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未來能源革命:物聯(lián)網(wǎng)賦能的分布式光儲充智能電源管理創(chuàng)新探索

 更新日期:2024-07-15 點擊量:272

摘要:為了形成穩(wěn)定性、可靠性強的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng),以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ),利用優(yōu)化粒子群的算法,進而形成物聯(lián)網(wǎng)分布式智能電源的管理系統(tǒng)。系統(tǒng)中負(fù)責(zé)控制的主體采用微網(wǎng)分層控制體系,底層為分布式電源系統(tǒng)負(fù)責(zé)雙閉環(huán)控制,上層為能量優(yōu)化算法。通過智能化的管理,促使整個系統(tǒng)運行具有較高的經(jīng)濟性和可靠性,使提高微電網(wǎng)綜合效益的目標(biāo)得以實現(xiàn),帶來較好的工程價值。

關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);分布式電源;智能;粒子群算法;雙閉環(huán)控制

0引言

我國電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展至今,已經(jīng)逐漸形成了大網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的電網(wǎng)形式。通過采取集中供電的方式,能夠便于能源產(chǎn)地的布局規(guī)劃,控制經(jīng)濟成本,但是在現(xiàn)實運用中,由于操作電源應(yīng)用場合特殊,電力系統(tǒng)設(shè)備分布較廣泛,造成了電網(wǎng)系統(tǒng)工程龐大,聯(lián)網(wǎng)困難,逐漸遇到了、建設(shè)工程周期過長、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障影響較大、后期維護成本過高、信息采集不及時等不利因素。基于以上問題,隨著科技發(fā)展的進步,以及管理理念的提升,我國對分布式電源的重視程度逐漸提高,希望通過分布式電源為傳統(tǒng)電網(wǎng)系統(tǒng)進行良好的補充和完善。

所謂分布式電網(wǎng)是由多個微小電網(wǎng)或電力系統(tǒng)組成,各個電力系統(tǒng)按照自己的位置劃分,為自己的區(qū)域提供電力能源,這樣的分布方式能夠提高整套電網(wǎng)系統(tǒng)的靈活性,減小線損,能源的分布形式更多樣化,一旦出現(xiàn)故障,也能較大地縮小負(fù)面影響。

分布式電網(wǎng)中供電形式多種多樣,而且彼此獨立,互不干涉。因此,可以根據(jù)需要在分布式電網(wǎng)中放置一些智能電源或者綠色電源,進一步推動電網(wǎng)的智能化和綠色化升級。

1基于物聯(lián)網(wǎng)的分布式智能電源管理設(shè)計

通過無線傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)、定位技術(shù)等,物聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)自動識別、感知、采集相關(guān)重要信息。利用各種電子信息傳輸技術(shù),將收集到的這些重要信息進行匯總,統(tǒng)一存入線上信息網(wǎng)絡(luò)中,并利用數(shù)據(jù)挖掘、云計算、模糊識別以及語義分析等各種智能計算方式,對電力系統(tǒng)中的一些設(shè)備運行參數(shù)進行分析融合。這套管理體系以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ),并分為三層結(jié)構(gòu):感知層、通信層、應(yīng)用層。

感知層主要是感知被管理對象的相關(guān)基本特征,采用的主要技術(shù)是無線傳感網(wǎng)或現(xiàn)場總線;通信層主要是實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和底層數(shù)據(jù)進行通信的能力,采用的主要技術(shù)是3G、4G,未來可能有5G通信網(wǎng)以及有線公共通信網(wǎng);應(yīng)用層主要是指運用計算機應(yīng)用技術(shù)所實現(xiàn)的其他應(yīng)用功能。

基于物聯(lián)網(wǎng)的分布式智能電源管理主要利用了物聯(lián)網(wǎng)的分層技術(shù),整體采用感知層、通信層、應(yīng)用層這三層結(jié)構(gòu)。其中感知層作為底層結(jié)構(gòu),主要是對分布式電源中的逆變器、并離網(wǎng)控制器、低壓監(jiān)測等設(shè)備進行實時采集,采集的信息主要包括開關(guān)量、模擬量等重要數(shù)據(jù),從而實現(xiàn)對整個分布式微電網(wǎng)的運營監(jiān)控。

在通信設(shè)備基礎(chǔ)條件較好的區(qū)域,通信層可以利用有線互聯(lián)網(wǎng),而在較偏遠(yuǎn)地區(qū)或特殊區(qū)域,有線網(wǎng)絡(luò)安裝不到的地方,可以選擇使用3G、4G,甚至5G網(wǎng)絡(luò)。對數(shù)據(jù)的處理主要是在應(yīng)用層,可以為用戶提供交互功能,需要兼?zhèn)鋽?shù)據(jù)處理功能和較佳的遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)控制功能。

隨著技術(shù)的進步,在現(xiàn)實運用過程中,為了使管理效果得到進一步提升,設(shè)計當(dāng)中往往會將感知層逆變器采用雙閉環(huán)控制,提高對電力系統(tǒng)的控制;應(yīng)用層則會采用粒子群算法來實現(xiàn)能量的優(yōu)化配置,從而保障整個電網(wǎng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配置運行。

2基于物聯(lián)網(wǎng)的分布式智能電源管理的內(nèi)外環(huán)控制方式

基于物聯(lián)網(wǎng)的分布式智能電源管理,采用分層控制的設(shè)計方案,由于智能電源在接入大電網(wǎng)時,需要在電壓、功率、頻率等指標(biāo)上與大電壓保持協(xié)調(diào),因而感知層將會使用雙閉環(huán)控制器,主要控制逆變器。

具體而言,為了保持智能電源與大電網(wǎng)的協(xié)調(diào)性,采用雙閉環(huán)控制的方式實現(xiàn)內(nèi)外環(huán)管理控制功能。外環(huán)控制上,主要控制分布式智能電源的輸出功率,確保系統(tǒng)在分布式電源的電壓指標(biāo),即便偶爾遇到波動變化,也能夠保證恒定的功率,向大電網(wǎng)輸出電能源;內(nèi)環(huán)控制主要是控制電流,通過智能化的手段,形成一整套智能電源系統(tǒng),能夠幫助電網(wǎng)獲得良好的適應(yīng)性能。內(nèi)、外環(huán)控制方式的具體控制體系,如圖1所示。

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圖1雙環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

PQ控制模型作為外環(huán)功率控制模式的主要采用方式,能夠恒功率進行控制,控制方法較為簡單,適用分布式電源系統(tǒng)在并網(wǎng)時的功率控制。目前,PQ控制模型一般使用的是DQ變換的前饋解耦PQ控制系統(tǒng),這種控制方式自身也含有兩個控制環(huán)系統(tǒng)功能。

內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)采用電流采集的參數(shù),在所定義的DQ坐標(biāo)體系中,可以進行空間的矢量變換,將三相靜止坐標(biāo)系下的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變換成兩相同步數(shù)學(xué)模型;外環(huán)是以公共網(wǎng)絡(luò)所需要的有功率和無功率為對象,經(jīng)解析和計算,得出的電流和電壓值,并將這種參考的變量以反饋控制的形式傳達給內(nèi)環(huán)電流和電壓值,從而控制電流和電壓值在所需范圍內(nèi)。內(nèi)環(huán)電流能夠保證外環(huán)持續(xù)在一個恒定的功率內(nèi)運作,在基于物聯(lián)網(wǎng)的分布式智能電源管理的內(nèi)外環(huán)控制設(shè)計的過程中,采用移動智能體的技術(shù)來完成。

Agent移動方式的具體結(jié)構(gòu)框架如圖2所示。圖2表明,Agent移動方式結(jié)構(gòu)可以分為知識庫、內(nèi)部情況、操作目標(biāo)三大獨立的數(shù)據(jù)模塊體系。這三個體系之間,作為數(shù)據(jù)的實體,能夠通過對環(huán)境變化的應(yīng)對進行自主修改,具有良好的適應(yīng)能力。在物聯(lián)網(wǎng)的分布式智能電源管理系統(tǒng)中,每個Agent移動方式都能夠利用傳感器對外部環(huán)境進行預(yù)知和感受,對根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)收集到的信息加以融合,產(chǎn)生對于修改狀態(tài)的指令描述,再借助知識庫的設(shè)計指揮,進行目標(biāo)規(guī)劃,在目標(biāo)的指引下,形成一整套動作,通過感應(yīng)器對環(huán)境進行反應(yīng),再產(chǎn)生功能操作。具體如圖2所示。

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圖2 Agent移動方式的具體結(jié)構(gòu)

3分析上層粒子群算法系統(tǒng)

運行過程中,為了進一步加強對上層控制的能力,物聯(lián)網(wǎng)分布式智能電源管理系統(tǒng)將采用上層粒子群算法,從而實現(xiàn)分布式智能電源管理的協(xié)調(diào)。對上層粒子群算法的具體描述,可以表達為:在多維目標(biāo)的空間搜索中,由多數(shù)個粒子所組成的群,這些粒子群能夠在一定范圍內(nèi)飛行。飛行中的粒子可以根據(jù)經(jīng)驗以及其他粒子飛行的方式不斷地調(diào)整自己的方向和速度,以此形成種群的協(xié)調(diào)效果。當(dāng)n+1次代粒子m的飛行位置可以表示為多維空間內(nèi)一個頂點坐標(biāo)時,其位置量、速度向量、個體解、全局解、更新速度和位置都可計算得出。

雖然相關(guān)的計算公式較為復(fù)雜,但是相較于原有的對于粒子跟蹤的無法實現(xiàn)而言,已經(jīng)更為簡單,涉及的參數(shù)也很少,基本粒子能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的跟蹤和預(yù)知。

4基于物聯(lián)網(wǎng)的智能分布直流操作電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能

在對物聯(lián)網(wǎng)分布式智能電源進行管理時,可以將這種系統(tǒng)設(shè)計為集計算系統(tǒng)、高效智能管理系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)于一身的智能分布直流電操作電源管理系統(tǒng),實現(xiàn)效率高、易維護、風(fēng)險低的智能化電網(wǎng)自動配網(wǎng)設(shè)備管理,使電力供應(yīng)獲得更高的性價比。

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能分布直流操作電源系統(tǒng),通過利用高速的核心控制平臺,在計算機嵌入式控制中實現(xiàn)特定算法,從而對數(shù)據(jù)進行處理和分析,對整個電力系統(tǒng)進行智能控制和協(xié)調(diào)。其中涉及的高效電源可以自動根據(jù)負(fù)電荷情況調(diào)整相應(yīng)的供電輸入模式,實現(xiàn)蓄電池供電和交流電源供電,靈活變換的處理方式,提高電源的可靠性。這套智能管理方式能夠幫助儲備的電池進行自主充電管理,實時在線監(jiān)測系統(tǒng),時刻監(jiān)測儲備電池的電壓、溫度和內(nèi)阻的變化情況,來判斷它的狀態(tài)。物聯(lián)網(wǎng)中的無線通信系統(tǒng)會對電源遠(yuǎn)程物聯(lián)管理,將得到的每一個信息進行分享和利用,實現(xiàn)遠(yuǎn)程智能化互動化的管理目標(biāo)。在這套系統(tǒng)中還有人機互動界面,現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)通過人機界面對系統(tǒng)中的輸出輸入電壓電流、電池內(nèi)阻、溫度等進行實時參數(shù)監(jiān)控。

系統(tǒng)主要模塊的技術(shù)是基于嵌入式計算機控制系統(tǒng)進行核心處理,使整個處理模式能夠協(xié)調(diào)運作,控制所有模塊在有序穩(wěn)定的范圍內(nèi)開展工作,高效完成各類算法,對系統(tǒng)進行實時監(jiān)控和保護,促進人機互動的同時,盡可能完成自主化運營。

5系統(tǒng)概述

5.1概述

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng),是我司根據(jù)新型電力系統(tǒng)下微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)與微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的要求,總結(jié)國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的經(jīng)驗,專門研制出的企業(yè)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)滿足光伏系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電樁的接入,全天候進行數(shù)據(jù)采集分析,直接監(jiān)視光伏、風(fēng)能、儲能系統(tǒng)、充電樁運行狀態(tài)及健康狀況,是一個集監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理為一體的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上以經(jīng)濟優(yōu)化運行為目標(biāo),提升可再生能源應(yīng)用,提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性、補償負(fù)荷波動;有效實現(xiàn)用戶側(cè)的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負(fù)荷,提高電力設(shè)備運行效率、降低供電成本。為企業(yè)微電網(wǎng)能量管理提供安全、可靠、經(jīng)濟運行提供了全新的解決方案。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)應(yīng)采用分層分布式結(jié)構(gòu),整個能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個層:設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層和站控層。站級通信網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議,物理媒介可以為光纖、網(wǎng)線、屏蔽雙絞線等。系統(tǒng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

5.2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

本方案遵循的標(biāo)準(zhǔn)有:

本技術(shù)規(guī)范書提供的設(shè)備應(yīng)滿足以下規(guī)定、法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):

GB/T26802.1-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范1部分:通用要求

GB/T26806.2-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)工業(yè)控制計算機基本平臺2部分:性能評定方法

GB/T26802.5-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范5部分:場地安全要求

GB/T26802.6-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范6部分:驗收大綱

GB/T2887-2011計算機場地通用規(guī)范

GB/T20270-2006信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)安全技術(shù)要求

GB50174-2018電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范

DL/T634.5101遠(yuǎn)動設(shè)備及系統(tǒng)5-101部分:傳輸規(guī)約基本遠(yuǎn)動任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)

DL/T634.5104遠(yuǎn)動設(shè)備及系統(tǒng)5-104部分:傳輸規(guī)約采用標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議子集的IEC60870-5-網(wǎng)絡(luò)訪問101

GB/T33589-2017微電網(wǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定

GB/T36274-2018微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

GB/T51341-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

GB/T36270-2018微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

DL/T1864-2018型微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)度運行規(guī)范

T/CEC150-2018低壓微電網(wǎng)并網(wǎng)一體化裝置技術(shù)規(guī)范

T/CEC151-2018并網(wǎng)型交直流混合微電網(wǎng)運行與控制技術(shù)規(guī)范

T/CEC152-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)需求響應(yīng)技術(shù)要求

T/CEC153-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)負(fù)荷管理技術(shù)導(dǎo)則

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)度運行規(guī)范

T/CEC5005-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計規(guī)范

NB/T10148-2019微電網(wǎng)1部分:微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則

NB/T10149-2019微電網(wǎng)2部分:微電網(wǎng)運行導(dǎo)則

5.3適用場合

系統(tǒng)可應(yīng)用于城市、高速公路、工業(yè)園區(qū)、工商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、智能建筑、海島、無電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。

5.4型號說明

6系統(tǒng)配置

6.1系統(tǒng)架構(gòu)

本平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進行設(shè)計,即站控層、網(wǎng)絡(luò)層和設(shè)備層,詳細(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下:

圖1典型微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)組網(wǎng)方式

7系統(tǒng)功能

7.1實時監(jiān)測

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機界面友好,應(yīng)能夠以系統(tǒng)一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態(tài),實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息,動態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開關(guān)等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。其中,各子系統(tǒng)回路電參量主要有:三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、頻率和正向有功電能累計值;狀態(tài)參數(shù)主要有:開關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對分布式電源、儲能系統(tǒng)進行發(fā)電管理,使管理人員實時掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲能單元運行功率設(shè)置等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對儲能系統(tǒng)進行狀態(tài)管理,能夠根據(jù)儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進行及時告警,并支持定期的電池維護。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面包括系統(tǒng)主界面,包含微電網(wǎng)光伏、風(fēng)電、儲能、充電樁及總體負(fù)荷組成情況,包括收益信息、天氣信息、節(jié)能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據(jù)不同的需求,也可將充電,儲能及光伏系統(tǒng)信息進行顯示。

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圖2系統(tǒng)主界面

子界面主要包括系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風(fēng)電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計列表等。

7.1.1光伏界面

圖3光伏系統(tǒng)界面

本界面用來展示對光伏系統(tǒng)信息,主要包括逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析;同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進行展示。

7.1.2儲能界面

圖4儲能系統(tǒng)界面

本界面主要用來展示本系統(tǒng)的儲能裝機容量、儲能當(dāng)前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖5儲能系統(tǒng)PCS參數(shù)設(shè)置界面

本界面主要用來展示對PCS的參數(shù)進行設(shè)置,包括開關(guān)機、運行模式、功率設(shè)定以及電壓、電流的限值。

圖6儲能系統(tǒng)BMS參數(shù)設(shè)置界面

本界面用來展示對BMS的參數(shù)進行設(shè)置,主要包括電芯電壓、溫度保護限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。

圖7儲能系統(tǒng)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù),主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等。

圖8儲能系統(tǒng)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS交流側(cè)數(shù)據(jù),主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、溫度值等。同時針對交流側(cè)的異常信息進行告警。

圖9儲能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS直流側(cè)數(shù)據(jù),主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側(cè)的異常信息進行告警。

圖10儲能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面

本界面用來展示對PCS狀態(tài)信息,主要包括通訊狀態(tài)、運行狀態(tài)、STS運行狀態(tài)及STS故障告警等。

圖11儲能電池狀態(tài)界面

本界面用來展示對BMS狀態(tài)信息,主要包括儲能電池的運行狀態(tài)、系統(tǒng)信息、數(shù)據(jù)信息以及告警信息等,同時展示當(dāng)前儲能電池的SOC信息。

圖12儲能電池簇運行數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對電池簇信息,主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度,并展示當(dāng)前電芯的大、小電壓、溫度值及所對應(yīng)的位置。

7.1.3風(fēng)電界面

圖13風(fēng)電系統(tǒng)界面

本界面用來展示對風(fēng)電系統(tǒng)信息,主要包括逆變控制一體機直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、風(fēng)速/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析;同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進行展示。

7.1.4充電樁界面

圖14充電樁界面

本界面用來展示對充電樁系統(tǒng)信息,主要包括充電樁用電總功率、交直流充電樁的功率、電量、電量費用,變化曲線、各個充電樁的運行數(shù)據(jù)等。

7.1.5視頻監(jiān)控界面

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圖15微電網(wǎng)視頻監(jiān)控界面

本界面主要展示系統(tǒng)所接入的視頻畫面,且通過不同的配置,實現(xiàn)預(yù)覽、回放、管理與控制等。

7.2發(fā)電預(yù)測

系統(tǒng)應(yīng)可以通過歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)、未來天氣預(yù)測數(shù)據(jù),對分布式發(fā)電進行短期、超短期發(fā)電功率預(yù)測,并展示合格率及誤差分析。根據(jù)功率預(yù)測可進行人工輸入或者自動生成發(fā)電計劃,便于用戶對該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。

圖16光伏預(yù)測界面

7.3策略配置

系統(tǒng)應(yīng)可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、儲能系統(tǒng)容量、負(fù)荷需求及分時電價信息,進行系統(tǒng)運行模式的設(shè)置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計劃、需量控制、有序充電、動態(tài)擴容等。

基礎(chǔ)參數(shù)計劃曲線-一充一放

圖17策略配置界面

7.4運行報表

應(yīng)能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備時間的運行參數(shù),報表中顯示電參量信息應(yīng)包括:各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。

圖18運行報表

7.5實時報警

應(yīng)具有實時報警功能,系統(tǒng)能夠?qū)Ω髯酉到y(tǒng)中的逆變器、雙向變流器的啟動和關(guān)閉等遙信變位,及設(shè)備內(nèi)部的保護動作或事故跳閘時應(yīng)能發(fā)出告警,應(yīng)能實時顯示告警事件或跳閘事件,包括保護事件名稱、保護動作時刻;并應(yīng)能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關(guān)人員。

圖19實時告警

7.6歷史事件查詢

應(yīng)能夠?qū)b信變位,保護動作、事故跳閘,以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電芯溫度(鋰離子電池)、壓力(液流電池)、光照、風(fēng)速、氣壓越限等事件記錄進行存儲和管理,方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯,查詢統(tǒng)計、事故分析。

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圖20歷史事件查詢

7.7電能質(zhì)量監(jiān)測

應(yīng)可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量包括穩(wěn)態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進行持續(xù)監(jiān)測,使管理人員實時掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況,以便及時發(fā)現(xiàn)和消除供電不穩(wěn)定因素。

1)在供電系統(tǒng)主界面上應(yīng)能實時顯示各電能質(zhì)量監(jiān)測點的監(jiān)測裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度和正序/負(fù)序/零序電壓值、三相電流不平衡度和正序/負(fù)序/零序電流值;

2)諧波分析功能:系統(tǒng)應(yīng)能實時顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率、A/B/C三相電流總諧波畸變率、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率、偶次諧波電壓總畸變率、偶次諧波電流總畸變率;應(yīng)能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率、2-63次諧波電壓含有率、0.5~63.5次間諧波電壓含有率、0.5~63.5次間諧波電流含有率;

3)電壓波動與閃變:系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相電壓波動值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值;應(yīng)能提供A/B/C三相電壓波動曲線、短閃變曲線和長閃變曲線;應(yīng)能顯示電壓偏差與頻率偏差;

4)功率與電能計量:系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率;應(yīng)能顯示三相總有功功率、總無功功率、總視在功率和總功率因素;應(yīng)能提供有功負(fù)荷曲線,包括日有功負(fù)荷曲線(折線型)和年有功負(fù)荷曲線(折線型);

5)電壓暫態(tài)監(jiān)測:在電能質(zhì)量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發(fā)生時,系統(tǒng)應(yīng)能產(chǎn)生告警,事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關(guān)人員;系統(tǒng)應(yīng)能查看相應(yīng)暫態(tài)事件發(fā)生前后的波形。

6)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計:系統(tǒng)應(yīng)能顯示1min統(tǒng)計整2h存儲的統(tǒng)計數(shù)據(jù),包括均值、大值、小值、95%概率值、方均根值。

7)事件記錄查看功能:事件記錄應(yīng)包含事件名稱、狀態(tài)(動作或返回)、波形號、越限值、故障持續(xù)時間、事件發(fā)生的時間。

圖21微電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量界面

7.8遙控功能

應(yīng)可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進行遠(yuǎn)程遙控操作。系統(tǒng)維護人員可以通過管理系統(tǒng)的主界面完成遙控操作,并遵循遙控預(yù)置、遙控返校、遙控執(zhí)行的操作順序,可以及時執(zhí)行調(diào)度系統(tǒng)或站內(nèi)相應(yīng)的操作命令。

圖22遙控功能

7.9曲線查詢

應(yīng)可在曲線查詢界面,可以直接查看各電參量曲線,包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

圖23曲線查詢

7.10統(tǒng)計報表

具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能,用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況,即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。對微電網(wǎng)與外部系統(tǒng)間電能量交換進行統(tǒng)計分析;對系統(tǒng)運行的節(jié)能、收益等分析;具備對微電網(wǎng)供電可靠性分析,包括年停電時間、年停電次數(shù)等分析;具備對并網(wǎng)型微電網(wǎng)的并網(wǎng)點進行電能質(zhì)量分析。

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圖24統(tǒng)計報表

7.11網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài),能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài),發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

圖25微電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣缑?/p>

本界面主要展示微電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)?,包括系統(tǒng)的組成內(nèi)容、電網(wǎng)連接方式、斷路器、表計等信息。

7.12通信管理

可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進行管理、控制、數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。系統(tǒng)維護人員可以通過管理系統(tǒng)的主程序右鍵打開通信管理程序,然后選擇通信控制啟動所有端口或某個端口,快速查看某設(shè)備的通信和數(shù)據(jù)情況。通信應(yīng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

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圖26通信管理

7.13用戶權(quán)限管理

應(yīng)具備設(shè)置用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作(如遙控操作,運行參數(shù)修改等)??梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限,為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

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圖27用戶權(quán)限

7.14故障錄波

應(yīng)可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時,自動準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各相關(guān)電氣量的變化情況,通過對這些電氣量的分析、比較,對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力系統(tǒng)安全運行水平有著重要作用。其中故障錄波共可記錄16條,每條錄波可觸發(fā)6段錄波,每次錄波可記錄故障前8個周波、故障后4個周波波形,總錄波時間共計46s。每個采樣點錄波至少包含12個模擬量、10個開關(guān)量波形。

圖28故障錄波

7.15事故追憶

可以自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時掃描數(shù)據(jù),包括開關(guān)位置、保護動作狀態(tài)、遙測量等,形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

用戶可自定義事故追憶的啟動事件,當(dāng)每個事件發(fā)生時,存儲事故10個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關(guān)點數(shù)據(jù)。啟動事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點可由用戶和隨意修改。

圖29事故追憶

8結(jié)束語

基于物聯(lián)網(wǎng)的分布式智能化電源管理研究,已經(jīng)成為業(yè)界人士和電力系統(tǒng)的研究重點。本文結(jié)合實際運用中分布式智能電源的協(xié)調(diào)操作相關(guān)原理、實現(xiàn)情況、積極的作用和可以采用的設(shè)計方案,進行了詳細(xì)的闡述。在充分展示研究資料的基礎(chǔ)上,明確以粒子群算法作為主要控制原則,介紹了以PQ控制為核心的雙閉環(huán)控制模式和基于物聯(lián)網(wǎng)的智能分布直流操作兩種方式,相較于其他控制方法,獲得更好的準(zhǔn)確性、效率性和可靠性。為電源管理的研究提供一些積極的理論建議,供業(yè)界人士參考。

參考文獻

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  2. 賀穎.移動Agent在網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D].武漢:武漢理工大學(xué),2009.

  3. 張安年.粒子群算法在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)優(yōu)化中的應(yīng)用[D].洛陽:河南科技大學(xué),2009

  4. 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用設(shè)計,2022,05版.摘要:為了形成穩(wěn)定性、可靠性強的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng),以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ),利用優(yōu)化粒子群的算法,進而形成物聯(lián)網(wǎng)分布式智能電源的管理系統(tǒng)。系統(tǒng)中負(fù)責(zé)控制的主體采用微網(wǎng)分層控制體系,底層為分布式電源系統(tǒng)負(fù)責(zé)雙閉環(huán)控制,上層為能量優(yōu)化算法。通過智能化的管理,促使整個系統(tǒng)運行具有較高的經(jīng)濟性和可靠性,使提高微電網(wǎng)綜合效益的目標(biāo)得以實現(xiàn),帶來較好的工程價值。

    關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);分布式電源;智能;粒子群算法;雙閉環(huán)控制

    0引言

    我國電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展至今,已經(jīng)逐漸形成了大網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的電網(wǎng)形式。通過采取集中供電的方式,能夠便于能源產(chǎn)地的布局規(guī)劃,控制經(jīng)濟成本,但是在現(xiàn)實運用中,由于操作電源應(yīng)用場合特殊,電力系統(tǒng)設(shè)備分布較廣泛,造成了電網(wǎng)系統(tǒng)工程龐大,聯(lián)網(wǎng)困難,逐漸遇到了、建設(shè)工程周期過長、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障影響較大、后期維護成本過高、信息采集不及時等不利因素?;谝陨蠁栴},隨著科技發(fā)展的進步,以及管理理念的提升,我國對分布式電源的重視程度逐漸提高,希望通過分布式電源為傳統(tǒng)電網(wǎng)系統(tǒng)進行良好的補充和完善。

    所謂分布式電網(wǎng)是由多個微小電網(wǎng)或電力系統(tǒng)組成,各個電力系統(tǒng)按照自己的位置劃分,為自己的區(qū)域提供電力能源,這樣的分布方式能夠提高整套電網(wǎng)系統(tǒng)的靈活性,減小線損,能源的分布形式更多樣化,一旦出現(xiàn)故障,也能較大地縮小負(fù)面影響。

    分布式電網(wǎng)中供電形式多種多樣,而且彼此獨立,互不干涉。因此,可以根據(jù)需要在分布式電網(wǎng)中放置一些智能電源或者綠色電源,進一步推動電網(wǎng)的智能化和綠色化升級。

    1基于物聯(lián)網(wǎng)的分布式智能電源管理設(shè)計

    通過無線傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)、定位技術(shù)等,物聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)自動識別、感知、采集相關(guān)重要信息。利用各種電子信息傳輸技術(shù),將收集到的這些重要信息進行匯總,統(tǒng)一存入線上信息網(wǎng)絡(luò)中,并利用數(shù)據(jù)挖掘、云計算、模糊識別以及語義分析等各種智能計算方式,對電力系統(tǒng)中的一些設(shè)備運行參數(shù)進行分析融合。這套管理體系以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ),并分為三層結(jié)構(gòu):感知層、通信層、應(yīng)用層。

    感知層主要是感知被管理對象的相關(guān)基本特征,采用的主要技術(shù)是無線傳感網(wǎng)或現(xiàn)場總線;通信層主要是實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和底層數(shù)據(jù)進行通信的能力,采用的主要技術(shù)是3G、4G,未來可能有5G通信網(wǎng)以及有線公共通信網(wǎng);應(yīng)用層主要是指運用計算機應(yīng)用技術(shù)所實現(xiàn)的其他應(yīng)用功能。

    基于物聯(lián)網(wǎng)的分布式智能電源管理主要利用了物聯(lián)網(wǎng)的分層技術(shù),整體采用感知層、通信層、應(yīng)用層這三層結(jié)構(gòu)。其中感知層作為底層結(jié)構(gòu),主要是對分布式電源中的逆變器、并離網(wǎng)控制器、低壓監(jiān)測等設(shè)備進行實時采集,采集的信息主要包括開關(guān)量、模擬量等重要數(shù)據(jù),從而實現(xiàn)對整個分布式微電網(wǎng)的運營監(jiān)控。

    在通信設(shè)備基礎(chǔ)條件較好的區(qū)域,通信層可以利用有線互聯(lián)網(wǎng),而在較偏遠(yuǎn)地區(qū)或特殊區(qū)域,有線網(wǎng)絡(luò)安裝不到的地方,可以選擇使用3G、4G,甚至5G網(wǎng)絡(luò)。對數(shù)據(jù)的處理主要是在應(yīng)用層,可以為用戶提供交互功能,需要兼?zhèn)鋽?shù)據(jù)處理功能和較佳的遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)控制功能。

    隨著技術(shù)的進步,在現(xiàn)實運用過程中,為了使管理效果得到進一步提升,設(shè)計當(dāng)中往往會將感知層逆變器采用雙閉環(huán)控制,提高對電力系統(tǒng)的控制;應(yīng)用層則會采用粒子群算法來實現(xiàn)能量的優(yōu)化配置,從而保障整個電網(wǎng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配置運行。

    2基于物聯(lián)網(wǎng)的分布式智能電源管理的內(nèi)外環(huán)控制方式

    基于物聯(lián)網(wǎng)的分布式智能電源管理,采用分層控制的設(shè)計方案,由于智能電源在接入大電網(wǎng)時,需要在電壓、功率、頻率等指標(biāo)上與大電壓保持協(xié)調(diào),因而感知層將會使用雙閉環(huán)控制器,主要控制逆變器。

    具體而言,為了保持智能電源與大電網(wǎng)的協(xié)調(diào)性,采用雙閉環(huán)控制的方式實現(xiàn)內(nèi)外環(huán)管理控制功能。外環(huán)控制上,主要控制分布式智能電源的輸出功率,確保系統(tǒng)在分布式電源的電壓指標(biāo),即便偶爾遇到波動變化,也能夠保證恒定的功率,向大電網(wǎng)輸出電能源;內(nèi)環(huán)控制主要是控制電流,通過智能化的手段,形成一整套智能電源系統(tǒng),能夠幫助電網(wǎng)獲得良好的適應(yīng)性能。內(nèi)、外環(huán)控制方式的具體控制體系,如圖1所示。

    C:/Users/shenglili/Desktop/微信截圖_20240523143317.png微信截圖_20240523143317

    圖1雙環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    PQ控制模型作為外環(huán)功率控制模式的主要采用方式,能夠恒功率進行控制,控制方法較為簡單,適用分布式電源系統(tǒng)在并網(wǎng)時的功率控制。目前,PQ控制模型一般使用的是DQ變換的前饋解耦PQ控制系統(tǒng),這種控制方式自身也含有兩個控制環(huán)系統(tǒng)功能。

    內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)采用電流采集的參數(shù),在所定義的DQ坐標(biāo)體系中,可以進行空間的矢量變換,將三相靜止坐標(biāo)系下的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變換成兩相同步數(shù)學(xué)模型;外環(huán)是以公共網(wǎng)絡(luò)所需要的有功率和無功率為對象,經(jīng)解析和計算,得出的電流和電壓值,并將這種參考的變量以反饋控制的形式傳達給內(nèi)環(huán)電流和電壓值,從而控制電流和電壓值在所需范圍內(nèi)。內(nèi)環(huán)電流能夠保證外環(huán)持續(xù)在一個恒定的功率內(nèi)運作,在基于物聯(lián)網(wǎng)的分布式智能電源管理的內(nèi)外環(huán)控制設(shè)計的過程中,采用移動智能體的技術(shù)來完成。

    Agent移動方式的具體結(jié)構(gòu)框架如圖2所示。圖2表明,Agent移動方式結(jié)構(gòu)可以分為知識庫、內(nèi)部情況、操作目標(biāo)三大獨立的數(shù)據(jù)模塊體系。這三個體系之間,作為數(shù)據(jù)的實體,能夠通過對環(huán)境變化的應(yīng)對進行自主修改,具有良好的適應(yīng)能力。在物聯(lián)網(wǎng)的分布式智能電源管理系統(tǒng)中,每個Agent移動方式都能夠利用傳感器對外部環(huán)境進行預(yù)知和感受,對根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)收集到的信息加以融合,產(chǎn)生對于修改狀態(tài)的指令描述,再借助知識庫的設(shè)計指揮,進行目標(biāo)規(guī)劃,在目標(biāo)的指引下,形成一整套動作,通過感應(yīng)器對環(huán)境進行反應(yīng),再產(chǎn)生功能操作。具體如圖2所示。

    C:/Users/shenglili/Desktop/微信截圖_20240523143331.png微信截圖_20240523143331

    圖2 Agent移動方式的具體結(jié)構(gòu)

    3分析上層粒子群算法系統(tǒng)

    運行過程中,為了進一步加強對上層控制的能力,物聯(lián)網(wǎng)分布式智能電源管理系統(tǒng)將采用上層粒子群算法,從而實現(xiàn)分布式智能電源管理的協(xié)調(diào)。對上層粒子群算法的具體描述,可以表達為:在多維目標(biāo)的空間搜索中,由多數(shù)個粒子所組成的群,這些粒子群能夠在一定范圍內(nèi)飛行。飛行中的粒子可以根據(jù)經(jīng)驗以及其他粒子飛行的方式不斷地調(diào)整自己的方向和速度,以此形成種群的協(xié)調(diào)效果。當(dāng)n+1次代粒子m的飛行位置可以表示為多維空間內(nèi)一個頂點坐標(biāo)時,其位置量、速度向量、個體解、全局解、更新速度和位置都可計算得出。

    雖然相關(guān)的計算公式較為復(fù)雜,但是相較于原有的對于粒子跟蹤的無法實現(xiàn)而言,已經(jīng)更為簡單,涉及的參數(shù)也很少,基本粒子能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的跟蹤和預(yù)知。

    4基于物聯(lián)網(wǎng)的智能分布直流操作電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能

    在對物聯(lián)網(wǎng)分布式智能電源進行管理時,可以將這種系統(tǒng)設(shè)計為集計算系統(tǒng)、高效智能管理系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)于一身的智能分布直流電操作電源管理系統(tǒng),實現(xiàn)效率高、易維護、風(fēng)險低的智能化電網(wǎng)自動配網(wǎng)設(shè)備管理,使電力供應(yīng)獲得更高的性價比。

    基于物聯(lián)網(wǎng)的智能分布直流操作電源系統(tǒng),通過利用高速的核心控制平臺,在計算機嵌入式控制中實現(xiàn)特定算法,從而對數(shù)據(jù)進行處理和分析,對整個電力系統(tǒng)進行智能控制和協(xié)調(diào)。其中涉及的高效電源可以自動根據(jù)負(fù)電荷情況調(diào)整相應(yīng)的供電輸入模式,實現(xiàn)蓄電池供電和交流電源供電,靈活變換的處理方式,提高電源的可靠性。這套智能管理方式能夠幫助儲備的電池進行自主充電管理,實時在線監(jiān)測系統(tǒng),時刻監(jiān)測儲備電池的電壓、溫度和內(nèi)阻的變化情況,來判斷它的狀態(tài)。物聯(lián)網(wǎng)中的無線通信系統(tǒng)會對電源遠(yuǎn)程物聯(lián)管理,將得到的每一個信息進行分享和利用,實現(xiàn)遠(yuǎn)程智能化互動化的管理目標(biāo)。在這套系統(tǒng)中還有人機互動界面,現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)通過人機界面對系統(tǒng)中的輸出輸入電壓電流、電池內(nèi)阻、溫度等進行實時參數(shù)監(jiān)控。

    系統(tǒng)主要模塊的技術(shù)是基于嵌入式計算機控制系統(tǒng)進行核心處理,使整個處理模式能夠協(xié)調(diào)運作,控制所有模塊在有序穩(wěn)定的范圍內(nèi)開展工作,高效完成各類算法,對系統(tǒng)進行實時監(jiān)控和保護,促進人機互動的同時,盡可能完成自主化運營。

    5系統(tǒng)概述

    5.1概述

    Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng),是我司根據(jù)新型電力系統(tǒng)下微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)與微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的要求,總結(jié)國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的經(jīng)驗,專門研制出的企業(yè)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)滿足光伏系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電樁的接入,全天候進行數(shù)據(jù)采集分析,直接監(jiān)視光伏、風(fēng)能、儲能系統(tǒng)、充電樁運行狀態(tài)及健康狀況,是一個集監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理為一體的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上以經(jīng)濟優(yōu)化運行為目標(biāo),提升可再生能源應(yīng)用,提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性、補償負(fù)荷波動;有效實現(xiàn)用戶側(cè)的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負(fù)荷,提高電力設(shè)備運行效率、降低供電成本。為企業(yè)微電網(wǎng)能量管理提供安全、可靠、經(jīng)濟運行提供了全新的解決方案。

    微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)應(yīng)采用分層分布式結(jié)構(gòu),整個能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個層:設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層和站控層。站級通信網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議,物理媒介可以為光纖、網(wǎng)線、屏蔽雙絞線等。系統(tǒng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

    5.2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

    本方案遵循的標(biāo)準(zhǔn)有:

    本技術(shù)規(guī)范書提供的設(shè)備應(yīng)滿足以下規(guī)定、法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):

    GB/T26802.1-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范1部分:通用要求

    GB/T26806.2-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)工業(yè)控制計算機基本平臺2部分:性能評定方法

    GB/T26802.5-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范5部分:場地安全要求

    GB/T26802.6-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范6部分:驗收大綱

    GB/T2887-2011計算機場地通用規(guī)范

    GB/T20270-2006信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)安全技術(shù)要求

    GB50174-2018電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范

    DL/T634.5101遠(yuǎn)動設(shè)備及系統(tǒng)5-101部分:傳輸規(guī)約基本遠(yuǎn)動任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)

    DL/T634.5104遠(yuǎn)動設(shè)備及系統(tǒng)5-104部分:傳輸規(guī)約采用標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議子集的IEC60870-5-網(wǎng)絡(luò)訪問101

    GB/T33589-2017微電網(wǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定

    GB/T36274-2018微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

    GB/T51341-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

    GB/T36270-2018微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

    DL/T1864-2018型微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

    T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)度運行規(guī)范

    T/CEC150-2018低壓微電網(wǎng)并網(wǎng)一體化裝置技術(shù)規(guī)范

    T/CEC151-2018并網(wǎng)型交直流混合微電網(wǎng)運行與控制技術(shù)規(guī)范

    T/CEC152-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)需求響應(yīng)技術(shù)要求

    T/CEC153-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)負(fù)荷管理技術(shù)導(dǎo)則

    T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)度運行規(guī)范

    T/CEC5005-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計規(guī)范

    NB/T10148-2019微電網(wǎng)1部分:微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則

    NB/T10149-2019微電網(wǎng)2部分:微電網(wǎng)運行導(dǎo)則

    5.3適用場合

    系統(tǒng)可應(yīng)用于城市、高速公路、工業(yè)園區(qū)、工商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、智能建筑、海島、無電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。

    5.4型號說明

    6系統(tǒng)配置

    6.1系統(tǒng)架構(gòu)

    本平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進行設(shè)計,即站控層、網(wǎng)絡(luò)層和設(shè)備層,詳細(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下:

    圖1典型微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)組網(wǎng)方式

    7系統(tǒng)功能

    7.1實時監(jiān)測

    微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機界面友好,應(yīng)能夠以系統(tǒng)一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態(tài),實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息,動態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開關(guān)等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。其中,各子系統(tǒng)回路電參量主要有:三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、頻率和正向有功電能累計值;狀態(tài)參數(shù)主要有:開關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

    系統(tǒng)應(yīng)可以對分布式電源、儲能系統(tǒng)進行發(fā)電管理,使管理人員實時掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲能單元運行功率設(shè)置等。

    系統(tǒng)應(yīng)可以對儲能系統(tǒng)進行狀態(tài)管理,能夠根據(jù)儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進行及時告警,并支持定期的電池維護。

    微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面包括系統(tǒng)主界面,包含微電網(wǎng)光伏、風(fēng)電、儲能、充電樁及總體負(fù)荷組成情況,包括收益信息、天氣信息、節(jié)能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據(jù)不同的需求,也可將充電,儲能及光伏系統(tǒng)信息進行顯示。

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    圖2系統(tǒng)主界面

    子界面主要包括系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風(fēng)電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計列表等。

    7.1.1光伏界面

    圖3光伏系統(tǒng)界面

    本界面用來展示對光伏系統(tǒng)信息,主要包括逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析;同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進行展示。

    7.1.2儲能界面

    圖4儲能系統(tǒng)界面

    本界面主要用來展示本系統(tǒng)的儲能裝機容量、儲能當(dāng)前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

    圖5儲能系統(tǒng)PCS參數(shù)設(shè)置界面

    本界面主要用來展示對PCS的參數(shù)進行設(shè)置,包括開關(guān)機、運行模式、功率設(shè)定以及電壓、電流的限值。

    圖6儲能系統(tǒng)BMS參數(shù)設(shè)置界面

    本界面用來展示對BMS的參數(shù)進行設(shè)置,主要包括電芯電壓、溫度保護限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。

    圖7儲能系統(tǒng)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)界面

    本界面用來展示對PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù),主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等。

    圖8儲能系統(tǒng)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)界面

    本界面用來展示對PCS交流側(cè)數(shù)據(jù),主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、溫度值等。同時針對交流側(cè)的異常信息進行告警。

    圖9儲能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面

    本界面用來展示對PCS直流側(cè)數(shù)據(jù),主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側(cè)的異常信息進行告警。

    圖10儲能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面

    本界面用來展示對PCS狀態(tài)信息,主要包括通訊狀態(tài)、運行狀態(tài)、STS運行狀態(tài)及STS故障告警等。

    圖11儲能電池狀態(tài)界面

    本界面用來展示對BMS狀態(tài)信息,主要包括儲能電池的運行狀態(tài)、系統(tǒng)信息、數(shù)據(jù)信息以及告警信息等,同時展示當(dāng)前儲能電池的SOC信息。

    圖12儲能電池簇運行數(shù)據(jù)界面

    本界面用來展示對電池簇信息,主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度,并展示當(dāng)前電芯的大、小電壓、溫度值及所對應(yīng)的位置。

    7.1.3風(fēng)電界面

    圖13風(fēng)電系統(tǒng)界面

    本界面用來展示對風(fēng)電系統(tǒng)信息,主要包括逆變控制一體機直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、風(fēng)速/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析;同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進行展示。

    7.1.4充電樁界面

    圖14充電樁界面

    本界面用來展示對充電樁系統(tǒng)信息,主要包括充電樁用電總功率、交直流充電樁的功率、電量、電量費用,變化曲線、各個充電樁的運行數(shù)據(jù)等。

    7.1.5視頻監(jiān)控界面

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    圖15微電網(wǎng)視頻監(jiān)控界面

    本界面主要展示系統(tǒng)所接入的視頻畫面,且通過不同的配置,實現(xiàn)預(yù)覽、回放、管理與控制等。

    7.2發(fā)電預(yù)測

    系統(tǒng)應(yīng)可以通過歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)、未來天氣預(yù)測數(shù)據(jù),對分布式發(fā)電進行短期、超短期發(fā)電功率預(yù)測,并展示合格率及誤差分析。根據(jù)功率預(yù)測可進行人工輸入或者自動生成發(fā)電計劃,便于用戶對該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。

    圖16光伏預(yù)測界面

    7.3策略配置

    系統(tǒng)應(yīng)可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、儲能系統(tǒng)容量、負(fù)荷需求及分時電價信息,進行系統(tǒng)運行模式的設(shè)置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計劃、需量控制、有序充電、動態(tài)擴容等。

    基礎(chǔ)參數(shù)計劃曲線-一充一放

    圖17策略配置界面

    7.4運行報表

    應(yīng)能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備時間的運行參數(shù),報表中顯示電參量信息應(yīng)包括:各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。

    圖18運行報表

    7.5實時報警

    應(yīng)具有實時報警功能,系統(tǒng)能夠?qū)Ω髯酉到y(tǒng)中的逆變器、雙向變流器的啟動和關(guān)閉等遙信變位,及設(shè)備內(nèi)部的保護動作或事故跳閘時應(yīng)能發(fā)出告警,應(yīng)能實時顯示告警事件或跳閘事件,包括保護事件名稱、保護動作時刻;并應(yīng)能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關(guān)人員。

    圖19實時告警

    7.6歷史事件查詢

    應(yīng)能夠?qū)b信變位,保護動作、事故跳閘,以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電芯溫度(鋰離子電池)、壓力(液流電池)、光照、風(fēng)速、氣壓越限等事件記錄進行存儲和管理,方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯,查詢統(tǒng)計、事故分析。

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    圖20歷史事件查詢

    7.7電能質(zhì)量監(jiān)測

    應(yīng)可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量包括穩(wěn)態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進行持續(xù)監(jiān)測,使管理人員實時掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況,以便及時發(fā)現(xiàn)和消除供電不穩(wěn)定因素。

    1)在供電系統(tǒng)主界面上應(yīng)能實時顯示各電能質(zhì)量監(jiān)測點的監(jiān)測裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度和正序/負(fù)序/零序電壓值、三相電流不平衡度和正序/負(fù)序/零序電流值;

    2)諧波分析功能:系統(tǒng)應(yīng)能實時顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率、A/B/C三相電流總諧波畸變率、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率、偶次諧波電壓總畸變率、偶次諧波電流總畸變率;應(yīng)能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率、2-63次諧波電壓含有率、0.5~63.5次間諧波電壓含有率、0.5~63.5次間諧波電流含有率;

    3)電壓波動與閃變:系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相電壓波動值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值;應(yīng)能提供A/B/C三相電壓波動曲線、短閃變曲線和長閃變曲線;應(yīng)能顯示電壓偏差與頻率偏差;

    4)功率與電能計量:系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率;應(yīng)能顯示三相總有功功率、總無功功率、總視在功率和總功率因素;應(yīng)能提供有功負(fù)荷曲線,包括日有功負(fù)荷曲線(折線型)和年有功負(fù)荷曲線(折線型);

    5)電壓暫態(tài)監(jiān)測:在電能質(zhì)量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發(fā)生時,系統(tǒng)應(yīng)能產(chǎn)生告警,事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關(guān)人員;系統(tǒng)應(yīng)能查看相應(yīng)暫態(tài)事件發(fā)生前后的波形。

    6)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計:系統(tǒng)應(yīng)能顯示1min統(tǒng)計整2h存儲的統(tǒng)計數(shù)據(jù),包括均值、大值、小值、95%概率值、方均根值。

    7)事件記錄查看功能:事件記錄應(yīng)包含事件名稱、狀態(tài)(動作或返回)、波形號、越限值、故障持續(xù)時間、事件發(fā)生的時間。

    圖21微電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量界面

    7.8遙控功能

    應(yīng)可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進行遠(yuǎn)程遙控操作。系統(tǒng)維護人員可以通過管理系統(tǒng)的主界面完成遙控操作,并遵循遙控預(yù)置、遙控返校、遙控執(zhí)行的操作順序,可以及時執(zhí)行調(diào)度系統(tǒng)或站內(nèi)相應(yīng)的操作命令。

    圖22遙控功能

    7.9曲線查詢

    應(yīng)可在曲線查詢界面,可以直接查看各電參量曲線,包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

    圖23曲線查詢

    7.10統(tǒng)計報表

    具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能,用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況,即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。對微電網(wǎng)與外部系統(tǒng)間電能量交換進行統(tǒng)計分析;對系統(tǒng)運行的節(jié)能、收益等分析;具備對微電網(wǎng)供電可靠性分析,包括年停電時間、年停電次數(shù)等分析;具備對并網(wǎng)型微電網(wǎng)的并網(wǎng)點進行電能質(zhì)量分析。

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    圖24統(tǒng)計報表

    7.11網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

    系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài),能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài),發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

    圖25微電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣缑?/p>

    本界面主要展示微電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)洌ㄏ到y(tǒng)的組成內(nèi)容、電網(wǎng)連接方式、斷路器、表計等信息。

    7.12通信管理

    可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進行管理、控制、數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。系統(tǒng)維護人員可以通過管理系統(tǒng)的主程序右鍵打開通信管理程序,然后選擇通信控制啟動所有端口或某個端口,快速查看某設(shè)備的通信和數(shù)據(jù)情況。通信應(yīng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

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    圖26通信管理

    7.13用戶權(quán)限管理

    應(yīng)具備設(shè)置用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作(如遙控操作,運行參數(shù)修改等)??梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限,為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

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    圖27用戶權(quán)限

    7.14故障錄波

    應(yīng)可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時,自動準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各相關(guān)電氣量的變化情況,通過對這些電氣量的分析、比較,對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力系統(tǒng)安全運行水平有著重要作用。其中故障錄波共可記錄16條,每條錄波可觸發(fā)6段錄波,每次錄波可記錄故障前8個周波、故障后4個周波波形,總錄波時間共計46s。每個采樣點錄波至少包含12個模擬量、10個開關(guān)量波形。

    圖28故障錄波

    7.15事故追憶

    可以自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時掃描數(shù)據(jù),包括開關(guān)位置、保護動作狀態(tài)、遙測量等,形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

    用戶可自定義事故追憶的啟動事件,當(dāng)每個事件發(fā)生時,存儲事故10個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關(guān)點數(shù)據(jù)。啟動事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點可由用戶和隨意修改。

    圖29事故追憶

    8結(jié)束語

    基于物聯(lián)網(wǎng)的分布式智能化電源管理研究,已經(jīng)成為業(yè)界人士和電力系統(tǒng)的研究重點。本文結(jié)合實際運用中分布式智能電源的協(xié)調(diào)操作相關(guān)原理、實現(xiàn)情況、積極的作用和可以采用的設(shè)計方案,進行了詳細(xì)的闡述。在充分展示研究資料的基礎(chǔ)上,明確以粒子群算法作為主要控制原則,介紹了以PQ控制為核心的雙閉環(huán)控制模式和基于物聯(lián)網(wǎng)的智能分布直流操作兩種方式,相較于其他控制方法,獲得更好的準(zhǔn)確性、效率性和可靠性。為電源管理的研究提供一些積極的理論建議,供業(yè)界人士參考。

    參考文獻

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