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概述

微電網(wǎng)是包含分布式能源和負(fù)荷的中、低壓交/直流電力系統(tǒng)。根據(jù)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的連接關(guān)系，微電網(wǎng)可分為獨(dú)立型和并網(wǎng)型兩類(lèi)。其中，獨(dú) 立型微電網(wǎng)與大電網(wǎng)之間沒(méi)有電氣連接，且僅運(yùn)行于孤島模式；并網(wǎng)型微電網(wǎng)作為一個(gè)可控單元與大電網(wǎng)連接并可工作于并網(wǎng)模式與孤島模式。

ST895微電網(wǎng)EMS具備對(duì)光伏、儲(chǔ)能、配電系統(tǒng)、柴油發(fā)電進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)、分析、控制的系統(tǒng)模塊，主要功能包括：數(shù)據(jù)采集與處理、報(bào)警處理、 控制和操作記錄(包括人工操 作、控制器自動(dòng)控制、電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)自動(dòng)控制、電網(wǎng)穩(wěn)定控制、互動(dòng)服務(wù)、優(yōu)化調(diào)度、 安全校核、源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同 優(yōu)化、負(fù)荷管理等)、管理功能、控制和操作（具備各種模式光儲(chǔ)、 光柴儲(chǔ)、柴儲(chǔ)、風(fēng)光柴儲(chǔ)等多種模式無(wú)縫切換控制功能，切換時(shí)間不超過(guò) 20ms 等）、在線統(tǒng)計(jì)計(jì)算、畫(huà)面顯示功能、人機(jī)接口功能、通信接口、系統(tǒng)的自診斷和自恢復(fù)、維護(hù)功能、權(quán)限管理等。

總體原則

(1)系統(tǒng)采用的概念、技術(shù)、方法、設(shè)備，既可靠成熟，又能反映當(dāng)今國(guó)際水平，并具有發(fā)展?jié)摿?。系統(tǒng)整體技術(shù)性能應(yīng)達(dá)到目前國(guó)內(nèi)微電網(wǎng)EMS系統(tǒng)建設(shè)的水平，并在一定時(shí)期內(nèi)保持其性。

(2)系統(tǒng)軟件和硬件的選取應(yīng)遵循開(kāi)放系統(tǒng)規(guī)范，支持多種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，包括采用具有開(kāi)放的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用程序、開(kāi)發(fā)工具、接口協(xié)議等。

(3)系統(tǒng)在系統(tǒng)容量、通信能力、處理能力等方面應(yīng)具有擴(kuò)充性，可以方便地進(jìn)行產(chǎn)品升級(jí)、換代及功能擴(kuò)充。系統(tǒng)采用的技術(shù)、方法和設(shè)備，為第三方應(yīng)用提供開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)接口。在以后的升級(jí)中，能有效保護(hù)已有的投資，而且具有較高的綜合性能價(jià)格比。

(4)系統(tǒng)能每天正常工作24小時(shí)，每年運(yùn)轉(zhuǎn)365天，所有設(shè)備具有高度的可靠性和優(yōu)良的性能。

(5)系統(tǒng)具有高度的安全性和保密性，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)分級(jí)保護(hù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)權(quán)限的控制，以及網(wǎng)絡(luò)安全隔離等手段，來(lái)防止各種形式的對(duì)系統(tǒng)的非法侵入。

(6)系統(tǒng)管理員能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行維護(hù)管理，并且在進(jìn)行維護(hù)維修的時(shí)候，不影響系統(tǒng)的整體業(yè)務(wù)運(yùn)行。同時(shí)記錄系統(tǒng)的各種文檔必須完整、準(zhǔn)確，前后一致，將物理連接的準(zhǔn)確性真實(shí)的記錄在相應(yīng)的各種文檔中。各種文檔除本身記錄準(zhǔn)確外，還必須保證相互之間邏輯上一致。方便移交后用戶(hù)維護(hù)的工作。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

微電網(wǎng)EMS系統(tǒng)主要組成為 EMS 工作站主備、北斗對(duì)時(shí)裝置、協(xié)調(diào)控制器、通訊組網(wǎng)設(shè)備等，系統(tǒng)采用站控層、間隔層、就地層三層結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示：

EMS 工作站（或服務(wù)器）是整個(gè)系統(tǒng)的核心，主要功能為運(yùn)行能量管理軟件，接收調(diào)度指令，下發(fā)控制指令至就地層。 EMS 服務(wù)器采用雙機(jī)熱備冗余形式，操作系統(tǒng)采用國(guó)產(chǎn) Unix 或 Linux 安全操作系 統(tǒng)，確保涉網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全。設(shè)備形式采用機(jī)架式安裝，配套服務(wù)器柜安裝于設(shè)備集裝箱。

特點(diǎn)

主要特點(diǎn)

（1）EMS系統(tǒng)具備并網(wǎng)和孤島兩種模式控制算法，并且可以控制兩種運(yùn)行模式間實(shí)現(xiàn)平滑切換；

（2）系統(tǒng)可對(duì)負(fù)荷用電進(jìn)行長(zhǎng)期和短期的預(yù)測(cè)，通過(guò)預(yù)測(cè)分析實(shí)現(xiàn)對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)的高級(jí)能量管理，使微電網(wǎng)能夠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；

（3）系統(tǒng)支持對(duì)時(shí)功能，支持IEEE1588微妙級(jí)精確時(shí)鐘同步；

（4）支持C/S結(jié)構(gòu)，支持多任務(wù)、多用戶(hù)前后臺(tái)實(shí)時(shí)處理；

（5）系統(tǒng)具備跨平臺(tái)運(yùn)行特性，可運(yùn)行在windows、linux、國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)平臺(tái)；

系統(tǒng)性能要求

系統(tǒng)可靠性

（1）系統(tǒng)的年可靠率>99.9%；

（2）單元（模塊）器件平均N故障時(shí)間>50000 小時(shí)；

（3）重要（關(guān)鍵）器件平均N故障時(shí)間>100000 小時(shí)。

運(yùn)行壽命

（1）所有設(shè)備的壽命在正常使用(具有一定備品)條件下不少于 15 年；

（2）所有設(shè)備在給定的性能指標(biāo)下運(yùn)行，連續(xù) 4000 小時(shí)內(nèi)不需要人工調(diào)整和維護(hù)。

系統(tǒng)實(shí)時(shí)性指標(biāo)

（1）遙測(cè)量越死區(qū)傳送時(shí)間小于 3 秒

（2）遙信變位傳送時(shí)間小于 2 秒

（3）遙控、遙調(diào)命令傳送時(shí)間小于 1 秒

（4）系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)掃描時(shí)間 1~10 秒（可調(diào)）

（5）計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通信中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送時(shí)間小于 3 秒

（6）畫(huà)面調(diào)用響應(yīng)時(shí)間小于 2 秒

（7）畫(huà)面實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)刷新周期 1~10 秒（可調(diào)）

（8）模擬屏數(shù)據(jù)刷新周期 2~5 秒

（9）存檔最小時(shí)間間隔為 10min，最長(zhǎng)保存周期為 6 個(gè)月

準(zhǔn)確度

（1）遙測(cè)正確率大于99.5%

（2）遙信正確率100%

（3）遙控準(zhǔn)確率100%

（4）遙調(diào)準(zhǔn)確率100%

（5）站內(nèi)分辨率小于等于2ms

（6）系統(tǒng)事故追憶(PDR)時(shí)間

（7）系統(tǒng)事故前追憶時(shí)間 15 分鐘

（8）系統(tǒng)事故后追憶時(shí)間 15 分鐘

系統(tǒng)負(fù)載率指標(biāo)

電網(wǎng)正常情況下：

（1）在任意 5 分鐘內(nèi)，服務(wù)器 CPU 的平均負(fù)荷率≤20%

（2）在任意 5 分鐘內(nèi)，MMI 工作站 CPU 的平均負(fù)荷率≤30%

（3）在任意 5 分鐘內(nèi)，主站局域網(wǎng)的平均負(fù)荷率≤10%

電網(wǎng)事故狀態(tài)下：

（1）在任意 1 分鐘內(nèi)，服務(wù)器 CPU 的平均負(fù)荷率≤30%

（2）在任意 1 分鐘內(nèi)，MMI 工作站 CPU 的平均負(fù)荷率≤40%

（3）在任意 1 分鐘內(nèi)，主站局域網(wǎng)的平均負(fù)荷率≤20%

功能

微電網(wǎng)EMS主要包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、報(bào)警處理、人機(jī)交互、實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)、能量管理等功能；

數(shù)據(jù)采集

（1）各風(fēng)電、光伏逆變器信息（發(fā)電狀態(tài)、功率，交/直流斷路器狀態(tài)，直流側(cè)電壓、電流，交流三相電壓、頻率、電流，溫度，各類(lèi)報(bào)警信息等）；

（2）儲(chǔ)能變流器信息（充放電狀態(tài)、功率、交/直流斷路器狀態(tài)，直流側(cè)電壓、電流，交流三相電壓、頻率、電流，溫度，各類(lèi)報(bào)警信息等）；

（3）電池管理系統(tǒng)信息（充放電狀態(tài)、功率、接觸器狀態(tài)，SOC、SOH，直流側(cè)電壓、電流，單體電池電壓、溫度，各類(lèi)報(bào)警/保護(hù)信息等）；

（4）并網(wǎng)配電柜各多功能電表信息（相電壓、線電壓、三相電流、有功/無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率、有功/無(wú)功電度等）；

（5）用戶(hù)配電柜各多功能電表信息（相電壓、線電壓、三相電流、有功/無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率、有功/無(wú)功電度等）；

（6）儲(chǔ)能戶(hù)外柜信息（空調(diào)信息、消防系統(tǒng)信息）；

（7）柴油機(jī)系統(tǒng)（運(yùn)行模式、功率、交流斷路器狀態(tài)，交流相電壓、線電壓、三相電流、有功/無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率、有功/無(wú)功電度等）；

（8）氫燃料電池系統(tǒng)（運(yùn)行模式、功率、交流斷路器狀態(tài)，交流相電壓、線電壓、三相電流、有功/無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率、有功/無(wú)功電度等）；

數(shù)據(jù)處理

能量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理模塊提供模擬量處理、狀態(tài)量處理、非實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理、計(jì)算及統(tǒng)計(jì)等功能。

（1）模擬量處理：模擬量描述各系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)量化值；對(duì)模擬量的處理能實(shí)現(xiàn)所有人工設(shè)置的模擬量應(yīng)能自動(dòng)列表顯示，并能根據(jù)該模擬量所屬?gòu)S站調(diào)出相應(yīng)接線圖。

（2）狀態(tài)量處理：狀態(tài)量包括開(kāi)關(guān)量和多狀態(tài)的數(shù)字量，具體為設(shè)備好壞狀態(tài)、開(kāi)關(guān)位置、隔離刀閘、接地刀閘位置、保護(hù)硬接點(diǎn)狀態(tài)等其他各種信號(hào)量。狀態(tài)量可以人工設(shè)定，人工設(shè)置的狀態(tài)與采集狀態(tài)一致時(shí)，可以給出提示信息。

（3）非實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理：非直接采集的數(shù)據(jù)稱(chēng)為非實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，可能由人工輸入，也可能是通過(guò)計(jì)算得到。

（4）計(jì)算：具備自定義的公式計(jì)算及常用的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算功能。用戶(hù)可自定義標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算功能。

（5）統(tǒng)計(jì)：對(duì)重要數(shù)據(jù)，如柴油機(jī)發(fā)電量、光伏發(fā)電量、儲(chǔ)能充放電量、充放電時(shí)間、故障電池?cái)?shù)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)于測(cè)量值的統(tǒng)計(jì)包括最大值、最小值、平均值及相應(yīng)的時(shí)間統(tǒng)計(jì)。

報(bào)警處理

EMS系統(tǒng)具有事故報(bào)警和預(yù)告報(bào)警功能。事故報(bào)警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護(hù)裝置動(dòng)作信號(hào)；預(yù)告報(bào)警包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟、硬件狀態(tài)異常等。

人機(jī)交互

系統(tǒng)主頁(yè)

PCS系統(tǒng)監(jiān)視概況

BMS監(jiān)視概況

配電柜監(jiān)視概況

逆變器監(jiān)視概況

實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)

EMS系統(tǒng)具備以下實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)功能：

（1）分布式電源發(fā)電統(tǒng)計(jì)：對(duì)分布式光伏電源的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息、報(bào)警信息進(jìn)行全面的監(jiān)視，并對(duì)光伏發(fā)電進(jìn)行多方面的統(tǒng)計(jì)和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源的全方面掌控。

（2）儲(chǔ)能監(jiān)控：對(duì)儲(chǔ)能電池的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息、報(bào)警信息進(jìn)行全面的監(jiān)視，并對(duì)儲(chǔ)能進(jìn)行多方面的統(tǒng)計(jì)和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能的全方面掌控。

（3）負(fù)荷監(jiān)控：有條件的負(fù)荷進(jìn)行監(jiān)視、控制和統(tǒng)計(jì)，并為低周減載、電網(wǎng)功率平衡控制分析等提供依據(jù)。

（4）配電網(wǎng)綜合監(jiān)視與統(tǒng)計(jì)：統(tǒng)一監(jiān)視配電系統(tǒng)運(yùn)行的綜合信息，包括網(wǎng)上頻率、母線電壓、配電功率、并實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)總發(fā)電出力、儲(chǔ)能剩余容量、總有功負(fù)荷、總無(wú)功負(fù)荷、敏感 負(fù)荷總有功、可控負(fù)荷總有功、可切除負(fù)荷總有功，并能監(jiān)視各斷路器開(kāi)關(guān)狀態(tài)、各支路有無(wú)功功率、各設(shè)備的報(bào)警等實(shí)時(shí)信息，制定響應(yīng)策略，實(shí)現(xiàn)整個(gè)配電網(wǎng)的穩(wěn)定控制。對(duì)外電網(wǎng)預(yù)留通訊接口，滿(mǎn)足功率，不提供額外設(shè)備。

能量管理

EMS系統(tǒng)可根據(jù)操作員輸入的命令實(shí)現(xiàn)斷路器、切換開(kāi)關(guān)等的正常操作和其它必要的操作，可根據(jù)電源及負(fù)荷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行平衡計(jì)算及策略響應(yīng)。操作控制的執(zhí)行結(jié)果 能夠反饋到相關(guān)設(shè)備圖上，其執(zhí)行情況能產(chǎn)生正常(或異常)執(zhí)行報(bào)告并可顯示。

開(kāi)關(guān)控制功能

EMS 可遠(yuǎn)程關(guān)斷配電柜所有回路斷路器（系統(tǒng)配置為手動(dòng)回路斷路器除外），系統(tǒng)主界面，可準(zhǔn)確顯示各回路斷路器狀態(tài)位置， 操作員輸入相應(yīng)指令后可實(shí)現(xiàn)斷路器分/合操作。 自動(dòng)模式下，EMS 可根據(jù)需求自動(dòng)分/合相應(yīng)斷路器。如切出部分負(fù)荷、多電源 切換時(shí)分/合部分電源開(kāi)關(guān)。

光伏逆變器控制

EMS 可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光伏逆變器運(yùn)行狀態(tài)，具備連續(xù)有功調(diào)節(jié)、無(wú)功調(diào)節(jié)光伏逆變器功能。根 據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)光伏逆變器有功功率輸出。

儲(chǔ)能系統(tǒng)控制

EMS 可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) BMS、PCS 運(yùn)行狀態(tài)，可根據(jù) BMS 指令及狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整 PCS 的充電模式、充電功率、充電電流、放電功率等運(yùn)行參數(shù)。EMS 具備電池保護(hù)功能，根據(jù) BMS 上傳指令及實(shí)時(shí)狀態(tài)控制 PCS 執(zhí)行停機(jī)、待機(jī)、僅放電、僅充電等功能，并可根據(jù) BMS 狀態(tài)對(duì) PCS 下發(fā)連 續(xù)有功調(diào)節(jié)、無(wú)功調(diào)節(jié)指令。

柴發(fā)系統(tǒng)控制

EMS 可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)柴發(fā)的運(yùn)行狀態(tài)，可以通過(guò)通訊方式監(jiān)測(cè)柴發(fā)狀態(tài)，柴發(fā)供電回路安裝有斷路器和智能儀表，系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)供電回路的電流電壓、功率及發(fā)電量，系統(tǒng)具備對(duì)柴發(fā)的控制回路控制功能。

離網(wǎng)并網(wǎng)邏輯控制

離網(wǎng)邏輯控制

離網(wǎng)控制邏輯主要處理在沒(méi)有市電參與情況下的孤島運(yùn)行模式。實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的自發(fā)、自?xún)?chǔ)、自銷(xiāo)調(diào)控；具體的運(yùn)行邏輯如下圖所示：

針對(duì)邏輯流程，主要采用高效的C邏輯算法實(shí)現(xiàn)：

并網(wǎng)邏輯控制

并網(wǎng)控制邏輯主要處理在在市電參與情況下的并網(wǎng)運(yùn)行模式。具體的運(yùn)行邏輯如下圖所示：

針對(duì)邏輯流程，主要采用高效的C邏輯算法實(shí)現(xiàn)：

總結(jié)

ST890微電網(wǎng)EMS系統(tǒng)在整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)中處于核心地位，是對(duì)微電網(wǎng)執(zhí)行測(cè)量、監(jiān)視、控制、保護(hù)以及高級(jí)粗略實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控系統(tǒng)。在實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的實(shí)時(shí)能量調(diào)度與管理、跟蹤、檢測(cè)等方面有舉足輕重的作用。

案例

項(xiàng)目位于高海拔地區(qū)，海拔高度約5400米，系統(tǒng)主要組成為EMS工作站、BMS、PCS、光伏發(fā)電，柴油發(fā)電機(jī)及負(fù)載等。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)多功能儀表、直流屏、光伏逆變器、BMS、PCS等設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并網(wǎng)運(yùn)行控制策略，離網(wǎng)控制策略調(diào)試。EMS可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)BMS、PCS運(yùn)行狀態(tài)，可根據(jù)BMS指令及狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整PCS的充電模式、充電功率、充電電流、放電功率等運(yùn)行參數(shù)。EMS具備電池保護(hù)功能，根據(jù)BMS上傳指令及實(shí)時(shí)狀態(tài)控制PCS執(zhí)行停機(jī)、待機(jī)、僅放電、僅充電等功能，并可根據(jù)BMS狀態(tài)對(duì)PCS下發(fā)連續(xù)有功調(diào)節(jié)、無(wú)功調(diào)節(jié)指令。