0 引言

在能源危機和環境問題日益嚴重的今天，微電網作為分布式能源的重要組成部分，越來越受到人們的關注。微電網能量管理系統（Microgrid Energy Management System, MEMS）作為微電網的大腦，其策略控制如何實現，直接關系到微電網的穩定運行和能源的高效利用。本文將從策略控制的角度出發，深入探討微電網能量管理系統的實現原理與深度思考。

1 微電網能量管理系統的基本概念

微電網能量管理系統是指對微電網內各種分布式能源進行統一協調、優化調度的系統。它通過對電源、負荷、儲能等資源的實時監控、預測和優化，實現微電網的自治、自穩和自優化。策略控制作為微電網能量管理系統的核心，其實現方式直接決定了微電網的性能和效率。

2 策略控制如何實現

數據收集與監測：

?實時收集微電網內的所有分布式電源（如光伏、風力、燃料電池）、儲能系統、負荷以及外部電網的狀態信息。

監測天氣預報、電價信號、電網要求等外部因素。

預測分析：

?利用歷史數據和當前趨勢預測可再生能源的發電量。

預測負荷需求，可能基于時間、季節、用戶行為等因素。

預估外部電網的電價波動和可用性。

優化算法應用：

?應用數學模型和算法（如線性規劃、動態規劃、遺傳算法、粒子群優化等）來確定最優的發電、儲能和負荷管理策略。

考慮成本最小化、碳排放最低、電網穩定性最高等多個目標函數。

決策制定：

根據優化結果，為分布式電源設定功率輸出目標，例如調整光伏逆變器的輸出或啟動/停止柴油發電機。

決定何時充電或放電儲能系統，以平衡供需或利用低電價時段。

實施需求響應計劃，激勵用戶在高峰時段減少負荷或在非高峰時段增加負荷。

控制執行：

?發送指令到各分布式能源資源和負荷控制單元，實施決策。

進行頻率和電壓控制，確保微電網的穩定運行。

監控與反饋：

?監控執行效果，收集實際數據與預測數據進行對比。

分析偏差原因，如天氣變化、設備故障等，并調整模型和策略。

應急響應：

?在電網故障或異常情況下，自動切換至孤島運行模式，優先保障重要負荷供電。

采取措施恢復系統穩定，如啟動備用電源或減少非關鍵負荷。

持續優化：

?基于實時反饋和學習機制，不斷調整和優化控制策略。

定期評估系統性能，考慮技術進步和市場變化，更新EMS軟件和硬件。

?這些步驟需要高度集成的通信網絡和先進的控制技術來支持，同時也依賴于高質量的數據和精確的預測模型。在實踐中，EMS通常會采用分層控制架構，其中包含本地控制、協調控制和集中控制等層次，以確保系統能在各種條件下高效、可靠地運行。

3 Acrel-2000MG微電網能量管理系統

3.1概述

Acrel-2000MG微電網能量管理系統，是我司根據新型電力系統下微電網監控系統與微電網能量管理系統的要求，總結國內外的研究和生產的經驗，專門研制出的企業微電網能量管理系統。本系統滿足光伏系統、風力發電、儲能系統以及充電樁的接入，全天候進行數據采集分析，直接監視光伏、風能、儲能系統、充電樁運行狀態及健康狀況，是一個集監控系統、能量管理為一體的管理系統。該系統在安全穩定的基礎上以經濟優化運行為目標，促進可再生能源應用，提高電網運行穩定性、補償負荷波動；有效實現用戶側的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷，提高電力設備運行效率、降低供電成本。為企業微電網能量管理提供安全、可靠、經濟運行提供了全新的解決方案。

微電網能量管理系統應采用分層分布式結構，整個能量管理系統在物理上分為三個層：設備層、網絡通信層和站控層。站級通信網絡采用標準以太網及TCP/IP通信協議，物理媒介可以為光纖、網線、屏蔽雙絞線等。系統支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

3.2架構

3.3功能

數據監測與展示

- 系統應精確監測并實時顯示百和正序、負序、零序電壓值，三相電流不平衡度百分比，以及正序、負序、零序電流值。

- 諧波分析功能應涵蓋A/B/C三相電壓和電流的總諧波畸變率，以及奇次、偶次諧波的電壓和電流總畸變率。系統應能以柱狀圖形式展示2-63次諧波電壓和電流含有率，以及0.5～63.5次間諧波電壓和電流含有率。

- 電壓波動與閃變監測應包含A/B/C三相電壓的波動值、短閃變值和長閃變值，并提供相應的波動曲線和閃變曲線。同時，系統應顯示電壓偏差與頻率偏差。

- 功率與電能計量應準確顯示A/B/C三相的有功功率、無功功率和視在功率，以及三相的總功率和功率因數。系統應提供有功負荷曲線，包括日曲線和年曲線。

- 電壓暫態監測功能在電能質量暫態事件發生時，應產生告警，并通過彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等方式通知相關人員。系統應能查看暫態事件發生前后的波形。

- 電能質量數據統計應包含1min統計整2h存儲的數據，如均值、最大值、最小值、95%概率值和方均根值。

- 事件記錄查看功能應詳細記錄事件名稱、狀態、波形號、越限值、故障持續時間和事件發生時間。

遠程控制

- 系統應支持對整個微電網系統范圍內設備的遠程遙控操作。系統維護人員可通過管理系統主界面完成遙控操作，遵循預置、返校、執行的操作順序，及時執行調度系統或站內操作命令。

曲線查詢

- 曲線查詢界面應允許直接查看各電參量曲線，包括但不限于三相電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數、SOC、SOH、充放電量變化等。

統計報表

- 系統應提供定時抄表匯總統計功能，用戶可自由查詢自系統正常運行以來的任意時間段內各配電節點的用電情況。報表應涵蓋進線用電量、各分支回路消耗電量，以及微電網與外部系統間電能量交換的統計分析。同時，系統應能分析系統運行的節能、收益等，以及微電網供電可靠性，包括年停電時間和次數等。

網絡拓撲圖

- 系統應支持實時監視接入設備的通信狀態，完整顯示系統網絡結構。系統應能在線診斷設備通信狀態，并在網絡異常時自動顯示故障設備或元件及其故障部位。

通信管理

- 系統應能夠對整個微電網系統范圍內的設備通信進行管理、控制及數據實時監測。維護人員可通過管理系統的主程序打開通信管理程序，啟動所有端口或特定端口，快速查看設備通信和數據情況。通信應支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

用戶權限管理

- 系統應設置用戶權限管理功能，防止未經授權的操作。通過定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

故障錄波

- 系統在發生故障時，應自動準確記錄故障前后各相關電氣量的變化情況。故障錄波共可記錄16條，每條錄波可觸發6段錄波，每次錄波總時間共計46s。每個采樣點錄波至少包含12個模擬量、10個開關量波形。

事故追憶

- 系統應能自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時掃描數據，包括開關位置、保護動作狀態、遙測量等，為事故分析提供數據基礎。用戶可自定義事故追憶的啟動事件和監視的數據點。

4 結語

微電網能量管理系統的策略控制是實現微電網穩定運行和能源高效利用的關鍵。通過預測與控制算法、分布式優化技術和實時監控系統等技術手段，可以實現策略控制的有效實現。同時，面對未來的挑戰和機遇，我們需要不斷進行深入的思考和探索，推動微電網能量管理系統的不斷發展和完善。

審核編輯 黃宇