王文雅

（西藏自治區(qū)能源研究示范中心，西藏 拉薩 850000）

0 引言

目前，全球都在面對(duì)氣候變化的危機(jī)，如：天氣變暖、冰川消融、海平面升高等。為緩解由二氧化碳等氣體的排放量增多導(dǎo)致的溫室效應(yīng)，地球上的各個(gè)國(guó)家以全球協(xié)約方式減少溫室氣體排放，相應(yīng)地，我們國(guó)家也提了碳達(dá)峰、碳中和策略。因煤炭等化石能源的儲(chǔ)量日益減少，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，對(duì)重塑我國(guó)能源結(jié)構(gòu)體系的具有十分長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義?？茖W(xué)開發(fā)光伏、風(fēng)電、光熱、地?zé)岬刃履茉?，加快推進(jìn)“光伏＋儲(chǔ)能”研究和試點(diǎn)，大力推動(dòng)“水風(fēng)光互補(bǔ)”，加快西藏清潔能源規(guī)?；_發(fā)，形成以清潔能源為主、油氣和其他新能源互補(bǔ)的綜合能源體系，提升綜合各種能源供給支撐保障能力。為充分有效發(fā)揮通訊、控制和保護(hù)及遠(yuǎn)程等在分布式電源上的應(yīng)用，智能微電網(wǎng)［1］（簡(jiǎn)稱微網(wǎng)）及微網(wǎng)群的構(gòu)建、運(yùn)行、維護(hù)越來(lái)越受相關(guān)部門和專家的青睞。微電網(wǎng)是微網(wǎng)群構(gòu)建的核心部分，可在國(guó)內(nèi)、國(guó)外見到現(xiàn)有規(guī)模下微電網(wǎng)示范點(diǎn)。而針對(duì)集多個(gè)微電網(wǎng)、控制系統(tǒng)等為一體的微網(wǎng)群的研發(fā)尚在起步階段［2］，無(wú)論是在國(guó)內(nèi)還是在國(guó)外，且有多種定義，將來(lái)發(fā)展微網(wǎng)群成為一種勢(shì)不可擋的趨勢(shì)。我國(guó)針對(duì)微網(wǎng)群技術(shù)的研究已有863 項(xiàng)目和其他系列性基礎(chǔ)相關(guān)研究項(xiàng)目作為支撐［3］，微網(wǎng)群技術(shù)、設(shè)計(jì)、構(gòu)建等研究在我國(guó)有光明的發(fā)展前景和潛在性空間。西藏地理位置特殊，處青藏高原，屬高寒高原氣候，空氣密度稀疏，太陽(yáng)光中紫外線輻照強(qiáng)［4］，在高原上的光伏設(shè)備的運(yùn)行性能與低海拔地區(qū)相比受到一定影響［5］。同時(shí)，西藏占地面積大，居住人員分散，偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村供電基本實(shí)現(xiàn)國(guó)網(wǎng)全覆蓋，但供暖還處于傳統(tǒng)狀態(tài)——燃燒牛糞烤火取暖。但牧區(qū)多用光伏等使于攜帶、安裝的分布式電源或者獨(dú)立光伏電站，故障時(shí)有發(fā)生，而發(fā)現(xiàn)、維護(hù)不及時(shí)。因此，為了更好的掌握農(nóng)牧民關(guān)于分布式電源在供電、供暖連供和運(yùn)行故障報(bào)警、遠(yuǎn)程維護(hù)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，提高含光伏在內(nèi)的分布式能源供電的可靠性、安全性和穩(wěn)定性，在西藏開展對(duì)微網(wǎng)群設(shè)計(jì)、構(gòu)建、智能管理、遠(yuǎn)程控制、運(yùn)維［6］、數(shù)據(jù)共享［7］等方面的研究十分有必要。西藏某單位有關(guān)人員對(duì)基于云架構(gòu)的微網(wǎng)群智能運(yùn)維管理技術(shù)及平臺(tái)開發(fā)進(jìn)行了相關(guān)研究和示范點(diǎn)建立。

1 微網(wǎng)群云平臺(tái)的設(shè)計(jì)組成

1.1 微電網(wǎng)的含義

微電網(wǎng)的定義大體是由分布式發(fā)電單元裝置（可再生能源類）、儲(chǔ)能系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、控制模塊、監(jiān)控裝置及自動(dòng)化等組建而成的，又稱微網(wǎng)。與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，靈活、高效、穩(wěn)定、智能等特性是微網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)［8］。它們通常接在用戶側(cè)，意在解決數(shù)目巨大、形式多樣的分布式電源的并網(wǎng)問題。利用和延展微電網(wǎng)足以充分高效的推動(dòng)分布式電源（清潔能源等資源）大面積接入電網(wǎng)，完成對(duì)負(fù)載提供多種類型能源的形式及量的高可靠性能量供給，是促成主動(dòng)式供、輸、配電網(wǎng)的一種有效方法，是促使被動(dòng)電網(wǎng)走向智能電網(wǎng)過渡的一種手段。

1.2 微網(wǎng)群的由來(lái)

微網(wǎng)群，在一定區(qū)域內(nèi)有兩個(gè)或兩個(gè)以上微電網(wǎng)時(shí)，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)統(tǒng)一調(diào)控，微電網(wǎng)與微電網(wǎng)間形成以電氣、信息（交換、傳遞）、控制保護(hù)等為基礎(chǔ)的相互聯(lián)系的組群稱作微電網(wǎng)群［9］，又稱微網(wǎng)群。微網(wǎng)群的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)有助于提升各個(gè)子微網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和協(xié)調(diào)特定區(qū)間內(nèi)多個(gè)子微網(wǎng)之間的能量調(diào)配和滿足太陽(yáng)能、地?zé)岷惋L(fēng)能等多種能源優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)［10］。加入微網(wǎng)的低壓端用戶將按照住址信息把他們分撥到各自所屬區(qū)間的子微網(wǎng)中，與相應(yīng)的微網(wǎng)下的微型發(fā)電電源及儲(chǔ)能系統(tǒng)組成整體。任何一個(gè)子微網(wǎng)能夠在孤島或者并網(wǎng)兩類情況下照常工作，互不干擾，增強(qiáng)了配電網(wǎng)的可靠性。微網(wǎng)群在恰當(dāng)?shù)目刂撇呗耘c管理策略下可完成對(duì)一個(gè)或多個(gè)子微網(wǎng)調(diào)節(jié)控制，能一并實(shí)現(xiàn)子微網(wǎng)孤島獨(dú)立工作下的單微網(wǎng)最優(yōu)與子微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行下的配電網(wǎng)最優(yōu)。

圖1 部分微網(wǎng)群框架簡(jiǎn)圖

1.3 基于云平臺(tái)的微網(wǎng)群構(gòu)建

通過實(shí)地考察與調(diào)研，筆者最終選擇分別位于拉薩市區(qū)2 處、當(dāng)雄1 處、日喀則1 處的4 個(gè)場(chǎng)地作為構(gòu)建適合西藏高寒高海氣候環(huán)境條件下基于云平臺(tái)的熱、電聯(lián)供聯(lián)用的微網(wǎng)群智能運(yùn)維管理系統(tǒng)。4 處熱電聯(lián)用系統(tǒng)子微網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)和通信狀況均由本地中央處理器負(fù)責(zé)，通過數(shù)據(jù)服務(wù)器、通信服務(wù)器、算法服務(wù)器等上傳到云端，將信息傳遞匯集到終端拉薩市區(qū)其中一處，最終在用戶端app上顯示。

圖2 云平臺(tái)應(yīng)用構(gòu)架圖

1.3.1 基于大數(shù)據(jù)分析的統(tǒng)一信息監(jiān)控云平臺(tái)智能互聯(lián)管理技術(shù)應(yīng)用的微網(wǎng)群智能運(yùn)維管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，是使用以太網(wǎng)為主要通信手段，或運(yùn)用光纖、485 通道，非必要不使用4G 或5G 網(wǎng)絡(luò)、電力線載波、無(wú)線通信等適合長(zhǎng)途輸送的通信技術(shù)，制定適用于云平臺(tái)的運(yùn)維管理的通信系統(tǒng)技術(shù)方案，具備實(shí)時(shí)感知與狀態(tài)研判，對(duì)云架構(gòu)進(jìn)行監(jiān)控和能量管理及微電網(wǎng)離/并網(wǎng)不間斷切換、分布式微網(wǎng)群同步調(diào)節(jié)控制及云的運(yùn)維管理等功能。采取分層分級(jí)的通信方式，把此系統(tǒng)核心配置——中央控制器，布置在當(dāng)?shù)刈縻暯佑茫ㄏ蛏铣袚?dān)裝設(shè)備信息的集中收發(fā)，朝下進(jìn)行底層設(shè)備的數(shù)據(jù)收集和運(yùn)轉(zhuǎn)操作）。底層設(shè)備運(yùn)用agent 本機(jī)管理軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，通過tcp 通信來(lái)確定本機(jī)中的app 是否正常工作，當(dāng)本機(jī)中的設(shè)備不能正常工作后，能夠?qū)υO(shè)備實(shí)行重啟操作，并將數(shù)據(jù)信息保留存底。

1.3.2 熱電聯(lián)用系統(tǒng)重點(diǎn)包含供暖和光電2個(gè)模塊區(qū)域，整個(gè)建設(shè)是每一個(gè)裝設(shè)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有情況，采取適當(dāng)有效的措施和方案，按照房屋樓頂、側(cè)耳面積空間、周圍建筑物及空曠場(chǎng)地大小架設(shè)裝機(jī)容量為4.4kWp 光伏組件，配置5kW 光儲(chǔ)混合逆變器，儲(chǔ)能電池容量12kWh，且具備BMS鋰離子電池智能管理系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)，負(fù)載配置不小于2.7kW 空氣源熱泵供暖系統(tǒng)。電源系統(tǒng)采用太陽(yáng)能組件陣列/磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)/市電的三電源的系統(tǒng)裝置。以光儲(chǔ)混合逆變器優(yōu)先使用光伏組件發(fā)出電能為前提，在光照足夠時(shí)，太陽(yáng)光輻射的能量在光儲(chǔ)混合逆變器的工作下轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姡瑸榭諝庠礋岜弥茻峁┡推渌?fù)荷使用，剩余的能量?jī)?chǔ)存在磷酸鐵鋰電池中；若電池在滿電后，則把其余電量送到電網(wǎng)；光照不多時(shí)，把磷酸鐵鋰電池中存儲(chǔ)的電能在光儲(chǔ)混合逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)作用下轉(zhuǎn)成交流電，以用來(lái)補(bǔ)充光伏電源發(fā)電的缺乏；若光伏組件產(chǎn)生的和蓄電池裝置存儲(chǔ)的電能都不夠使用，便以市電供應(yīng)能量給負(fù)荷。

圖3 熱電聯(lián)用系統(tǒng)圖

2 微網(wǎng)群的智能運(yùn)維管理

為解決分布式發(fā)電系統(tǒng)及微電網(wǎng)系統(tǒng)空間分布廣、距離較遠(yuǎn)、環(huán)境惡劣、運(yùn)維艱難的問題，提高系統(tǒng)的供電可靠性，增加整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，用戶運(yùn)用云運(yùn)行管理平臺(tái)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)只需把系統(tǒng)順利接進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)，便能利用虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（Virtual Private Network,VPN）實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程訪問各點(diǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，完成含分布式電源的各微電網(wǎng)遠(yuǎn)距離控制、集中運(yùn)維和統(tǒng)一監(jiān)管。

2.1 微網(wǎng)群智能運(yùn)維管理云平臺(tái)功能

基于云應(yīng)用的微網(wǎng)群智能運(yùn)維管理技術(shù)平臺(tái)，能夠支持多個(gè)新能源系統(tǒng)——熱電聯(lián)用微電網(wǎng)、光伏、光熱、光風(fēng)互補(bǔ)發(fā)電及空氣源熱泵等供消系統(tǒng)與微網(wǎng)系統(tǒng)通過有線或者無(wú)線連接方式連到端口，以實(shí)現(xiàn)各類分布式發(fā)電系統(tǒng)與微電網(wǎng)數(shù)據(jù)資源交叉共享及集中統(tǒng)一智能調(diào)控管理，展開供電預(yù)測(cè)、負(fù)載預(yù)測(cè)、微電網(wǎng)能量?jī)?yōu)化平衡控制與調(diào)度等高級(jí)應(yīng)用的大數(shù)據(jù)分析技術(shù)［11］，以便根據(jù)分析的用戶使用習(xí)慣，對(duì)微網(wǎng)內(nèi)用戶的光電—儲(chǔ)—荷一體的應(yīng)用狀況進(jìn)行研究分析。本系統(tǒng)微網(wǎng)群是由光伏發(fā)電電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、供暖單元、逆變系統(tǒng)組成的微電網(wǎng)子結(jié)構(gòu)單元并列運(yùn)行，從不同端口各自接入，進(jìn)行集中上傳信息，統(tǒng)一調(diào)度管理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制下實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)備性能指標(biāo)變化，達(dá)到用戶端數(shù)據(jù)資源共享。

2.2 微網(wǎng)群智能運(yùn)維管理平臺(tái)運(yùn)行保障

微網(wǎng)群智能運(yùn)維管理平臺(tái)在運(yùn)行的過程中信號(hào)中斷、數(shù)據(jù)失真等現(xiàn)象偶爾也會(huì)發(fā)生，通過基于云架構(gòu)的監(jiān)控和能量管理信息系統(tǒng)集成技術(shù)、制定的綜合指標(biāo)最優(yōu)且可靠性最高的智能云平臺(tái)管理運(yùn)維策略和云運(yùn)維管理平臺(tái)與本地SCADA 監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)互為備用的軟件（數(shù)據(jù)采集源向SCADA 服務(wù)器的匯集）實(shí)現(xiàn)方案及斷點(diǎn)續(xù)傳等手段保證了云運(yùn)維管理平臺(tái)完整性和連續(xù)性，提高基于云平臺(tái)微網(wǎng)群智能運(yùn)維管理系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

2.3 微網(wǎng)群智能運(yùn)維管理平臺(tái)監(jiān)測(cè)

在微網(wǎng)群發(fā)電系統(tǒng)中，運(yùn)用有效的手段管理系統(tǒng)中的硬件及軟件對(duì)象，總體監(jiān)視基于地理圖的信息〔如光伏發(fā)電功率、充電樁用電功率、儲(chǔ)能SOC（stae of charge 荷電狀態(tài)）、系統(tǒng)頻率〕和實(shí)時(shí)監(jiān)視整個(gè)微網(wǎng)群系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)（包含所有設(shè)備的運(yùn)行、斷停、通信正常、通信異常、故障等狀況，通過圖形展示以及事件及告警等手段管理整個(gè)系統(tǒng)）和運(yùn)行參數(shù)，檢測(cè)硬件和軟件故障，故障時(shí)產(chǎn)生報(bào)警，將故障信息進(jìn)行儲(chǔ)存保留，同時(shí)故障發(fā)生時(shí)在自動(dòng)或人工重新構(gòu)造系統(tǒng)配置，并重新啟動(dòng)，或完成黑啟動(dòng)，以達(dá)到安全、可靠運(yùn)行的目的。

3 建議分析

西藏已建立了大量的分布式發(fā)電系統(tǒng)，其中以獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)居多。由于西藏地廣人稀，農(nóng)牧民不集中居住，分布式光伏電站的搭建相應(yīng)的也比較分散、傳統(tǒng)，這就導(dǎo)致了分布式系統(tǒng)在后期運(yùn)行過程中發(fā)生用電突發(fā)情況后，各種故障分析和維護(hù)相對(duì)不容易［12］。因此，為能夠?qū)崿F(xiàn)分布式發(fā)電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制、集中管理、統(tǒng)一調(diào)度、數(shù)據(jù)共享，開發(fā)和建立基于云平臺(tái)的智能微網(wǎng)群的運(yùn)維管理技術(shù)研究具有深遠(yuǎn)的意義。

3.1 搭建平臺(tái)試點(diǎn)或示范基地

合理利用分布式發(fā)電系統(tǒng)，構(gòu)建智能化微網(wǎng)及微網(wǎng)群試點(diǎn)或者示范基地用于微網(wǎng)群的研究。綜合多種可再生能源互補(bǔ)，開發(fā)適合西藏特殊環(huán)境、符合實(shí)際的遠(yuǎn)程監(jiān)控智能運(yùn)維的平臺(tái)建設(shè)。以平臺(tái)為基準(zhǔn)，定期觀察、檢測(cè)系統(tǒng)軟硬件、設(shè)備和線路運(yùn)行狀況和運(yùn)行參數(shù)，以便做到及時(shí)掌握和反饋微網(wǎng)群各功能模塊、測(cè)量節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，根據(jù)共享數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)分析，實(shí)現(xiàn)終端遠(yuǎn)程控制，精準(zhǔn)定位，對(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行有效運(yùn)檢、維護(hù)和搶修，提升智能微網(wǎng)群運(yùn)行的能動(dòng)性和可靠性。

3.2 適用性人才培養(yǎng)

培養(yǎng)適合西藏本地的微網(wǎng)運(yùn)維的適用性人才。一是可以直接讀懂云平臺(tái)的故障報(bào)警，根據(jù)大數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)和估算提示，分析出故障原因，并順利解決；或者是培養(yǎng)能夠通過聯(lián)系廠家，以遠(yuǎn)程通信的形式溝通，及時(shí)有效的理解對(duì)方的專業(yè)術(shù)語(yǔ)，快速找到基于云的微網(wǎng)群智能管理運(yùn)維系統(tǒng)所出問題故障處的人，根據(jù)對(duì)方指示，順利完成系統(tǒng)維修；再者是培養(yǎng)兩名以上的專業(yè)性人才，形成后備人才力量，能夠做到在突發(fā)情況下完成云架構(gòu)微網(wǎng)群智能管理運(yùn)維工作上的及時(shí)銜接。

3.3 儲(chǔ)存?zhèn)溆门浼?/h3>

專門設(shè)置一倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存各種所微網(wǎng)群平臺(tái)構(gòu)建所需配件，并貼好標(biāo)簽，做好目錄文檔保存工作，便于日后查找。易損毀設(shè)備配件需購(gòu)存適量備件，因西藏地處偏遠(yuǎn)地帶且地域遼闊，集市相隔比較遠(yuǎn)、規(guī)模小，分布式電源系統(tǒng)多分布在邊遠(yuǎn)、分散的農(nóng)牧區(qū)，若未隨身攜帶常用配件，從市區(qū)采購(gòu)既耗時(shí)、耗力又耗財(cái)；或者很多工業(yè)用品專用配件很少見或者沒有，當(dāng)確定好型號(hào)后，從廠家再采購(gòu)回來(lái)，耗時(shí)較長(zhǎng)，加之專業(yè)技術(shù)人員操作經(jīng)驗(yàn)可能不足，造成故障設(shè)備相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間不運(yùn)轉(zhuǎn)或者閑置，有甚者被提前報(bào)廢，致使部分資產(chǎn)和能源資源白白流失。

4 結(jié)論

基于云的微網(wǎng)群智能管理運(yùn)維平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了分布式發(fā)電系統(tǒng)、微電網(wǎng)及微網(wǎng)群的智能化遠(yuǎn)程監(jiān)控與運(yùn)維，提升了系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和各類光伏電站利用效率及預(yù)測(cè)可再生能源的消納能力，降低了運(yùn)維成本，減少了運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。保證了缺乏管理和維護(hù)的各類光伏電站長(zhǎng)期正常運(yùn)行，提高了電站供電可靠性，減少常規(guī)能源使用量，減降污染物的排出量。針對(duì)西藏特殊的地理環(huán)境和氣候，微網(wǎng)群智能管理運(yùn)維平臺(tái)在西藏有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>