷或重要负荷的连续供电； 5、延缓公共电网改造，不增加甚至减少电网备用容量； 6、在电网末端可以提高供电可靠性率，改善供电电能质量，延缓电网（如海缆）改造扩容，节约电网改造投资；
7、与其它清洁能源（如CHP）和可再生能源不同利用形式结合，可以同时解决当地热水、供热、供冷和炊事用能问题。 主要技术条件 1、与公共配电网具有单一并网点，应能实现联网和孤岛2种运行模式，根据所在地区资源特点、负荷特性以及电网需求和架构，可以具备上节联网微电网的一种或多种功能。 2、微电网接入110kV公共配电网，并网点的交换功率应≤40MW，微电网接入35kV公共配电网，并网点的交换功率应≤20MW，微电网接入10kV公共配电网，并网点的交换功率应≤6MW，微电网接入400V公共配电网，并网点的交换功率应≤500kW； 3、储能装置的有效容量由所希望实现的功能、负荷的日分布特性、孤岛运行时间以及电网调峰需求决定，应根据实际情况设计； 4、在具备天然气资源的条件下，可应用天然气分布式能源系统，作为微电网快速调节电源，为消纳高比例、大规模可再生能源发电提供快速调节能力； 5、具有从发电到用电的智能能量管理系统，具有用户用能信息采集功能和远程通信接口； 6、微电网与公共配电网并网，应符合分布式发电接入电力系统的相关技术规定；微电网供电范围内的供电安全和电能质量亦应符合相关电力标准。
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，
微电网控制策略研究 1.分布式电源及其等效模型 1.1分布式电源的定义 国际上关于分布式发电的定义较多，没有形成对分布式发电的统一定义，不仅不同国家和组织，甚至是同一国家的不同地区对分布式发电的理解和定义都不尽相同，以下是几种比较有代表性的：（1）国际能源署对分布式发电的定义为：服务于当地用户或当地电网的发电站，包括内燃机、小型或微型燃气轮机、燃料电池和光伏发电技术，以及能够进行能量控制及需求侧管理的能源综合利用系统；（2）美国《公共事业管理政策法》对分布式发电的定义为：小规模、分散布置在用户附近，可独立运行、也可以联网运行的发电系统；（3）丹麦对分布式发电的定义为：靠近用户，不连接到高压输电网，装机规模小于10MW的能源系统；（4）德国对分布式发电的定义为：位于用户附近，接入中低压配电网的电源。接入电压等级限制为20kV，主要包括光伏、风电和小水电；（5）法国对分布式发电的定义为：接入低压配电网，直接向用户供电的电源。接入电压等级限制为20kV，容量限制为10MW，主要是热电联产、小水电和柴油机。综合以上几种定义的共同点，可以认为分布式电源指的是以新能源发电为主，容量较小且靠近负荷中心的发电设备，如小型风力发电机和光伏电池等。 目前，微电网示范工程中的分布式电源主要包括柴油机、微型燃气轮机、小型水力发电机、小型风机、燃料电池和光伏电池，此外，还有少数的生物柴油机、液流电池、超级电容、飞轮储能等。 1.2分布式电源的并网方式 虽然各种分布式电源都可以接入微电网为负荷供电，但由于它们自身的一下特点和微电网对电能质量及供电可靠性的要求，各类分布式电源的并网方式不尽相同。小型水力发电机、鼠笼型异步风机和柴油机等小型常规发电机输出稳定，可直接并网。光伏电池、燃料电池和直流风机等直流分布式电源输出直流电，通常需要经逆变器接入交流微电网，这种并网方式称为直—交式并网。微型燃气轮机和同步风力发电机输出幅值频率变化的交流电电气量,需要整流逆变后才能并网，这种并网方式称为交—直—交并网，对应的分布式电源统称交直
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