微网监控系统介绍

1、微网监控系统介绍微电网监控系统在微电网系统中处于核心地位，是对微电网执行测量、监视、控制、保护以及高级策略实现的监控系统。在实现微电网的实时能量调度与管理、跟踪、监测等方面有举足轻重的作用。1 1、系统拓扑堂阿匐中心图 1 1 微电网系统拓扑用例（并网型）1.11.1 系统拓扑结构微电网系统采用三层拓扑结构：微电网执行层：分布式发电单元、智能网关断路器、负荷等。微电网协调层：微网中央控制器。微电网管理层：能量管理系统、SCADASCADA 监控系统。其中，分布式发电单元有风力发电系统、光伏发电系统、储能系统等；负荷系统由必须保障的重要负荷和其他可切除的非重要负荷，系统中的各微源都要接受微网中央

2、控制系统的调度，并网型微电网既可以并网运行，也可以脱离大电网孤岛模式运行。1.21.2 监控系统特点a a）监控系统具备并网和孤岛两种运行模式控制算法，并且可以控制两种运行模式间实现平滑切换。b b）系统采用三层控制架构（能量管理及监控层，中央控制层和底层设备层），既能向上级电力调度中心上传微电网信息，又能接收调度下发的控制命令。c c）系统可对负荷用电进行长期和短期的预测，通过预测分析实现对微电网系统的高级能量管理，使微电网能够安全经济运行。d d）系统支持 IEEE1588IEEE1588 微秒级精确时钟同步。e e）支持 B/SB/S 和 C/SC/S 结构，支持多任务、多用户，前/后台

3、实时处理。2 2、监控系统功能微网监控系统由微网中央控制器（MGCCMGCC）、能量管理系统及 SCADASCADA 监控系统组成。微网监控系统图 2 2 微网监控系统功能框图2.12.1 微网中央控制器（MGCQMGCQMGCC数据采集,系统状态分析实时逻辑控制,调频调压算法预同步并网算法计划孤岛算法孤生世飞算法黑启动SCADA系统组态配置数据状态实时显示系统微源管理系统储能管理系统潮流显示故障告警保护等理数据库报表管理系统安全权限彗理时钟同步EMS光伏预割算法负荷预测算法经济调度算法并网控制算法孤岛控制算法图 3 3 微电网中央控制器微电网中央控制器主要对系统中分布式电源、储能、负载等底层

4、设备及节点信息进行数据采集并按管理层策略做出实时控制，实现微网系统安全运行及经济利益的最优化，主要功能有：对执行层的分布式电源、储能系统、负荷及节点进行数据采集、监控，分析及控制。可智能分析管理层下发的微网控制策略进行实时控制，确保微电网稳定运行。可实现二次调频调压、预同步、并离网平滑切换、孤岛监测等算法。2.1.12.1.1 实时控制MGCCMGCC 的实时控制包含开关量/ /模拟量控制、二次调频调压算法、预同步算法、并离网平滑切换算法、黑启动算法等微网控制策略。二次调频实验物率 H7B)B)5015nM50499,4*94935;曹至5 5IIIIII11111111上篌金品nllll-n

5、nllll-n常不异 1 1石3 3-1IIH-1IIH-I I号主等书.“二乐三3.Lg3.LgH H!=$=!=$=rfrf喀弟彳2 2气尊茶导二次调压更验E.号二；mlllr,mlllr,检骁牛等IIII-III-III八咚A-q-IIIIA-q-IIII一方全*丁若石3 3i 菸号1111111111菸工3 3盘丁旦m mE.菸二七二爱0 0寸全3 3,1 1部室仁三a a）二次调频算法次调压算法图 6 6 微网系统计划性并网切孤岛实验波形2.1.22.1.2 黑启动如果系统困扰动造成了崩溃，使得所述微电网不能从大电网脱离并继续运行于孤岛模式，并且如果系统不能够在一个指定的时间内恢复，

6、那么系统恢复的第一步就是本地黑启动。MGCCMGCC 的一个显著特色是具备黑启动及启动后重连功能。微电网的恢复过程与一个中等规模电网的恢复过程有些相似的地方，即：需要几个具备黑启动能力的源与备用电源以及 MGCCMGCC 的嵌入式监控和控制方案。 黑启动功能基于一组预先确定的规则，嵌入控制中心中。当主网发生故障时， 微电网可能从主网断开连接， 并接入尽可能多的分布式发电单元工作。重新接入主网过程中，需要谨慎考虑乱相重合闸问题。黑启动功能将有助于存在大量分布式发电时的有效运转。2.22.2 能量管理系统能量管理系统是微电网的最上层管理系统，主要对微电网的分布发电单元设备的发电功率进行预测，对微电

7、网中能量按最优的原则进行分配，协同大电网和微电网之间的功率流动，主要功能：对微电网内的分布式电源、储能系统和负荷进行监控，数据分析。基于数据分析结果生成实时调度运行曲线。根据预测调度曲线，制定合理的功率分配曲线下发给微网中央控制器。SCADA系统实时数据历史数据图 7 7 微电网能量管理系统信息流示意图智能微电网能量管理系统是一套由预测模块和调度模块组成的能量管理软件，其主要目的是根据负荷需求、天气因素、市场信息以及电网运行状态等，在满足运行条件以及储能等物理设备的电气特性等约束条件下，协调微电网系统内部分布式电源和负荷等模块的运行状态，优化微电源功率出力，以最经济的运行成本向用户提供满足质量

8、的电能。智能微电网能量管理系统具有预测微电源出力、优化储能充放电、管理可控负荷、维持系统稳定、实现系统经济运行等功能。能量管理系统部分主要包括:状态预测经济调度负荷预测数据当地气象数据实时电价、 天然气价格数据微电网能量系统最优能量管理策略一能量平衡r，但行成本最低环境效益最好与大电网良I好互动图 8 8 能量管理系统流程预测模块可分为光伏预测和负荷预测两部分；经济调度模块在微电网并网的情况下，其优化目标函数为智能微电网运行费用，在微电网离网的情况下，其优化目标为系统稳定性和运行费用。2.2.12.2.1 系统特点a a）并网情况下，系统采用智能微电网运行费用为优化目标，实现微电网经济运行。b

9、 b）离网情况下，调度优化考虑稳定性和运行费用为优化目标，实现微电网多目标经济调度运行。c c）系统能对光伏和负荷用电实施长期和短期的预测，能灵活地满足上级电网调度部门的需求。d d）预测模块对数据库的采集数据进行初步处理，能有效剔除采集数据的错误值，能有效提高预测精度。随着大规模光伏等新能源并网容量的不断快速增加，其功率出力的间歇性和随机性，使微电网具有较高的穿透率。微电网负荷低、波动性大，负荷的突变对系统冲击较大。对微电网有效预测，能有效提高系统稳定性，减少备用设备，减少发电机的启停，降低储能电池的充放电。易事特能量管理系统预测模块主要由数据单元、预测算法单元组成。数据单元的主要功能是：对

10、于数据库的采集数据进行初步处理，剔除错误值；预测算法单元起关键性作用，其主要功能是：由历史数据、预测数据和天气因素，代入预测算法，得到预测值。图 9 9 预测模块流程图2.2.22.2.2 光伏预测随着微电网有越来越高的穿透率，光伏预测有利于控制微电源出力；提高储能电池的利用率；有效减少发电机的启停，减少弃光伏功率现象，提高光伏功率利用率。能量管理系统中的光伏系统预测模块由光伏系统历史功率出力数据、光伏系统预测功率出力数据和天气因素（光照强度、温度），进行初步数据出力，剔除错误值，然后将数据代入预测算法，求出未来 1 1 小时的功率出力预测值，实现微电网的光伏系统功率预测。光伏预测图 1010

11、 光伏系统光伏功率预测由图 9 9 可以计算得出，其平均绝对百分比误差（MAPEMAPE）为 0.196740.19674, ,均方根误差（RMSERMSE）为 3.802733.80273, ,希尔不等系数（Theil_ICTheil_IC）为 0.1325210.132521。可以得出结论, ,光伏预测值与实际值比较接近。2.2.2.2. 3 3 负荷预测负荷预测是微电网能量管理系统的重要组成部分之一。微电网负荷水平低、惯性小、波动性较大，因此对微电网进行负荷预测，能减少负荷系统突变对微电网系统的冲击，减少系统不平衡功率，提高系统的稳定性。能量管理系统中的负荷系统预测模块由负荷系统历史负荷

12、值、负荷系统预测负荷值和天气因素（最高温度、平均温度、最低温度、最高湿度、平均湿度、最低湿度），代入预测算法，求出未来 1 1 分钟的负荷值，实现微电网的负荷系统负荷预测。llflopL-000ooso-0PEOOA001iood-OREZ(ooae预测值真实值图 1111 负荷系统的负荷值由图 1010 可以计算得出，其平均绝对百分比误差（MAPEMAPE）为 0.10847,0.10847,均方根误差（RMSERMSE）为 69.898469.8984, ,希尔不等系数（Theil_ICTheil_IC）为 0.0679500.067950。负荷系统预测值与实际值比较接近。2.2.42.2

13、.4 经济调度经济调度是指在满足可靠供电和足够电能质量的前提下，对电力系统费用进行优化，提高系统的经济性。通过调度微电源功率出力，能有效平衡储能电池的剩余容量，而不至于电池过放和过冲，有效延长储能电池的使用寿命。易事特能量管理系统中的经济调度模块主要由数据库单元、优化算法单元组成。数据库单元的主要功能是：维护微电网状态信息量，读取预测模块预测值；优化算法单元的主要功能是：根据微电网的状态信息量、以运行费用最少为优化目标，求出微电源的功率出力值。经济调度模块根据预测值和微电网状态信息量，并网情况下，以运行费用为目标函数；离网情况下，以稳定性和运行费用为目标函数，代入优化算法，求出调度指令。负荷预

14、测一真实信预测值ooooooooooooooooooooo*oooOCOOOOCDOOCOOOCOOOOOOOOCri;iA，Bi*fibi1,*diiii -a9日*86OiZEyLn9E006OiZEOrzmbs94-1LLLLLLLrin4ZZ72.2.52.2.5 结果分析能量管理系 2424 小时预测调度运行情况:预测调度a)a)2424 小时能量管理系统的预测调度 b)b)2424小时储能的 SOCSOC 变化图 1313 能量管理系统 2424 小时预测调度曲线由运行情况可以看出，在低谷时段(0:00-8:000:00-8:00),),系统负荷由电网提供，并且对储能电池进行充电(

15、假设储能#1#1 为一次性电池)。在高峰时段和平时段，储能电池对系统提供一定的电能，减少向电网购电，降低运行成本。O OD D20303。宁L Ln n含一寸合其0 0* *1 1号8OWEtHJotHJor r昌E E号T T含/I昌T T官寻r官白昌曾S S储r昌SOSOs s. .2 200i.吕，3，吕1TIII另寸口二09F-00一0Q.fi-CIQEE0。需CIQIE一目-20QS一口？二门口后135100Z-00200口O,。二002，口06OQEO光伏一负数储能41谑能品2谛乾”电网交互PCC点功率波动平抑实验图 1414 微网系统并网运行时 PCCPCC 点功率波动抑制实验波形2.2.6SCADA2.2.6SCADA微电网 SCADASCADA 主要完成微电网系统组态