奚玲玲

（上海電氣輸配電集團(tuán)，上海 200233）

微網(wǎng)是指能實(shí)現(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的，自制的微型電網(wǎng)系統(tǒng)，其既可并入大電網(wǎng)運(yùn)行，又能脫離大電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行。微網(wǎng)的出現(xiàn)源于分布式新能源的發(fā)展和能源高效利用的需求，其具有能源種類多樣且具有間歇性，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)分散、運(yùn)行方式復(fù)雜多變、穩(wěn)定性弱等特點(diǎn)，這對(duì)微網(wǎng)的控制保護(hù)和能量管理提出了較高的要求。

微網(wǎng)控制保護(hù)技術(shù)是是微網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵，需要克服微網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行靈活多變，擾動(dòng)頻繁的難點(diǎn)。微網(wǎng)的保護(hù)不同于常規(guī)電網(wǎng)保護(hù)裝置，特別是低壓配電系統(tǒng)，傳統(tǒng)的常規(guī)低壓配電系統(tǒng)并不設(shè)置復(fù)雜的繼電保護(hù)裝置，只針對(duì)具體回路配置電流電壓保護(hù)，而微網(wǎng)由于包含了大量的分布式電源，其潮流和短路電流隨不同運(yùn)行方式而時(shí)刻變化，因此傳統(tǒng)的低壓配電保護(hù)方式不能滿足其保護(hù)的需要。微網(wǎng)的控制的主要功能是微網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或者出現(xiàn)故障時(shí)，控制系統(tǒng)能夠及時(shí)協(xié)調(diào)各微電源之間運(yùn)行方式或出力，控制微網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，以保證微網(wǎng)安全有效的運(yùn)行，保證在任何情況下都可以對(duì)負(fù)荷優(yōu)質(zhì)供電。

微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)（MEMS）是電網(wǎng)特定應(yīng)用環(huán)境下的能量管理系統(tǒng)，其隸屬于大電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的一部分，但其部分功能又相對(duì)獨(dú)立于大電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)，從微網(wǎng)角度看，MEMS 主要功能應(yīng)滿足微網(wǎng)內(nèi)高效、經(jīng)濟(jì)、安全、可靠運(yùn)行的需要，協(xié)調(diào)優(yōu)化微網(wǎng)內(nèi)各分布式電源、負(fù)荷、以及各種調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)行；同時(shí)，又要滿足上級(jí)電網(wǎng)和用戶對(duì)微網(wǎng)的管理和控制保護(hù)要求。

隨著微網(wǎng)的推廣應(yīng)用，微網(wǎng)控制、保護(hù)、能量管理技術(shù)將得到深入的研究和探索。

1 系統(tǒng)組成

本文提出分布式能源微網(wǎng)控制保護(hù)和能量管理解決方案，該解決方案可用于解決微網(wǎng)在不同運(yùn)行模式下的控制和保護(hù)，以及微網(wǎng)系統(tǒng)的高級(jí)能量管理，適用于并網(wǎng)型或離網(wǎng)型微電網(wǎng)系統(tǒng)。本系統(tǒng)可分為微網(wǎng)控制保護(hù)一體化系統(tǒng)和微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，是基于分布式能源微網(wǎng)系統(tǒng)的三層系統(tǒng)架構(gòu)模式。

圖1 MEMS 體系結(jié)構(gòu)圖

本文提出的微電網(wǎng)技術(shù)解決方案由微電網(wǎng)控制保護(hù)裝置和能量管理系統(tǒng)組成。其中微網(wǎng)控制保護(hù)裝置包括可編程邏輯控制器CPU，單片機(jī)繼保模塊、數(shù)字量模擬量數(shù)據(jù)采集設(shè)備，電能參數(shù)采集設(shè)備，總線通信設(shè)備，光纖通信設(shè)備、顯示屏組成。

能量管理系統(tǒng)包括交換機(jī)、前置服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、用戶工作站、GPS 衛(wèi)星對(duì)時(shí)裝置、液晶顯示器、不間斷電源、數(shù)據(jù)庫軟件、MEMS 系統(tǒng)軟件等。

圖2 控制保護(hù)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

圖3 能量管理系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)功能

本文提出的微網(wǎng)控制保護(hù)柜和微網(wǎng)能量管理解決方案實(shí)現(xiàn)功能如下：

1）控制保護(hù)一體化功能

（1）并離網(wǎng)運(yùn)行模式間的切換控制。

（2）離網(wǎng)模式下的電壓/頻率穩(wěn)定控制。

（3）分布式電源與儲(chǔ)能系統(tǒng)的協(xié)同控制。

（4）并網(wǎng)功率交換控制。

（5）黑起動(dòng)控制。

（6）防孤島保護(hù)，三段定時(shí)限電流保護(hù)，過負(fù)荷保護(hù)，反時(shí)限過流保護(hù)，零序保護(hù)，電壓保護(hù)，低頻減載保護(hù)，重合閘等。

（7）微網(wǎng)與配網(wǎng)的配合保護(hù)。

2）能量管理系統(tǒng)功能

（1）不同類型儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行效率與經(jīng)濟(jì)型技術(shù)分析。

（2）不同類型分布式發(fā)電源的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算分析。

（3）微網(wǎng)內(nèi)可再生電源的出力預(yù)測(cè)如光伏發(fā)電預(yù)測(cè)、風(fēng)力發(fā)電預(yù)測(cè)、儲(chǔ)能發(fā)電預(yù)測(cè)等。

（4）多種分布式能源經(jīng)濟(jì)調(diào)度與控制。

（5）冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)的冷熱電優(yōu)化調(diào)度與控制。

（6）微網(wǎng)適應(yīng)電價(jià)機(jī)制、削峰填谷等的運(yùn)行方式與控制策略。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

1）控制保護(hù)平臺(tái)功能強(qiáng)大，可擴(kuò)展，適應(yīng)性強(qiáng)，方便系統(tǒng)集成和結(jié)構(gòu)更改。

2）控制平臺(tái)支持IEC61850 通信協(xié)議。

3）微網(wǎng)在并網(wǎng)、孤網(wǎng)兩種模式切換條件下保護(hù)控制系統(tǒng)的自適應(yīng)技術(shù)。

4）防護(hù)等級(jí)滿足戶外需求，工作溫度-25～55°，低溫下自加熱，能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境條件。

5）控制器在整體設(shè)計(jì)方面充分考慮電磁環(huán)境的影響，大大提高了抗干擾性能。

6）能量管理系統(tǒng)具有良好的開放性和可擴(kuò)展性，方便進(jìn)行功能擴(kuò)展以及功能升級(jí)。

7）能量管理系統(tǒng)采用移動(dòng)客戶端技術(shù)，支持遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)。

8）能量管理系統(tǒng)提供了完善的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)在通用平臺(tái)的基礎(chǔ)之上通過統(tǒng)一的接口方式進(jìn)行協(xié)作，從而實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)內(nèi)設(shè)備“即插即用”的靈活集成。

4 使用范圍

1）適用于風(fēng)、光、儲(chǔ)、柴發(fā)、燃機(jī)等多種分布式能源組建的微網(wǎng)系統(tǒng)。

2）適用于不同分布式能源組成的并網(wǎng)型或離網(wǎng)型微網(wǎng)供電系統(tǒng)。

3）適用于冷熱電三聯(lián)供微網(wǎng)系統(tǒng)。

4） 適用于區(qū)域微網(wǎng)集成系統(tǒng)。

5 實(shí)際應(yīng)用情況

5.1 上海電氣輸配電集團(tuán)微電網(wǎng)示范系統(tǒng)

上海電氣輸配電集團(tuán)微電網(wǎng)示范系統(tǒng)是一個(gè)小型的微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在公司辦公樓配電系統(tǒng)基礎(chǔ)上構(gòu)建一個(gè)含光伏、儲(chǔ)能、柴油發(fā)電機(jī)、DVR、APF的微網(wǎng)系統(tǒng)。該平臺(tái)主要研究微網(wǎng)控制保護(hù)一體化和能量管理系統(tǒng)的應(yīng)用，研究微網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)、孤島控制技術(shù)和混合模型與在線仿真技術(shù)。

圖4 上海電氣輸配電集團(tuán)微電網(wǎng)示范系統(tǒng)圖

5.2 西湖科技園區(qū)微電網(wǎng)示范系統(tǒng)

西湖科技園區(qū)微電網(wǎng)示范系統(tǒng)是多能源互補(bǔ)分布式能源系統(tǒng)集成及測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將實(shí)現(xiàn)電力自發(fā)自用、智能控制、多余上網(wǎng)、余缺網(wǎng)補(bǔ)；冷熱聯(lián)供，梯級(jí)利用的典型分布式能源運(yùn)營(yíng)方式。該平臺(tái)建立國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際高水準(zhǔn)的分布式能源和微電網(wǎng)集成技術(shù)的試驗(yàn)、研發(fā)、示范一體化平臺(tái)，為進(jìn)一步研究和探索分布式能源和微電網(wǎng)在應(yīng)用、推廣、運(yùn)營(yíng)中的關(guān)鍵技術(shù)和核心問題提供支持。

圖5 西湖科技園區(qū)微電網(wǎng)示范系統(tǒng)圖

6 結(jié)論

本文提出的微網(wǎng)控制保護(hù)和能量管理解決方案，是基于分布式能源微網(wǎng)系統(tǒng)的三層系統(tǒng)架構(gòu)模式，可應(yīng)用有多種分布式能源組成的微電網(wǎng)系統(tǒng)，可以解決微網(wǎng)孤島、并網(wǎng)、孤島并網(wǎng)模式切換下的控制和保護(hù)，以及微網(wǎng)系統(tǒng)的高級(jí)能量管理，適用于并網(wǎng)型或離網(wǎng)型微電網(wǎng)系統(tǒng)。

[1] 微網(wǎng)的能量管理以及控制策略. 電網(wǎng)技術(shù),2011,35(7).