微網(wǎng)是指能實現(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的，自制的微型電網(wǎng)系統(tǒng)，其既可并入大電網(wǎng)運行，又能脫離大電網(wǎng)獨立運行。微網(wǎng)的出現(xiàn)源于分布式新能源的發(fā)展和能源高效利用的需求，其具有能源種類多樣且具有間歇性，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)分散、運行方式復(fù)雜多變、穩(wěn)定性弱等特點，這對微網(wǎng)的控制保護(hù)和能量管理提出了較高的要求。

微網(wǎng)控制保護(hù)技術(shù)是是微網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵，需要克服微網(wǎng)系統(tǒng)運行靈活多變，擾動頻繁的難點。微網(wǎng)的保護(hù)不同于常規(guī)電網(wǎng)保護(hù)裝置，特別是低壓配電系統(tǒng)，傳統(tǒng)的常規(guī)低壓配電系統(tǒng)并不設(shè)置復(fù)雜的繼電保護(hù)裝置，只針對具體回路配置電流電壓保護(hù)，而微網(wǎng)由于包含了大量的分布式電源，其潮流和短路電流隨不同運行方式而時刻變化，因此傳統(tǒng)的低壓配電保護(hù)方式不能滿足其保護(hù)的需要。

微網(wǎng)的控制的主要功能是微網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或者出現(xiàn)故障時，控制系統(tǒng)能夠及時協(xié)調(diào)各微電源之間運行方式或出力，控制微網(wǎng)的運行狀態(tài)，以保證微網(wǎng)安全有效的運行，保證在任何情況下都可以對負(fù)荷優(yōu)質(zhì)供電。

微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)(MEMS)是電網(wǎng)特定應(yīng)用環(huán)境下的能量管理系統(tǒng)，其隸屬于大電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的一部分，但其部分功能又相對獨立于大電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)，從微網(wǎng)角度看，MEMS主要功能應(yīng)滿足微網(wǎng)內(nèi)高效、經(jīng)濟、安全、可靠運行的需要，協(xié)調(diào)優(yōu)化微網(wǎng)內(nèi)各分布式電源、負(fù)荷、以及各種調(diào)節(jié)設(shè)備運行;同時，又要滿足上級電網(wǎng)和用戶對微網(wǎng)的管理和控制保護(hù)要求。

隨著微網(wǎng)的推廣應(yīng)用，微網(wǎng)控制、保護(hù)、能量管理技術(shù)將得到深入的研究和探索。

1 系統(tǒng)組成

本文提出分布式能源微網(wǎng)控制保護(hù)和能量管理解決方案，該解決方案可用于解決微網(wǎng)在不同運行模式下的控制和保護(hù)，以及微網(wǎng)系統(tǒng)的高級能量管理，適用于并網(wǎng)型或離網(wǎng)型微電網(wǎng)系統(tǒng)。

圖1 MEMS體系結(jié)構(gòu)圖

本文提出的微電網(wǎng)技術(shù)解決方案由微電網(wǎng)控制保護(hù)裝置和能量管理系統(tǒng)組成。其中微網(wǎng)控制保護(hù)裝置包括可編程邏輯控制器CPU，單片機繼保模塊、數(shù)字量模擬量數(shù)據(jù)采集設(shè)備，電能參數(shù)采集設(shè)備，總線通訊設(shè)備，光纖通訊設(shè)備、顯示屏組成。

能量管理系統(tǒng)包括交換機、前置服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、用戶工作站、GPS衛(wèi)星對時裝置、液晶顯示器、不間斷電源、數(shù)據(jù)庫軟件、MEMS系統(tǒng)軟件等。

圖2 控制保護(hù)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

圖3 能量管理系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)功能

微網(wǎng)控制保護(hù)柜和微網(wǎng)能量管理解決方案實現(xiàn)功能如下：控制保護(hù)一體化功能：并離網(wǎng)運行模式間的切換控制;離網(wǎng)模式下的電壓\頻率穩(wěn)定控制;分布式電源與儲能系統(tǒng)的協(xié)同控制;并網(wǎng)功率交換控制;黑啟動控制;防孤島保護(hù)，三段定時限電流保護(hù)，過負(fù)荷保護(hù)，反時限過流保護(hù)，零序保護(hù)，電壓保護(hù)，低頻減載保護(hù)，重合閘等;微網(wǎng)與配網(wǎng)的配合保護(hù);

能量管理系統(tǒng)功能：不同類型儲能系統(tǒng)的運行效率與經(jīng)濟型技術(shù)分析;不同類型分布式發(fā)電源的運行效率和經(jīng)濟性的計算分析;微網(wǎng)內(nèi)可再生電源的出力預(yù)測如光伏發(fā)電預(yù)測、風(fēng)力發(fā)電預(yù)測、儲能發(fā)電預(yù)測等;多種分布式能源經(jīng)濟調(diào)度與控制;冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)的冷熱電優(yōu)化調(diào)度與控制;微網(wǎng)適應(yīng)電價機制、削峰填谷等的運行方式與控制策略。

3 系統(tǒng)特點

控制保護(hù)平臺功能強大，可擴展，適應(yīng)性強，方便系統(tǒng)集成和結(jié)構(gòu)更改;控制平臺支持IEC61850通訊協(xié)議;微網(wǎng)在并網(wǎng)、孤網(wǎng)兩種模式切換條件下保護(hù)控制系統(tǒng)的自適應(yīng)技術(shù);防護(hù)等級滿足戶外需求，工作溫度-25~55°，低溫下自加熱，能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境條件;控制器在整體設(shè)計方面充分考慮電磁環(huán)境的影響，大大提高了抗干擾性能;能量管理系統(tǒng)具有良好的開放性和可擴展性，方便進(jìn)行功能擴展以及功能升級;能量管理系統(tǒng)采用移動客戶端技術(shù)，支持遠(yuǎn)程運行維護(hù);能量管理系統(tǒng)提供了完善的人機界面，實現(xiàn)在通用平臺的基礎(chǔ)之上通過統(tǒng)一的接口方式進(jìn)行協(xié)作，從而實現(xiàn)微網(wǎng)內(nèi)設(shè)備“即插即用”的靈活集成。

4 使用范圍

適用于風(fēng)、光、儲、柴發(fā)、燃機等多種分布式能源組建的微網(wǎng)系統(tǒng);適用于不同分布式能源組成的并網(wǎng)型或離網(wǎng)型微網(wǎng)供電系統(tǒng);適用于冷熱電三聯(lián)供微網(wǎng)系統(tǒng);適用于區(qū)域微網(wǎng)集成系統(tǒng)。

5 實際應(yīng)用情況

5.1上海電氣輸配電集團微電網(wǎng)示范系統(tǒng)

上海電氣輸配電集團微電網(wǎng)示范系統(tǒng)是一個小型的微電網(wǎng)實驗平臺，在公司辦公樓配電系統(tǒng)基礎(chǔ)上構(gòu)建一個含光伏、儲能、柴油發(fā)電機、DVR、APF的微網(wǎng)系統(tǒng)。該平臺主要研究微網(wǎng)控制保護(hù)一體化和能量管理系統(tǒng)的應(yīng)用，研究微網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)、孤島控制技術(shù)和混合模型與在線仿真技術(shù)。

圖4 上海電氣輸配電集團微電網(wǎng)示范系統(tǒng)圖

5.2西湖科技園區(qū)微電網(wǎng)示范系統(tǒng)

西湖科技園區(qū)微電網(wǎng)示范系統(tǒng)是多能源互補分布式能源系統(tǒng)集成及測試實驗平臺。該實驗平臺，將實現(xiàn)電力自發(fā)自用、智能控制、多余上網(wǎng)、余缺網(wǎng)補;冷熱聯(lián)供，梯級利用的典型分布式能源運營方式。

該平臺建立國內(nèi)領(lǐng)先、國際高水準(zhǔn)的分布式能源和微電網(wǎng)集成技術(shù)的試驗、研發(fā)、示范一體化平臺，為進(jìn)一步研究和探索分布式能源和微電網(wǎng)在應(yīng)用、推廣、運營中的關(guān)鍵技術(shù)和核心問題提供支持。

圖5 西湖科技園區(qū)微電網(wǎng)示范系統(tǒng)圖

6 結(jié)論

本文提出的微網(wǎng)控制保護(hù)和能量管理解決方案，是基于分布式能源微網(wǎng)系統(tǒng)的三層系統(tǒng)架構(gòu)模式，可應(yīng)用有多種分布式能源組成的微電網(wǎng)系統(tǒng)，可以解決微網(wǎng)孤島、并網(wǎng)、孤島并網(wǎng)模式切換下的控制和保護(hù)，以及微網(wǎng)系統(tǒng)的高級能量管理，適用于并網(wǎng)型或離網(wǎng)型微電網(wǎng)系統(tǒng)。