分布式微网能量管理系统结构和管理研究

来源：六九路网

暋棽棸棻椀年棻棽月

斒旓旛旘旑斸旍旓旀斍旘斿斿旑斢斻旈斿旑斻斿斸旑斾斣斿斻旇旑旓旍旓旂旟第棻棽期

摘要椇指出了随着分布式微网和多能源互补微网的快速发展棳微网的能量管理和控制技术成为了微网的技术核心棳同时也是微网技术研究重点和难点棳对分布式微网能量管理系统结构和能量管理方案进行了简要分析棳研究了微网管理系统分层控制结构暍优化管理方案和控制策略暎关键词椇分布式微网椈能量管理椈分层结构椈控制

中图分类号椇斣斔棸棻椄暋暋暋暋暋暋文献标识码椇斄暋

棬棭文章编号椇棻椂椃棿灢椆椆棿棿棽棸棻椀棻棽灢棸棽椀椄灢棸棽

棬椈国家能源分布式能源技术研发棬实验棭中心棳浙江杭州棾棻棶棻棸棸棾棸

棭浙富水电国际工程有限公司棳浙江杭州棾棽棶棻棸棸棾棸

张钟平棻棳宣施超棽

棻暋引言

随着石油暍煤炭资源等化石能源的使用产生了大量

的斆引起全球变暖问题棳使人类的生存受到威胁暎斚棽棳天然气暍风能暍太阳能这些暟绿色能源暠由于其具有清洁暍无污染暍可再生特点引起全世界的关注棳其中分布式能源作为一种可以有效利用新能源的发电形式棳成为研究的热点暎我国微网的管理系统研究尚处于起步阶段棳目前清华大学暍中国科学院电工研究所暍天津大学暍河海大学等单位相继开始了微网管理系统技术的研究棳同时微网的能量管理系统技术已经慢慢是国内近年的研究热点暎本文主要对分布式微网能量管理系统结构和能量管理方案的介绍和分析暎

图棻暋分布式微网能量管理系统典型结构

棽暋微网管理系统概念

棳分布式微网能量管理系统棬简斖旈斻旘旓旘旈斾棴斉斖斢旂称斖斉斖斢系统棭是分布式能源棬分布式斈的控制核斠棭心棳以计算机为基础的现代电力系统的综合自动化系统暎分布式微电网自身容量较小棳加上光伏暍风电暍和负荷的变化棳分布式能源本身具有波动性和间歇性棳且具有大量的电力电子设备接口棳电力电子设备具有较快的反应速度暍输出阻抗小暍过载能力低等特点棳所以增加了微网控制的难度棳微网电压和频率

棷的变动较大棳微网能量协制通过对微电源的斝

棾棶棻暋系统分层结构

微网就地控制器层主要包括燃气分布式电源控制器暍光伏逆变器暍储能斝负荷控制器椈中间控制斆斢设备暍

层包括数据通信模块暍运行控制模块暍储能管理模块暍负荷管理模块椈能量分析和管理层包括数据通信与监控模块暍数据监测和分析暍性能计算暍经济调度和优化运行模块暍预测模块和控制策略管理等暎不同微网的就地设备控制层之间不需要通信棳而不同中间控制层之间实现数据交互和通信棳根据不同微网之间的运行和负荷特性进行协制棳微网能量分析和管理系统将所有中间控制层上送的数据进行汇总和分析棳并根据微网运行情况和需求发送指令至中间控制层棳实现能源的综合分析和管理暎

棷斞控制暍斨旀控制和下垂控制进行组合对微网整体进

行协制棳控制系统需要统筹各个分布式电源运行方式棳在电力系统中扮演重要的中间角色棳并完成网间暍区域微网间的多种协作和管理暎

棾棶棽暋系统分层管理

棾棶棽棶棻暋微网就地设备控制层

微网就地设备层主要完成实时数据采集暍分布式电源输出控制暍负荷控制棳并将数据上送至中间管理层暎数据采集主要包含分布式电源本体暍储能系统暍光伏系统和负荷系统的实时数据棳主要包含电气参数和热微网就地设备控制层的控制主要是对分布式电源的输出功率暍出力暍燃料进气量暍冷热负荷和接收运行模式指令的控制棳运行模式控制主要有斝斞运行模式暍斨斊力参数棳具体见表棻暎

系统内部各微电源之间暍微网与主微网暍多个微

棾暋微网管理系统结构

分布式微网能量管理系统一般分为微网就地设备

控制器层暍中间控制层能量分析和管理层的分布式能量棭暎管理系统棬见图棻

收稿日期椇棽棸棻椀灢棻棸灢棽棾

棳作者简介椇张钟平棬男棳浙江诸暨人棳工程师棳主要从事新能源和微网方面研究暎棻椆椄棿暘棭

棽椀椄

类别燃气分布式能源光伏部分储能系统电气参数电能质量

能源及节能

层棳实现微网与电网断开棳并切换到并棷离网控制模式棳

微网进入孤岛运行模式暎当检测到大电网恢复后棳运行控制模块指令切换到离棷并网模式棳微网进入并网运行暎微网中间控制层储能系统的充放电状态进行检测棳根据系统需求对蓄电池进行充放电管理棳并对储能装置的运

暍行方式棬输出有功暍无功功率进行控制暎中间斝斞暍斨斊棭

表棻暋数据采集

数据

单机发电量暍电压暍频率暍功率因数暍空燃比暍天然气比气耗暍转速波动率暍输出功率暍燃料消耗量直流电压暍直流电流暍逆变器输出功率暍交流电压暍电流电流暍转换效率暍环境信息

直流电池电压暍直流电流暍充电电流暍放电电压和电流暍交流输出功率等

系统电压暍系统频率暍有功功率暍无功功率暍功率因素暍累计电量

谐波电压暍谐波电流暍电压不平衡暍电压波动暍电压闪变暍直流分量

控制层对微网内的负荷根据重要程度分为敏感负荷暍一

般负荷暍可中断负荷棳根据检测到的负荷大小分配微电

源的处理棳保持微电源与负荷之间的平衡棳在微电网孤网运行时棳切除可中断负荷或一般负荷棳保证敏感负荷的正常供电暎

棾棶棽棶棾暋微网能量管理层

能量管理层采集中间控制层上传的微网实时数据信息暍分布式电源信息暍负荷信息等棳实现微网的调度暍管理和控制棳实现冷暍热暍电各种能源的综合优化棳跟根据用户需求和电网状态棳实时调整控制策略和运行模

运行模式暍下垂特性运行模式棳根据用户需求和电网状

态调节微网在并网暍离网和并离网切换的运行模式暎棾棶棽棶棽暋微网中间控制层

微网中间控制层接收就地控制层发送的设备运行数据棳通过分析制定控制策略棳对各控制器进行管理和调度暎当检测到大电网故障时棳发命令给就地设备控制

暎具体主要式棳实现微网的经济和安全稳定运行棬图棽棭

有以下几个方面暎

图棽暋分布式微网能量管理系统网络结构

棭数据通信和管理暎完成能量管理层与中间控制暋暋棬棻

层的数据信息通讯棳将中间层上传的数据进行画面显示暍告警处理暍曲线显示等棳包含传统电网能量管理系统中斢如报表打印暍数据统计暍历史数据存斆斄斈斄功能棳储暍权限管理等暎

再生能源暍保护环境暍减小燃料费用等棳还需要考虑微网

与大电网之间的电能交易暎在满足微网安全性暍可靠性和供电质量要求条件下棳考虑购售电价暍微网安全性暍各分布式电源技术性能暍环保等因素棳经济调度各分布式电源和储能设备的功率以及与大电网之间的功率交换棳实行微网运行的经济成本最小暎

棬控制策略管理暎微网系统采用了大量电力棿棭电子元件棳且存在多种运行模式棳微网系统旋转储能较低棳缺乏负荷跟踪能力棳在并网运行和孤岛运行模

棬棭预测功能暎主要包含供能预测和负荷预测暎其棽

中供能预测是指太阳能发电暍风能发电单元的短期及长期发电能力棳根据分布式电源的类型暍一次能源的变化暍发电费用暍环境因素暍检修周期等预测分布式电源出力暎负荷预测包括冷暍热暍电负荷预测棳需要根据负荷长期历史信息和气象信息棳通过预测算法来预测下一时刻负荷信息暎根据不同能源价格情况和电网状态不断优化运行方式棳得到最优最经济的运行工况暎

棬棭经济调度和优化运行暎主要指微网并网运行棾时棳不仅要考虑分布式斈有效利用可斠提供冷热电能暍

式变化下棳与传统电网相比缺少稳定性棳微网系统的

过负荷能力与传统电网相比很差暎所以对微网系统采用多种控制策略和控制方法棳对提高微网稳定性具有重要意义暎

分布式斈下垂控制和斠控制方法主要有斝斞控制暍

微电网并网运行棳所有斨斊控制三种暎在正常情况下棳

暋棽棸棻椀年棻棽月绿暋色暋科暋技

运行状态孤岛运行用电短暂负荷下降用电负荷下降幅度较大用电负荷下降幅度较大

用电负荷增加热负荷变化冷负荷变化

第棻棽期

表棾暋孤网运行管理

控制方案

分布式斈此时为电网的电压和频斠采用斝斞运行方式棳率就是微网的电压和频率棳微网内部的分布式电源工作在电压源或电流源状态棳在不同控制策略的控制下棳调整各自功率输出暎微网中分布式电源提供的功率满足不了微网中负荷的需求时棳微网可以从配电网吸收能量棳反之棳当微网中分布式电源功率过剩时棳微网可以向配电网输送能量暎当配网出现电压骤升暍骤降暍不平衡和谐波等电能质量问题或有计划检修时棳微电网转入孤岛运行模式棳此时一个分布式斈斠采用斝斞作为主电源运行棳而其他分布式斈此时的电斠采用斨斊运行模式棳压和频率由主电源负责调节暎

一个分布式斈其斝斠采用斨斊运行棳斞运行

储能系统充电运行调节分布式斈转速斠功率输出暍

断开分布式斈斠断路器

保持分布式斈监测电网斠额定稳定运行棳调节分布式斈内燃机和微燃机棭烟气斠棬

量暍调节余热锅炉蒸汽量输入功率

调节分布式斈内燃机和微燃机棭烟气斠棬量暍调节余热锅炉蒸汽量

棿暋微网能量管理和控制方案

微网能量管理系统在并网运行方式下棳分布式

能量管理系统控制微电源采用斝并根据斞运行方式棳

计算数据年均投资总上网电量供热量供冷量发电气耗供热气耗供冷气耗检修和维护周期光伏发电量风电发电量

表棿暋能效管理计算

计算条件总投资上网电价蒸汽价格冷量价格一次能源价格一次能源和蒸汽价格一次能源和冷量价格

检修维护成本分摊成本分摊成本

计算结果年设备成本发电上网部分收入

供热收入供冷收入发电成本供热成本供冷成本年检修费用发电成本发电成本

用电负荷暍供热负荷暍供冷负荷棳调节分布式斈斠烟气量暍输出功率暍调节光伏逆变器运行方式暍通过斅斖斢暎制策略棬表棽棭

和斝并根据电网的电压暍斆斢调节储能系统存储状态棳频率暍电流和输入功率实现调节微电网中间层的控在孤岛运行方式下棳分布式能量管理系统控制一个稳定的微电源采用斨其余分布式斈斊棳斠采用斝斞控制棭暎运行方式棬表棾

微网能量管理系统根据分布式电源的类型暍一次能源的变化暍发电费用暍环境因素暍检修周期情况预测分布式电源出力棳不同能源价格情况下的经济运行情况棳优化运行方式棳得到最优最经济的运行工况暎

运行状态并网运行用电短暂负荷下降用电负荷下降幅度较大用电负荷下降幅度较大

用电负荷增加热负荷变化冷负荷变化电网故障

而微网的能量管理和控制技术是微网的核心棳同时也是

微网技术研究重点和难点棳本文对分布式微网能量管理系统结构和能量管理方案进行介绍和简要分析棳研究了微网管理系统分层控制结构暍优化管理方案和控制策略暎

未来的微网结构设计应以其结构特性为基础棳考虑基本因素对微网结构影响棳在满足用户对电能多样性需求以及微网灵活配置功能实现的基础上棳微网结构设计还需要考虑运行的经济性暍可扩展性以及易维护等棳并将做进一步研究暎参考文献椇

椲椵杨秀媛棳黄暋丹棳申暋洪棶多能源互补电力系统的控制策略仿棻

真研究椲椵中国电机工程学报棳棳椇斒棶棽棸棻棾棾棾棬棿棭棻椀椂暙棻椂棽棶椲椵椵张连芹棳邰能灵棶微网能量管理方案研究椲水电能源科学棳棾斒棶棽棸棻棾棳棬棭椇棾棻棿棻椄棾暙棻椄椂棶椲椵椵黄文焘棳邰能灵棳范春菊棶微电网结构特性分析与设计椲电力系棽斒棶

棬棭椇统保护与控制棳棽棸棻棽棳棿棸棻椄棻棿椆暙棻椀椀棶

表棽暋并网运行管理

控制方案

微电源采用斝斞运行方式

储能系统充电运行调节分布式斈转速斠功率输出暍断开一个分布式斈斠断路器

保持分布式斈监测电网斠额定稳定运行棳调节分布式斈内燃机和微燃机棭烟气斠棬

量暍调节余热锅炉蒸汽量输入功率

调节分布式斈内燃机和微燃机棭烟气斠棬量暍调节余热锅炉蒸汽量

储能系统放电运行棳做一个主电源

根据能源价格和供能价格棳微网管理系统进行运行

统计数据实时计算棳根据表棿可以计算出系统供能成微网供能系统优化运行暎

本暍收入暍发电量暍供热量暍供冷量棳并根据一次能源价格暍电价暍蒸汽价格和冷价格进行实时统计和调整棳指导

椀暋结语和展望

随着分布式微网和多能源互补微网的快速发展棳

椲椵椵郭思琪棳袁暋越棳鲍暋薇棶并网型微电网能量管理策略研究椲电椂斒棶

棬棭椇工技术学报棳棽棸棻棽棳棽椃棾棾椀暙棿棽棶

椲椵周念成棳邓暋浩棳王强钢棶光伏与微型燃气轮机混合微网能量管理椀

椵棬棭椇研究椲电工技术学报棳斒棶棽棸棻棽棳棽椃棻椃棿暙椄棾棶

椲椵椵汪少勇棶基于分布式电源的微网的设计与运行椲电力自动化设棿斒棶棳棭椇备棳棽棸棻棻棾棻棬棿棻棽棸暙棻棽棾棶

棬下转第棽椂棽页棭

棽椂棸

阔暎目前虽然粉煤灰的高吸附性能已被人们所重视棳但

仍主要集中在废水处理上棳在废气处理等其他领域的研

特产软木制成的暎

建筑与规划

椵棿

棳究相对较少椲至于作为墙体媒介中的一种有益元素吸

在此方面的研究国内尚未附斝斖棽棶椀中的有害物质棳

采用建筑外墙媒介应对雾霾天气的策略研究在国

内还未开始棳但是前景十分广阔棳笔者认为在运用外墙媒介吸附空气中有害物质的同时应格外注意建筑外墙媒介的清洗和防护问题棳以便长期循环使用暎

起步暎

棿暋展望

以上本文分别从绿植暍水体暍墙体及表面装饰材料三个方面入手棳初步分析了其应对空气中有害物质的方法棳期望在建筑设计的过程中棳在达到绿色暍节能目标的同时棳也能对城市的环境质量做出贡献暎参考文献椇

图棻暋棽棸棻棸上海世博会葡萄牙馆

椲椵韩林飞棳郭建民棶屋顶绿化是治理雾霾的重要方法椲椵中国建筑防棻斒棶

棭椇水棳棽棸棻棿棬棻棻棽棿暙棽椃棶

除此之外棳在棽棸棻棸上海世博会葡萄牙馆的设计中

反复使用的软木材料棳在体现绿色理念暍治理雾霾方面建立了典范暎软木作为一种百分之百的天然产品棳具有完全可再生性棳可生物降解棳在隔热暍隔音暍抗振暍防火等方面表现优秀棳且在制作过程中棳配件棳粘合剂都不含甲醛棳是一种名副其实的绿色产品暎最为重要的是软木制成的板材可以吸附灰尘棳还可以抵抗细菌和真菌的不良影响棳这个优点对于雾霾天气严重的今天来说显得尤其重要暎如图棻深褐色的葡萄牙馆外墙面就是用当地的

棬上接第棽椂棸页棭

椲椵椵欧阳平棳范洪勇棶粉煤灰吸附剂的研究现状椲材料导报棳棿斒棶棽棸棻棾

棬椇椃棭椀棿暙椀椂棶椲椵何健聪棳张太平棳李跃林棳等棶我国城市垂直绿化现状与垂直绿化新椂

技术椲椵城市环境与城市生态棳棬斒棶棽棸棸椆椂棭棶椲椵刘光立棳陈其兵棶成都市网种垂直绿化植物生态学效应研究椲椵西椀斒棶

棬椇华师范大学学报椇自然科学版棳棽棸棸棿棳棽椀棾棭棽椀椆暙棽椂棽棶

椲椵苏佳纯棳孙洋洲棶粉煤灰吸附二氧化碳在节能减排领域的应用椲椵棾斒棶

棳棭椇煤炭转化棳棽棸棻棽棾椀棬棻椆棸棶

椲椵暘暘墙体垂直绿化的发展与展望椲椵龙文志棶植被绿色幕墙暘建筑棽斒棶棭椇技术棳棽棸棻棾棬棻棸椆棽椀暙椆棾棽棶

崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒崒斠斿旙斿斸旘斻旇旓旑旚旇斿斢旚旘旛斻旚旛旘斿斸旑斾斖斸旑斸斿旐斿旑旚旓旀斈旈旙旚旘旈斺旛旚斿斾旂

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棻棽

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