劉文洲，胡治輝，F(xiàn)rancesco Salvatore，陳健梅，張 蕭，姜志宏，楊鳴昊

（1.長春工程學院，吉林 長春130000；2.長春工業(yè)大學，吉林 長春130000；3.意大利國家海洋工程研究院，意大利 羅馬00185；4.東北師范大學，吉林 長春130012）

微電源與負荷共同構成了智能微電網(wǎng)，使用中可為用戶提供熱量與電能，內部能量轉換主要通過電力電子裝置實現(xiàn)，并建立了有效控制方式。智能微電網(wǎng)的運行方式較為靈活，系統(tǒng)包括數(shù)字化電器設備與精密電子儀器，電能具有較高的安全性、可靠性，智能電網(wǎng)運行中控制問題是重要的研究項目之一，云平臺在智能微電網(wǎng)控制中運用優(yōu)勢明顯。

1 智能微電網(wǎng)概述

智能微電網(wǎng)指的是將儲能裝置、分布式發(fā)電裝置與負載基于一定的拓撲結構而構成的運行系統(tǒng)，可有效消解分布式電源在運行中可能對主網(wǎng)產(chǎn)生的不良影響，既有效發(fā)揮分布式電源自身的運行優(yōu)勢，也對主網(wǎng)運行起到一定的補充效果[1]。

智慧微電網(wǎng)是由微電源與負載共同作用下而形成的一種運行系統(tǒng)，可為系統(tǒng)運行提供必要的熱能、電能與冷能等，由電力電子裝置實現(xiàn)對電網(wǎng)內部微電源的有效控制與管理，可與上級電網(wǎng)相比，智慧微電網(wǎng)呈現(xiàn)出一種單一的可控單元形式，在運行中具有較高的用電安全性與可靠性，智慧微電網(wǎng)運行中可對電源進行充分利用，可通過電力工程技術以及大數(shù)據(jù)技術等對一次電源有效利用，建立模塊化的微電源互聯(lián)方式，由此而建立對微電源的部分或全部控制方式，并為系統(tǒng)運行配置儲能裝置，以此建立一種小型發(fā)配電系統(tǒng)，采用冷、熱、電三聯(lián)供的運行體系[2]。

可運用云平臺建立微電網(wǎng)和外部電網(wǎng)之間的公共耦合點PCC（Point of Common Coupling），具有較高的靈活性與可靠性。云平臺在智能微電網(wǎng)的運用中迎合了當前智能電網(wǎng)大力發(fā)展的需要，是有源配電網(wǎng)運行的有效形式，為智能電網(wǎng)運行提供了有效形式與重要支持。

2 基于云平臺的智能微電網(wǎng)控制中的關鍵技術

2.1 多源數(shù)據(jù)采集清洗技術

多源數(shù)據(jù)采集清洗技術運用中可運用智能表計、大量傳感器等周期性采集電網(wǎng)系統(tǒng)運行中的相關數(shù)值，對數(shù)值建立周期性采集方式，要求數(shù)據(jù)采集覆蓋電網(wǎng)中變電站、用戶端口、控制中心、分段開關等部分中的IP通信網(wǎng)，其中運用了無線、光纖、載波等相關技術，在云平臺中建立各種配電終端與系統(tǒng)之間的有效聯(lián)系，這一過程中運用了云計算的數(shù)據(jù)清洗技術，可有效規(guī)范、補充并清洗多源數(shù)據(jù)采集中出現(xiàn)的遺漏、錯誤與格式差異等情況[3]。

2.2 傳感測量技術

傳統(tǒng)牽線路與電纜溫度測量、電能質量測量、光學互感器、電力設備狀態(tài)在線監(jiān)測等技術運用中僅能夠傳感并量測電網(wǎng)數(shù)據(jù)，而難以有效辨識大量數(shù)據(jù)。先進的傳感測量技術則融合了強大的云計算能力，可實現(xiàn)對大量數(shù)據(jù)的高效測試、數(shù)據(jù)比對，從而有效分析數(shù)據(jù)測量的可靠性與準確性，并且為智能電網(wǎng)的有效運行與管理提供精準的基礎數(shù)據(jù)[4]。

2.3 多維索引技術

利用Hive數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)在智能電網(wǎng)運行中實現(xiàn)有效的離并網(wǎng)高效切換、系統(tǒng)保護、碳足跡跟蹤以及產(chǎn)需匹配尋優(yōu)等，從而可實現(xiàn)在多個場景中進行電源實時數(shù)據(jù)的調取與分析。分布式多維索引D G F Index技術的運用對原有的技術進行了優(yōu)化，提升了微電網(wǎng)多維區(qū)間查詢性能[5]。

2.4 高級配電自動化技術

基于云平臺的智能微電網(wǎng)高級配電自動化技術主要包括配電管理自動化、配電運行自動化、需求側響應自動化等，配電管理自動化主要體現(xiàn)在設備管理、配電地理信息系統(tǒng)、檢修管理等層面，配電自動化技術運用中主要包括綜合自動化、安全監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集、饋線自動化等層面，在微電網(wǎng)云平臺建立中運用了IP技術，實現(xiàn)了高級配電自動化，運行中實現(xiàn)了數(shù)據(jù)模型、系統(tǒng)接口、通信服務等運行中的開放性與標準性[6]。

3 基于云平臺的智能微電網(wǎng)系統(tǒng)架構

3.1 整體架構

云平臺微電網(wǎng)中具有多個儲能裝置、分布式電源，兩者共同作用而向負載供電，建立了多種微電源運行方式，包括風力發(fā)電機、燃料電池、微型燃氣輪機、太陽能光伏電池、蓄電池等，一般主要將其安裝在負荷附近，利用電力電子裝置連接電池與饋線，由此而減少電力線路運行中可能產(chǎn)生的損耗，為饋線末端運行提供必要的電壓支持[7]。

基于云平臺下的智能微電網(wǎng)控制系統(tǒng)包括四層部分，分別為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)處理存儲層及數(shù)據(jù)展示層。在數(shù)據(jù)采集層中可利用智能表計等傳感器設備得到智能電力系統(tǒng)運行中的相關數(shù)值，包括儲能、用電量、能源參數(shù)、光伏發(fā)電情況等信息。在數(shù)據(jù)傳輸層，則主要是將能源數(shù)據(jù)轉化為TCP/IP協(xié)議格式下的相關數(shù)值，并將其反映在數(shù)據(jù)庫管理信息系統(tǒng)之中。在數(shù)據(jù)處理存儲層中則重點對電力系統(tǒng)運行與管理中的能源信息及其他數(shù)值等在匯總之后建立數(shù)據(jù)分析與處理方式，并對此進行存儲[8]。

基于云平臺的智能微電網(wǎng)云平臺包括數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)冗^程，涵蓋了Web服務器、功能子系統(tǒng)、服務器、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡設備、數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關、表計和傳感器等。在數(shù)據(jù)展示層中，通過相關處理之后展示并發(fā)布儲存層中的能耗數(shù)值等。在智能電網(wǎng)運行管理過程中，利用計算機技術構建H adoop生態(tài)系統(tǒng)，以此進行數(shù)據(jù)存儲與管理。

3.2 云平臺數(shù)據(jù)架構設計

從安全性、開放性以及性能等層面進行云平臺設計，要求系統(tǒng)設計能夠符合大數(shù)據(jù)分析需要，可對電網(wǎng)的實際運行情況進行預測，可構建關系數(shù)據(jù)庫與非關系數(shù)據(jù)庫[9]。

通過技術保障提升數(shù)據(jù)存儲的安全性與完整性，對數(shù)據(jù)建立有效的分析與處理方式。要求數(shù)據(jù)架構中加強與電網(wǎng)實際運行之間的有效融合，建立半結構化數(shù)據(jù)、結構化數(shù)據(jù)以及非結構化數(shù)據(jù)等多種類型的數(shù)據(jù)方式，以此為平臺運行提供多種數(shù)據(jù)支撐。為系統(tǒng)建立百TB至PB級數(shù)據(jù)，使得在系統(tǒng)管理中可對數(shù)據(jù)查詢實現(xiàn)秒級相應機制。在平臺運行中能夠統(tǒng)一處理半結構化數(shù)據(jù)、結構化數(shù)據(jù)以及非結構化數(shù)據(jù)等。并對y千億文本建立秒級的響應機制。大數(shù)據(jù)平臺信息采集包括太陽能發(fā)電、電動汽車、氫儲能、風力發(fā)電、充電樁、園區(qū)用能等，建立的架構包括事實數(shù)據(jù)、低粒度聚合數(shù)據(jù)、結構型存儲、圖存儲、流處理、對象存儲等，運用的算法包括隨機森林、神經(jīng)網(wǎng)絡算法、實時計算、Tom or－Flow、決策樹、支持向量機等，可將其應用于多源協(xié)同優(yōu)化控制、分布式能源發(fā)電預測與負荷預測、微網(wǎng)負荷實時監(jiān)控與智能調試、園區(qū)區(qū)域用能分析等領域之中。構建PAC K ET數(shù)據(jù)封包格式的交互平臺，見表1。

表1 PAC K ET數(shù)據(jù)封包的格式

云平臺在運行過程中具有性能上的顯著特征，在微電網(wǎng)運行中采用了實時增量數(shù)據(jù)處理方式，運行中可在20min以內處理高于千萬級別的對象一次增量60萬的數(shù)據(jù)。建立了超高速大數(shù)據(jù)交換方式，運行中針對在10個節(jié)點大數(shù)據(jù)平臺中可實現(xiàn)對3000萬與4000萬記錄數(shù)據(jù)交換的有效處理，前者處理記錄可控制在6min以內，后者處理時間可控制在10min以內。

在關鍵業(yè)務接口的處理方面，可將15min以內業(yè)務控制在4min以內，將1h以上業(yè)務處理控制在10min以內，將8h以上業(yè)務處理控制在25min以內。大數(shù)據(jù)平臺運行中具有較高的可靠性，一旦主控節(jié)點出現(xiàn)一些故障，則H A節(jié)點能夠在2s時間內進行漂移接管，由此運行中建立了對故障的有效處理方式。

4 基于云平臺的智能微電網(wǎng)控制策略研究

4.1 云平臺智能微電網(wǎng)控制情況總體分析

在智能微電網(wǎng)運行中，在外部電網(wǎng)出現(xiàn)故障情況下可能會導致系統(tǒng)運行中供電可靠性與質量不符合系統(tǒng)運行要求?？梢岳弥鞲綦x開關將主網(wǎng)、PC之間的聯(lián)系切斷，而在系統(tǒng)運行中采用孤島運行模式，此時通過微電網(wǎng)全部負載均由分布式電源與儲能設備所承擔。在運行中若出現(xiàn)微電網(wǎng)微電源電力供給不足現(xiàn)象，可將饋線C上的非重要負荷切除，以此系統(tǒng)運行中可對敏感負荷、重要負荷等進行持續(xù)供電。運行中在解除外部電網(wǎng)故障之后，將主隔離開關再次合上，此時系統(tǒng)恢復正常的并網(wǎng)運行狀態(tài)。由此為微電網(wǎng)系統(tǒng)的運行建立兩種運行方式，并實現(xiàn)兩者之間的有效切換。同時，在微電網(wǎng)運行中還建立了潮流控制器和能量管理器的管理方式，以此有效分析控制單體微電源和整體微電網(wǎng)。

4.2 電網(wǎng)跟隨控制

基于云平臺的智能微電網(wǎng)跟隨控制方式包括交互式電網(wǎng)跟隨控制以及非交互式電網(wǎng)跟隨控制兩種方式。在交互式電網(wǎng)跟隨控制中，在系統(tǒng)公共耦合點可以不直接進行電壓與頻率控制中，功率參考值可選擇有功/無功設定值，以此進行功率控制。結合指定功率調度、饋線、負載的功率補償量而確定功率設定數(shù)值，可對系統(tǒng)運行建立有功/無功（PQ）控制策略。PQ控制中通過有功/無功功率解耦可促進電流控制分量的制定，電流誤差信號可通過PI調節(jié)器提供脈寬調制信號，PWM以理想開關模型運行，在分布式發(fā)電單元中可以運用有功/無功（PQ）控制策略[10]。交互過程見圖1。

圖1 數(shù)字簽名認證協(xié)議

5 結束語

基于云平臺的智能微電網(wǎng)運行中可有效解決傳統(tǒng)電網(wǎng)運行中對運行人員的管理難度，可實現(xiàn)對分布式能源較為靈活、高效地運用，在運用中可加強云計算與物聯(lián)網(wǎng)之間的深度融合，從而可利用大數(shù)據(jù)實現(xiàn)對微電網(wǎng)的智能化管控。在云平臺系統(tǒng)中，可針對數(shù)據(jù)信息建立有效的采集、清洗、貫通、存儲等管理方式，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)信息的集中統(tǒng)一管理。在運行中建立數(shù)據(jù)的分散控制與集中管理模式，以此不斷優(yōu)化電力能源管理流程，并針對微電網(wǎng)運行建立能源價值評價體系，為智能電網(wǎng)的良好運行提供了支持依據(jù)。