具体实施方式

下面结合附图对发明的具体实施方式作进一步地说明。

本发明的综合能源电网控制系统采用四层架构，如图1所示，包括计算机系统层、支撑平台、监控应用层和能量管理应用层。该综合能源微电网控制系统，能够为微网调度提供各种实时信息，对微网进行调度决策管理与控制，保证微网安全运行，提高微网质量和改善微网运行的经济性，同时具有离网运行、并网两种常态运行模式与离网转并网、并网转离网两种暂态运行模式，不仅能够在两种常态运行模式下稳定运行。

具体而言，计算机系统层包括实时数据库、关系数据库、计算机操作系统和计算机网络；支撑平台包括数据库管理模块、数据采集与处理模块、系统时钟对时模块、系统资源管理模块、图模库一体化模块、权限管理模块、人机界面和报表处理模块；监控应用层包括防误闭锁模块、设备开断控制模块、微电网运行模式控制模块、顺序控制模块和功率控制模块；能量管理应用层包括发电预测模块、分布式电源管理模块、负荷管理模块、用电计划发放模块、电压无功管理模块、统计分析与评估模块和Web功能模块。

计算机操作系统采用windows、linux或unix中的一种，考虑到系统规模及安全性要求推荐采用linux系统，且关系数据库为oracle、mysql或sqlserver数据库中的一种。

对于监控应用层而言，其中的微电网运行模式控制模块，具备微电网并离网运行模式切换功能,如图2所示，具备向分布式电源，并网接口装置等设备下达模式切换命令的能力，微电网正常进行并离网运行模式切换时,微电网监控系统选择停电切换或平滑切换，在电网发生故障时,微电网监控系统自动从微电网并网运行控制模式切换至离网运行控制模式，在电网故障恢复后,微电网由离网运行向并网运行切换时,微电网监控系统选择自动执行或接收上级指令后执行。

本发明实施例中，综合能源微电网控制系统采用的并离网方法，具体包括以下步骤：

S1、光伏电池应保持MPPT模式，当光伏电池输出大于负荷消耗且蓄电池充满时，应工作在定电压模式，光伏输出小于负荷消耗时或光伏输出为零，蓄电池有储能，应工作在放电模式；

S2、蓄电池储能为0，光伏输出持续增加但小于负荷消耗时，蓄电池停止运行，光伏输出超过微电网负荷消耗，蓄电池未充满，蓄电池充电；

S3、当光伏输出超过微电网负荷消耗，应工作在低输出运行模式，当负荷需求持续增加，光伏电池和蓄电池已不能满足负荷用电需求，微型燃气轮机则增加输出功率，光伏发电结束且储能装置储能为零，则完全由微型燃机轮机供电。

本发明实施例中，监控应用层中的防误闭锁模块支持基于预定义规则的常规防误闭锁和基于拓扑分析的防误闭锁功能，所有操作指令应经过防误验证，当出错时应告警并闭锁指令执行，且设备开断控制的控制对象范围为断路器、负有开关、隔离开关、接地刀闸、主变压器分接头和无功补偿设备，设备开断控制模块具有自动控制和人工控制两种控制方式，控制操作级别由高到低为就地、站内监控和远方控制，人工控制设备开断时，微电网监控系统具有操作监护功能，监护人员可在本机或者另外的操作员站实施监护，在微电网监控系统中对开断设备应采用选择、返校和执行三个步骤。

本发明实施例中，监控应用层中的功率控制模块的控制要求：微电网监控系统应具备根据微电网能量管理系统的功率优化控制指令或人工设定值对微电网内分布式电源、储能、负荷等进行实时功率控制。

微电网有功功率控制具备控制各类分布式发电设备出力和控制储能系统充放电的功能。

微电网并网运行时微电网监控系统应具备以下有功功率控制方式：

a)恒联络线有功功率控制。

b)跟踪联络线计划曲线控制。

c)储能充放电计划曲线控制。

微电网离网运行时,微电网监控系统应监视主电源的有功输出值,当其超出定值时,应能调整微电网内其他电源设备,保证主电源出力在正常范围内。

微电网无功功率控制

微电网监控系统应具备微电网电压和无功管理功能,应能对微电网电压和无功运行模式进行设置,包括功率因数控制模式,无功功率控制模式,电压控制模式等。

本发明实施例中，能量管理应用层中的发电预测模块通过历史数据、实测数据等进行发电功率预测，接收功率预测系统的发电功率预测数据，对于包含风电、光伏发电等间歇式发电形式的徽电网系统，配置相应的风力发电或光伏发电的电量预测功能。

本发明实施例中，能量管理应用层中的电压无功管理模块能对微电网无功电压运行进行优化设置，无功电压运行模式可包括：并网点功率因数控制模式、并网点无功功率控制模式、电压控制模式或离网无功平衡模式，并针对选定的控制模式给出参数设定值或范围，同时电压无功管理具备无功补偿设备投入顺序设置功能。

本发明实施例中，能量管理应用层中的Web功能模块具备微电网相关数据的信息发布、浏览和下载功能，并且支持信息、报表和画面信息发布，以及支持权限范围内的数据、报表、画面和图形的浏览和下载。

本发明实施例中，能量管理应用层中的顺序控制模块能够按照预先设定的顺序和流程控制微电网内的设备动作,应实现的基本功能包括并网启动,并网停机、黑启动、离网停机等。

并网启动：合上并网点开关,投入各电源及负荷,控制微电网由停机状态平稳过渡到并网运行状态；并网停机：退出各电源及负荷,断开并网点开关,控制微电网由并网运行状态平稳过渡到停机状态；黑启动：投入电源和负荷,控制微电网由停机状态平稳过度到离网运行状态；离网停机:退出电源和负荷,控制微电网让离网运行状态平稳过渡到停机状态。

支撑平台包括数据库管理模块、数据采集与处理模块、系统时钟对时模块、系统资源管理模块、图模库一体化模块、权限管理模块、人机界面和报表处理模块。

系统资源管理模块用于节点监视、进程监视管理以及文件传递和同步；图模库一体化模块用于量测模型数据、设备模型数据和图形及图元数据的导入导出，图模库一体化用于图元编辑、图形组态编辑和图形转换，并且支持系统私用图形和SVG图之间的转换功能、支持系统私用图形和G语言图转换功能；权限管理模块用于根据不同的工作职能和工作性质赋予人员不同的权限和权限有效期，包括层次权限管理、权限绑定和权限配置，且采用分级管理，进行用户密码设置和权限分配，按照业务的涉及内容进行密码限制，所有操作员都应经过授权，进行身份和权限认证，根据授权权限使用规定的系统功能和操作范围。

本发明实施例中，支撑平台中的数据采集与处理模块能实时采集的要求如下：

并网点数据要求包括：

a)本断路器、隔离开关和接地刀闸的位置信息。

b)主变分接头的位置信息。

c)并网点工作状态。

d)并网点有功电量无功电量。

e)并网点三相电压、三相电流、有动功率、无功功率、功率因数、电能质量、电网频率。

分布式发电量测数据要求包括：

a)光伏量测数据：

1)光伏组件量测数据：直流侧电流,直流侧电压、直流侧功率`光伏组件温度；

2)光伏逆变器量测数据：三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率。

b)风力发电量测数据：

风力发电输出电压、输出电流、有功功率、功率因数.、输出频率。

c)柴油发电机量测数据：

发电机输出电压、发电机输出电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、总发电量、转速、柴油耗油量、柴油机温度。

d)微型燃气轮机(燃气内燃机)量测数据：

燃气轮机输出电压、燃气轮机输出电流、有功功率,无功功率,功率因数,频率、热功率、日供热量、总供热量、日发电量、总发电量、转速、燃汽轮机耗气量。

储能量测数据要求包括：

a)电池量测数据：直流电流、直流电压、直流功率、总剩余容量、电池温度。

b)储能逆变器量测数据：三相电压、三相电流有功功率、无功功率、功率因数、频率。

c)有功电量、无功电量。

负荷量测数据要求包括：

三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电量、无功电量。

无功补偿设备量测数据要求包括：

三相电压、三相电流、无功功率。

气象及其他数据要求包括：

环境温度、湿度、大气压力、总辐照度、风速和风向。

应具备对采集数据信息进行计算、分析等功能,数据分析功能包括但不限于：

数据源选择、自动计算周期等,按日、月、季、年或自定义时间段统计；

统计指定量的最大值、最小值、平均值和累计值,统计时段包括年、月、日、时等；

多位置信号、状态信号的逻辑计算；

变位、对控、遥调等操作次数统计；

遥控正确率和遥调响应正确率统计；

电压电流越限、功率因数和电能质量合格率统计分析。

应具备对采集数据信息进行合理性检查及越限告警的功能,包括但不限于：

数据完整性检查：自动过滤坏数据、自动设置数据质量标签；

设定限值：支持不同时段使用不同限值；

告警：告警定义、告警动作、告警分流、画面调用和告警信息存储等。

应具备对采集数据信息进行存储的功能,包括但不限于：

分类存储和管理原始数据和应用数据；

存储事件顺序记录和操作记录。

本发明实施例中，支撑平台中的人机界面包括：

可实时监视画面应支持系统主接线图、网络图、地理分布图、运行工况图和通信网络图等,图形展示方式包括趋势图、柱状图、饼图等。

有支持多屏显示、图形多窗口、无级缩放、漫游、拖拽、分层分级显示等。

应具备图模库一体化模块的图形建模工具,具备网络拓扑管理工具,支持用户自定义设备图元和间隔模板,支持各类图元带模型属性的拷贝。

状态管理应支持对软件模块、网络运行状态和操作进行管理和监视。

应具备图形、语音、文字、打印等形式的报警功能,支持告警查询、自定义报警级别、报警统计分析、告警确认与清除、主要事件顺序显示等功能。

操作和控制应能实现人工置数、标识牌操作、闭锁和解锁操作、远方控制与调节功能,应有相应的权限控制；具备对采集数据进行查询、访问功能,具备组合条件方式查询功能。

微电网监控系统应能针对选定的无功电压送行模式给出其参数设定值或范围,包括电压限值、无功限值、功率因数限值、死区、时限、斜率等。

本发明实施例中，能量管理应用层中的分布式电源管理模块具备对微电网中燃气轮机、柴油机等发电装置进行相应的燃料管理的功能,包括各燃料消耗统计、剩余燃料计算和显示、燃料存量预警等。具备对微电网中的发电设备进行检修状态管理的功能,包括发电设备检修挂牌、检修时间设置等。具备对微电网中储能系统的荷电状态进行状态管理的功能,储能荷电状态过高/过低时应能够预警。具备对微电网中主电源进行设置的功能,对于存在多个可作为主电源运行的微电网,应能对各备用主电源设置相应的备用次序。

本发明实施例中，能量管理应用层中的负荷管理模块根据用户对供电可靠性的要求以及中断供电对人身安全、微电网运行安全、经济上造成的损失或影响程度等因素,对负荷进行分类管理。能够根据负荷分类预先制定微电网不同工况下的负荷投切策略和计划；配置有负荷预测功能；能够根据负荷实时监测数据、负荷用电计划对负荷用电进行管理；微电网离网状态下，能分别对各负荷终端实施限电策略、可包括控制轮次、控制时段、功率定值、电量定值等，并下发到监控系统执行。

本发明实施例中，能量管理应用层中的用电计划发放模块根据远程调度计划、发电负荷预测数据、微电网实时运行数据、电源与负荷特性及运行约束条件,通过优化计算安排各分布式电源的发电计划、储能充放电计划、负荷用电计划。宜包括日前发用电计划和日内发用电计划。发用电计划宜能安排次日零时起24小时的输出功率，时间分辨率不大于1小时，宜滚动计划未来4小时的输出功率，时间分辨率不大于15分钟。可采用人工输入和自动生成两种方式安排发电计划。

本发明实施例中，能量管理应用层中的统计分析与评估模块包括资源分析、能量交换分析、能耗和效益分析、可靠性分析、电能质量分析等。

对于以风力发电或光伏发电为主要能源的微电网，能够根据风能资源、太阳能资源监测数据进行资源分析。对微电网内部发电、用电、储能系统，以及微电网与外部系统间电能量交换进行统计分析。对微电网系统运行能耗和效益进行分析,具备能耗分析、节能分析、成本核算、效益分析等功能。具备微电网供电可靠性分析功能,包括供电可靠率、年停电时间、年停电次数等分析。根据资源监测数据和实际发用电数据进行风光资源利用分析。对并网型微电网的并网点进行电能质量分析。

由图3所示，图中综合能源系统，将变、配、用、光、储、充、放各子系统进行高度整合，实现用户侧的就地消纳分布式清洁能源发电、经济用电、平抑电网接口峰谷差、提高电网侧能效以及具有与电网系统调度的需求侧友好互动响应的作用，同时，电力电子装置柔性调节能力，还兼具调节无功和谐波抑制等电能质量调节作用。

计算机控制二次系统构成

如图4所示，系统要配置前置服务器、数据服务器、应用服务器、工作站、交换机/路由器等设备。服务器和工作站的数量可根据微电网规模以及运算量的大小进行合理的增减，为了提高系统可靠性可采用计算机和网络设备的主从热备模式。

系统应设置防火墙、隔离装置等安全防护设备,网络安全防护应符合GB/T 20270等规定的要求。

数据采集通讯网连接分布式电源控制器、负荷控制器、测控保护设备、中央控制器、并网接口等设备。

系统内部通信宜采用以太网通信、光纤通信方式、485等，通信协议宜采用DL/T634.5101、DL/T634.5104和DL/T860通信协议。和电网调度机构之间通讯宜采用以太网通信和光纤通信方式,通信和协议宜采用DL/T634.5101、DL/T634.5104和DL/T860通信协议。

本发明能够为微网调度提供各种实时信息，对微网进行调度决策管理与控制，保证微网安全运行，提高微网质量和改善微网运行的经济性，同时具有离网运行、并网两种常态运行模式与离网转并网、并网转离网两种暂态运行模式，不仅能够在两种常态运行模式下稳定运行，而且也能够保证两种暂态运行模式的可靠性。

本发明采用的是集保护、安全稳定控制、云端互动于一体的微电网核心二次设备研究面向分布式新能源的资源监测技术、容器技术与分布式应用发布技术、微电网分布式保护技术、微网稳定控制技术等，实现微网稳定可靠运行，保证关键设备供电以及分布式能源高效接入，形成新型智能微网控制器实用化产品。该综合能源微电网控制系统，通过园区内用能全景监控，建设能量管控平台，实现源、网、荷、储、车能量流动全景监视，可以直观展示各类新能源各自的实时发电状况、能源介质管网流动情况、能量损失情况、实时用能消费情况、能源设备运行情况等实现信息资源的高效集成。

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。