智能微电网能量管理系统设计_张华威

第8卷第3期2012年7月

沈阳工程学院学报（自然科学版）

Journal of Shenyang Institute of Engineering （Natural Science ）

Vol.8No.3Jul．2012

*优秀毕业设计论文选编

收稿日期：2012－06－03

作者简介：张华威（1988－），男，辽宁抚顺人，电气工程系，电气工程及其自动化专业，电本083班学生．指导教师：刘莉（1963－），女，沈阳人，教授，博士，主要从事电力系统分析与控制领域的研究．

智能微电网能量管理系统设计

张华威，刘

莉

（沈阳工程学院电气工程系，沈阳110136）

摘

要：尽管分布式发电系统的出现大大减轻了传统电网的负担，但与传统电网之间仍旧存在诸多矛盾．为协调传统电

网与分布式电源的矛盾，

提出了微电网的概念．由于微电网的特殊性，传统的大规模发电机组的能量管理系统不适合微电网能量管理．现有的微电网能量管理系统在运行和控制上略显臃肿和繁杂．在现有能量管理系统的基础上进行了改进，通过“组态王”软件对系统的操作控制和运行管理进行了优化，仿真运行证明了设计的先进性．关键词：微电网；分布式发电；能量管理系统中图分类号：TM727

文献标识码：A

文章编号：1673－1603（2012）03－0201－03

0引言

能源是人类生存和发展的基础，当前能源匮乏问题严重影响着人类的经济发展，因此，风能和太阳能等新能源的开发利用就成为了当务之急．

目前电力系统已成为集中发电、远距离高压输电、用电客户分散的大型网络系统，并且其弊端随着电网规模的不断扩大也日益凸显．近年来世界范围内的各种大面积停电事故，充分暴露了传统大电网的脆弱性和低可靠性

［1］

．

分布式电源一经出现，就凭借其投资少、损耗低和能源种类多等优点迅速地引起了各电力技术发达国家的重视．尽管分布式电源具有很多优点，

但是也存在很多问题，如单机接入电网的成本高等．为了减少分布式电源对电网的冲击和影响，在大电网出现故障时分布式电源必须马上退出运行，

这在一定程度上大大限制了分布式电源优越性的充分发挥．因此，为了协调大电网与分布式电源的矛盾，提出了微电网的概念

［2］

．

微电网是各种微电源和分散负荷的汇总，可当作一个整体的系统来运行和控制．1个微电网，至少含有1个分布式电源和相关负荷，并且微电网一般与配电网相连，而与非主网相连．不过虽然微电网解决了分布式电源大规模接入所产生的问题，充分发挥了分布式电源的各项优势，但由于微电网的特殊性，传统的大规

模发电机组的能量管理系统并不适合微电网能量管

理，

因此需要研究新的能量管理技术．设计中，在现有能量管理系统的基础上，利用“组态王”软件对其进行了改进．

1

微电网电源参数

1.1

风力发电系统的参数

风力机的风轮把风能转化为发电用的机械能，风

机的尾翼作为调向机构实现风轮旋转面垂直于风向．机械能驱动永磁式交流发电机产生交流电，利用并网控制器，

把不规则的交流电变成直流电，并网时逆变器再将直流电逆变成交流电输出后并入电网．

从经济性和可靠性的角度出发，选用HY-5KW 型和HY-20KW 型风力机作为微电网风力发电系统的电源．

1.2

光伏发电系统的参数

设计组件选用XJPV800-185（35），主要参数为输

出峰值功率185W ；峰值电压36.42V ；峰值电流5.08A ；开路电压45.05V ；短路电流5.41A．根据光伏组件

的参数及逆变器的参数，

选用185W 的多晶硅电池组件108块，总设计容量为19980W．光伏发电系统分成9个单元，每个单元采用12块电池组件及6串2并的接线方式．

1.3储能电池的的参数

在设计中胶体电池需要自己制作，选择了6-

CN

·202·沈阳工程学院学报（自然科学版）第8卷

（J）-50电池36只，总容量为43200Wh；分成2部分接入系统，采用18串1并接线．

2微电网能量管理策略

2.1微电源的管理

根据微电网的拓扑结构制定相应的控制策略．在并网模式下，应预先确定微电源的功率输出值，使能量管理系统合理分配设定值给各个微电源．同时监控PCC点的电量参数，当出现无功不平衡时，确定无功补偿量，分配这个值于储能装置，使储能装置发出无功，维持系统功率平衡，并根据并网运行模式下微电源协调控制策略投切微电源．

在孤网模式运行下，根据负荷需求确定微电源的功率输出值，能量管理系统合理分配设定值与各微电源．根据预先设定的V-Q特性阻止末端电压偏压；参与特定负荷线路的电压调整；根据负荷设定的功率因数补偿无功．通过能量管理系统把这个分配给调节微电源，以维持电压稳定．能量管理系统根据能量管理控制算法确定设定值，分配给各微电源参与系统的调节，以确保系统的稳定运行．

2.2储能装置的充放电的管理

能量管理系统主要监视蓄电池的充电状态、综合健康度和安全中断标准；按照能量管理系统的控制指令充放电．

2.3负荷的管理

提供负荷跟随功能，实时检测负荷大小，在并网模式下，负荷的供电主要由大电网提供．在孤网模式运行时，一般负荷被切除，根据检测到的负荷大小，分配微电源的出力，保持微电源与负荷之间的平衡．

2.4微电源使用优先权的管理

在对负荷供电时，优先使用光伏发电机组和风力发电机组供电．当负荷供电不足或不稳时，微燃气轮机组自动投入．在对微电源检修时，手动切换成储能电池供电模式，以确保对负荷的供电可靠性．必要时，可切除二级或三级负荷，优先给一级负荷供电．

3能量管理系统的设计

选用“组态王”软件进行能量管理系统的优化设计，并对传统的能量管理系统界面进行重新设计．

3.1主界面

监控人员可以通过主界面中的按钮轻松进入所要监控的画面，如图1所示．主界面由微网结构网架图、状态按钮、时钟、操作员姓名和线路标示构成．

在此界面中，监控人员可以通过左上角的“操作员姓名”来确认是否登录正确，通过右上角的“始终”来安排轮值时间．新到值班人员可以通过“线路标示”来了解微电网能量管理系统的布局

．

图1微网结构框架

3.2能量控制中心

能量控制中心（见图2）作为微网能量管理系统中的核心单元之一，并不需要过多的精力进行监控，只需监控人员在接到增减功率输出或切断负荷的通知时，根据当前发电功率和负荷需求功率曲线进行功率输出的增减

．

图2能量控制中心

3.3储能电池

储能电池并不是发电机，但是它可以储存其他电源发出的能量．在特定条件下，储能电池能通过逆变器给各种负荷提供能量．此界面的监控项目很少，例如剩余电量、充电量、放电量等．其监控界面如图3所示．3.4负荷

负荷作为微电网的核心，它决定了各电源的功率输出．在此监控系统中，负荷被分为三级．一级负荷在没有得到通知时必须保证其稳定的供电；二级负荷在特定条件下允许其短时间的断电；三级负荷在供电不足的情况下最先断电，如路灯、电子广告牌等．在负荷