基于 CAN 總線的微網(wǎng)能量管控體系運(yùn)作方略

安科瑞魯一揚(yáng)15821697760

摘要：本研究以微網(wǎng)基本特性為基石構(gòu)建基于 CAN 總線的電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。運(yùn)用下垂特性控制策略精準(zhǔn)把控微網(wǎng)系統(tǒng)的電流、電壓、頻率等關(guān)鍵參數(shù)，并借由 CAN 總線搭建數(shù)字傳感器數(shù)據(jù)傳輸體系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)顯著提升微電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與可靠性，增進(jìn)系統(tǒng)效率。同時，CAN 總線技術(shù)的運(yùn)用有效增強(qiáng)數(shù)據(jù)采集精度、抗干擾性能以及遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膶?shí)時性與可靠性。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；能量管理；下垂特性；CAN協(xié)議

0引言

當(dāng)下電力系統(tǒng)呈現(xiàn)集中發(fā)電、遠(yuǎn)距離高壓輸電、分布式用電的特征，且隨著電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)張，結(jié)構(gòu)復(fù)雜性攀升，引發(fā)諸如運(yùn)行調(diào)度艱難、跟蹤負(fù)荷變化靈活性欠佳、可靠性與多樣化用電能力不足等弊病，易致使局部事故蔓延，釀成大面積停電。故而，分布式供電成為近年來研究焦點(diǎn)。另一方面，鑒于不可再生能源的日趨緊張及其對環(huán)境的影響，可持續(xù)綠色能源開發(fā)利用迫在眉睫，然而這些能源發(fā)電狀態(tài)隨環(huán)境波動較大，接入公網(wǎng)面臨諸多挑戰(zhàn)，分布式供電則為其利用開辟了良好路徑。

分布式供電相對于傳統(tǒng)集中式供電，發(fā)電系統(tǒng)規(guī)模較小且分散布局于用戶周邊。微網(wǎng)是其中的主要形式，它是各類微電源與分散負(fù)荷的組合，至少涵蓋一個分布式電源與若干負(fù)荷，可作為獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行與控制。微網(wǎng)具備并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種運(yùn)行模式，并網(wǎng)模式下與大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，充當(dāng)大電網(wǎng)支路；離網(wǎng)模式則脫離大電網(wǎng)獨(dú)自運(yùn)行。

微電網(wǎng)技術(shù)整合電力電子、分布式發(fā)電、可再生能源發(fā)電與儲能技術(shù)，為大規(guī)模應(yīng)用分布式電源提供有效實(shí)用途徑，但也滋生新問題，如電網(wǎng)匹配、孤島現(xiàn)象、能量管理等。本文聚焦微電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)差異，深入探究其能量管理問題。

1能量管理系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

微電網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)依應(yīng)用場景而異，但通常包含微電源、儲能、管理系統(tǒng)以及負(fù)荷四大要素。微電源一方面經(jīng)公共連接點(diǎn)（Pcc）與大電網(wǎng)相連，另一方面借助逆變器與負(fù)荷連接。當(dāng)大電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行時，微電網(wǎng)負(fù)載由大電網(wǎng)供電，二者并網(wǎng)運(yùn)行；一旦大電網(wǎng)供電中斷或運(yùn)行異常，隔離開關(guān)開啟，切斷二者聯(lián)系，微電網(wǎng)轉(zhuǎn)入孤島運(yùn)行。在微電網(wǎng)與大電網(wǎng)接口處均配備斷路器，并輔以具備功率和電壓控制功能的控制器，實(shí)現(xiàn)能量初步管理。各微電源擁有有功、無功、電壓、頻率、孤島等多種能量調(diào)節(jié)管理控制方式。

微電網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，能量管理系統(tǒng)作為核心樞紐，具備對系統(tǒng)電壓、電流、有功、無功、頻率、功率因數(shù)等各類參數(shù)的管理功能，以及對微電源、儲能裝置、負(fù)荷的控制職能。

1．1數(shù)據(jù)管理功能

管理系統(tǒng)內(nèi)置數(shù)據(jù)庫，存儲各設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等。主要功能為記錄實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)，并運(yùn)用相應(yīng)功能軟件對其狀態(tài)展開統(tǒng)計(jì)與分析。

1．2微電網(wǎng)運(yùn)行模式管理

微電網(wǎng)運(yùn)行模式分為并網(wǎng)與離網(wǎng)兩種。管理系統(tǒng)依據(jù)系統(tǒng)需求對二者進(jìn)行高效切換。當(dāng)微電網(wǎng)需并網(wǎng)運(yùn)行時，管理系統(tǒng)剖析大電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，若大電網(wǎng)運(yùn)行良好，便將微電網(wǎng)平穩(wěn)地從離網(wǎng)切換至并網(wǎng)狀態(tài)，并實(shí)時監(jiān)測與分析微網(wǎng)和大電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)監(jiān)測到大電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)嚴(yán)重偏離標(biāo)準(zhǔn)值時，管理系統(tǒng)依故障嚴(yán)重程度抉擇運(yùn)行方式，要么對大電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)適度調(diào)節(jié)后維持并網(wǎng)，要么切斷與主網(wǎng)聯(lián)系進(jìn)入孤島運(yùn)行；當(dāng)微電網(wǎng)需進(jìn)入孤島運(yùn)行時，同樣由管理系統(tǒng)完成工作狀態(tài)切換。所有切換均應(yīng)平滑無縫。

1．3對微電源的控制功能

管理系統(tǒng)依據(jù)用電需求變化調(diào)控微電源工作方式。當(dāng)微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷需求較小時，調(diào)低微電源輸出功率以節(jié)能；負(fù)荷較大時，則調(diào)高輸出功率以滿足系統(tǒng)要求。當(dāng)檢測數(shù)據(jù)顯示蓄電池充滿時，關(guān)閉微電源，由蓄電池放電供電。

1．4儲能裝置的管理

蓄電池工作狀態(tài)是微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的根基。管理系統(tǒng)內(nèi)嵌 SOC 算法模型，實(shí)現(xiàn)對蓄電池充放電、電壓值、功率值的管理，并依系統(tǒng)需求設(shè)定相應(yīng)控制方式，完成蓄電池有功功率、無功功率調(diào)節(jié)。

1．5負(fù)荷管理

微電網(wǎng)負(fù)荷是用電核心，決定微電源出力。管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)維持微電源與負(fù)荷平衡，確保負(fù)荷變化時系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2能量管理系統(tǒng)功率控制策略的確定

微電網(wǎng)中的微電源大致分為三類：可再生能源（如光伏發(fā)電、風(fēng)力電力、生物質(zhì)能發(fā)電等）、傳統(tǒng)發(fā)電模式（如柴油發(fā)電機(jī)、小水電等）以及新興發(fā)電模式（如燃料電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)等）。這三類發(fā)電方式均需通過逆變器轉(zhuǎn)換為工頻交流電，故而基于電力電子技術(shù)的逆變器工作狀態(tài)成為能量管理關(guān)鍵。

逆變器作為微電網(wǎng)與大電網(wǎng)接口，主要功能是控制輸出有功功率和無功功率。控制方法有 PQ 控制法、下垂（Droop）控制等，控制策略分為主從型和對等型。本設(shè)計(jì)采用對等型的 Droop 控制法。

在微電網(wǎng)中，各分布式電源（DG）無主次從屬之分，所有微電源采用相同或不同控制方法參與有功或無功功率調(diào)節(jié)，并依據(jù)實(shí)際電網(wǎng)中實(shí)時監(jiān)測電氣量協(xié)調(diào)系統(tǒng)電壓和頻率。對等型控制框圖如圖 2 所示。

由圖 2 可知，對等控制中各微電源相互獨(dú)立，在調(diào)節(jié)電壓和頻率等參數(shù)時，僅監(jiān)測自身輸出端電氣量，無需考量其他微電源運(yùn)行狀態(tài)，有力保障系統(tǒng)可靠性。

本設(shè)計(jì)中，各微電源逆變器采用 Droop 控制方法，基本策略是效仿傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)下垂特性，通過解耦有功功率 - 無功功率與電壓 - 頻率關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)電壓和頻率調(diào)節(jié)。該方法優(yōu)勢在于并網(wǎng)和離網(wǎng)模式切換時無需變更控制方式，即可維持微網(wǎng)電壓和頻率穩(wěn)定，確保系統(tǒng)有功負(fù)載合理分配。

3 CAN總線結(jié)構(gòu)分析

微電網(wǎng)中電源種類繁多，可持續(xù)綠色電源占比可觀，但受環(huán)境影響顯著，工作狀態(tài)不穩(wěn)定，因此需對微電源進(jìn)行有效監(jiān)控。由于數(shù)據(jù)量大且實(shí)時性要求高，監(jiān)控系統(tǒng)通信功能必須契合系統(tǒng)基本要求。

基于微電網(wǎng)基本要求，本設(shè)計(jì)采用基于 CAN 總線的通信結(jié)構(gòu)，以 CAN 總線連接逆變器。在通信結(jié)構(gòu)中，運(yùn)用可編程邏輯器件 CPLD 完成 DSP 處理器 TMS320F240 與 CAN 控制器 SJA1000 之間的接口設(shè)計(jì)。

通訊結(jié)構(gòu)圖如圖 3 所示，微電網(wǎng)控制策略由 DSP 承擔(dān)電氣量計(jì)算，計(jì)算結(jié)果經(jīng) CAN 總線傳至控制中心，控制中心依結(jié)果將控制命令經(jīng) CAN 總線下達(dá)至下位機(jī)，實(shí)現(xiàn)對微電源的有效監(jiān)控。

4系統(tǒng)概述

4.1概述

Acrel - 2000MG 微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，是我司依據(jù)新型電力系統(tǒng)下微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)與能量管理系統(tǒng)要求，融合國內(nèi)外先進(jìn)研究與生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，專門研發(fā)的企業(yè)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)適配光伏系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電樁接入，全天候開展數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)控光伏、風(fēng)能、儲能系統(tǒng)、充電樁運(yùn)行狀態(tài)與健康狀況，是集監(jiān)控與能量管理于一體的系統(tǒng)。它以安全穩(wěn)定為前提，以經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行為目標(biāo)，提升可再生能源應(yīng)用，增強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性，補(bǔ)償負(fù)荷波動；有效達(dá)成用戶側(cè)需求管理，消除晝夜峰谷差，平滑負(fù)荷，提高電力設(shè)備運(yùn)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(jì)運(yùn)行的全新解決方案。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，物理上分為設(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。

4.2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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)基本平臺*2部分：性能評定方法

GB/T26802.5-2011工業(yè)控制計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)通用規(guī)范*6部分：驗(yàn)收大綱

GB/T2887-2011計(jì)算機(jī)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(jī)房設(shè)計(jì)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(jì)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(yùn)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(yùn)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(yùn)行規(guī)范

T/CEC5005-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范

NB/T10148-2019微電網(wǎng)*1部分：微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則

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

4.3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)等可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控與能量管理場景。

4.4型號說明

5系統(tǒng)配置

5.1系統(tǒng)架構(gòu)

本平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，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

6系統(tǒng)功能

6.1實(shí)時監(jiān)測

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機(jī)界面友好，能以系統(tǒng)一次電氣圖形式直觀呈現(xiàn)各電氣回路運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時監(jiān)測回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視回路斷路器、隔離開關(guān)等合、分閘狀態(tài)及故障、告警等信號。各子系統(tǒng)回路電參量主要包括三相電流、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(jì)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)可對分布式電源、儲能系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電管理，使管理人員實(shí)時掌握發(fā)電單元出力信息、收益信息、儲能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲能單元運(yùn)行功率設(shè)置等。

系統(tǒng)可對儲能系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)管理，依據(jù)儲能系統(tǒng)荷電狀態(tài)及時告警，并支持定期電池維護(hù)。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面包含系統(tǒng)主界面，涵蓋微電網(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。依不同需求，也可展示充電、儲能及光伏系統(tǒng)信息。

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(jì)列表等。

6.1.1光伏界面

圖3光伏系統(tǒng)界面

此界面用于展示光伏系統(tǒng)信息，主要涵蓋逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計(jì)、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計(jì)、發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)、碳減排統(tǒng)計(jì)、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；同時展示系統(tǒng)總功率、電壓電流及各逆變器運(yùn)行數(shù)據(jù)。

6.1.2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(jī)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(jìn)行設(shè)置，包括開關(guān)機(jī)、運(yùn)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(jìn)行設(shè)置，主要包括電芯電壓、溫度保護(hù)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(jìn)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(jìn)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(yùn)行狀態(tài)、STS運(yùn)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(yùn)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(yùn)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)前電芯的較大、較小電壓、溫度值及所對應(yīng)的位置。

6.1.3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(jī)直流側(cè)、交流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計(jì)、發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)、碳減排統(tǒng)計(jì)、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(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

6.1.4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(fèi)用，變化曲線、各個充電樁的運(yùn)行數(shù)據(jù)等。

6.1.5視頻監(jiān)控界面

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(shí)現(xiàn)預(yù)覽、回放、管理與控制等。

6.2發(fā)電預(yù)測

系統(tǒng)可依據(jù)歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實(shí)測數(shù)據(jù)、未來天氣預(yù)測數(shù)據(jù)，對分布式發(fā)電進(jìn)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。依功率預(yù)測可人工輸入或自動生成發(fā)電計(jì)劃，便于用戶集中管控新能源發(fā)電。

圖16光伏預(yù)測界面

6.3策略配置

系統(tǒng)可依據(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(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行模式設(shè)置及不同控制策略配置，如削峰填谷、周期計(jì)劃、需量控制、有序充電、動態(tài)擴(kuò)容等。

圖17策略配置界面

6.4運(yùn)行報表

應(yīng)能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備指*時間的運(yùn)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(yùn)行報表

6.5實(shí)時報警

具備實(shí)時報警功能，系統(tǒng)能對各子系統(tǒng)中的逆變器、雙向變流器啟動和關(guān)閉等遙信變位，及設(shè)備內(nèi)部保護(hù)動作或事故跳閘時發(fā)出告警，實(shí)時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護(hù)事件名稱、保護(hù)動作時刻；并能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關(guān)人員。

圖19實(shí)時告警

6.6歷史事件查詢

能夠?qū)b信變位，保護(hù)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(jìn)行存儲和管理，方便用戶追溯系統(tǒng)事件和報警、查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析

圖20歷史事件查詢

6.7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(jìn)行持續(xù)監(jiān)測，使管理人員實(shí)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(shí)時顯示各電能質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測點(diǎn)的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度百*百和正序/負(fù)序/零序電壓值、三相電流不平衡度百*百和正序/負(fù)序/零序電流值；

2）諧波分析功能：系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)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(jì)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(jì)：系統(tǒng)應(yīng)能顯示1min統(tǒng)計(jì)整2h存儲的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括均值、較大值、較小值、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

6.8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(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。系統(tǒng)維護(hù)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

6.9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

6.10統(tǒng)計(jì)報表

具備定時抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報表。對微電網(wǎng)與外部系統(tǒng)間電能量交換進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；對系統(tǒng)運(yùn)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(diǎn)進(jìn)行電能質(zhì)量分析。

圖24統(tǒng)計(jì)報表

6.11網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

系統(tǒng)支持實(shí)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(jì)等信息。

6.12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(jìn)行管理、控制、數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)測。系統(tǒng)維護(hù)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。

圖26通信管理

6.13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(yùn)行參數(shù)修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

圖27用戶權(quán)限

6.14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(hù)是否正確動作、提高電力系統(tǒng)安全運(yùn)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(jì)46s。每個采樣點(diǎn)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

6.15事故追憶

可以自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實(shí)時掃描數(shù)據(jù)，包括開關(guān)位置、保護(hù)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，存儲事故前10個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關(guān)點(diǎn)數(shù)據(jù)。啟動事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點(diǎn)可由用戶指*和隨意修改。

圖29事故追憶

7硬件及其配套產(chǎn)品

	內(nèi)部設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，由通信管理機(jī)、工業(yè)平板電腦、串口服務(wù)器、遙信模塊及相關(guān)通信輔件組成。 數(shù)據(jù)采集、上傳及轉(zhuǎn)發(fā)至服務(wù)器及協(xié)同控制裝置 策略控制:計(jì)劃曲線、需量控制、削峰填谷、備用電源等
2	顯示器	25.1英寸液晶顯示器		系統(tǒng)軟件顯示載體
3	UPS電源	UPS2000-A-2-KTTS		為監(jiān)控主機(jī)提供后備電源
4	打印機(jī)	HP108AA4		用以打印操作記錄，參數(shù)修改記錄、參數(shù)越限、復(fù)限，系統(tǒng)事故，設(shè)備故障，保護(hù)運(yùn)行等記錄，以召喚打印為主要方式
5	音箱	R19U		播放報警事件信息
6	工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)	D-LINKDES-1016A16		提供16口百兆工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)解決了通信實(shí)時性、網(wǎng)絡(luò)安全性、本質(zhì)安全與安全防爆技術(shù)等技術(shù)問題
7	GPS時鐘	ATS1200GB		利用gps同步衛(wèi)星信號，接收1pps和串口時間信息，將本地的時鐘和gps衛(wèi)星上面的時間進(jìn)行同步
8	交流計(jì)量電表	AMC96L-E4/KC		電力參數(shù)測量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率,頻率、功率因數(shù)等)、復(fù)費(fèi)率電能計(jì)量、 四象限電能計(jì)量、諧波分析以及電能監(jiān)測和考核管理。多種外圍接口功能:帶有RS485/MODBUS-RTU協(xié)議:帶開關(guān)量輸入和繼電器輸出可實(shí)現(xiàn)斷路器開關(guān)的"遜信“和“遙控”的功能
9	直流計(jì)量電表	PZ96L-DE		可測量直流系統(tǒng)中的電壓、電流、功率、正向與反向電能。可帶RS485通訊接口、模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、開關(guān)量輸入/輸出等功能
10	電能質(zhì)量監(jiān)測	APView500		實(shí)時監(jiān)測電壓偏差、頻率俯差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、諾波等電能質(zhì)量，記錄各類電能質(zhì)量事件,定位擾動源。
11	防孤島裝置	AM5SE-IS		防孤島保護(hù)裝置，當(dāng)外部電網(wǎng)停電后斷開和電網(wǎng)連接
12	箱變測控裝置	AM6-PWC		置針對光伏、風(fēng)能、儲能升壓變不同要求研發(fā)的集保護(hù)，測控，通訊一體化裝置，具備保護(hù)、通信管理機(jī)功能、環(huán)網(wǎng)交換機(jī)功能的測控裝置
13	通信管理機(jī)	ANet-2E851		能夠根據(jù)不同的采集規(guī)的進(jìn)行水表、氣表、電表、微機(jī)保護(hù)等設(shè)備終端的數(shù)據(jù)果集匯總: 提供規(guī)約轉(zhuǎn)換、透明轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)加密壓縮、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、邊緣計(jì)算等多項(xiàng)功能:實(shí)時多任務(wù)并行處理數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，可多鏈路上送平臺據(jù):
14	串口服務(wù)器	Aport		功能:轉(zhuǎn)換“輔助系統(tǒng)"的狀態(tài)數(shù)據(jù)，反饋到能量管理系統(tǒng)中。 1)空調(diào)的開關(guān)，調(diào)溫，及完全斷電(二次開關(guān)實(shí)現(xiàn)) 2)上傳配電柜各個空開信號 3)上傳UPS內(nèi)部電量信息等 4)接入電表、BSMU等設(shè)備
15	遙信模塊	ARTU-K16		1)反饋各個設(shè)備狀態(tài)，將相關(guān)數(shù)據(jù)到串口服務(wù)器: 讀消防VO信號，并轉(zhuǎn)發(fā)給到上層(關(guān)機(jī)、事件上報等) 2)采集水浸傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā)3)給到上層(水浸信號事件上報) 4)讀取門禁程傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā)

5總結(jié)

微電網(wǎng)是近幾年發(fā)展起來的一種電網(wǎng)組成形式，具有規(guī)模小、靈活性強(qiáng)、安全可靠性高等特點(diǎn)，同時微電網(wǎng)的出現(xiàn)又為綠色能源的利用創(chuàng)造了有利的條件，因此，成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。

本設(shè)計(jì)從微電網(wǎng)運(yùn)行模式出發(fā)，研究了微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的功能、控制策略、通信方式等問題，確定了以CAN總線結(jié)構(gòu)為主的對等性控制方式，而在控制策略上采用Droop控制法對每一個DG進(jìn)行有效地控制，確保了整個微電網(wǎng)系統(tǒng)在兩種模式下均能夠安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]梅曉莉.基于CAN總線的微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)設(shè)計(jì).

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[3]王寧，黃梅，馬天翼，等．基于CAN總線的微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]l電測與儀表，201I(5)：37—39．

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用設(shè)計(jì),2022,05版.

審核編輯 黃宇