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微電網EMS
產品時間：2024-06-06
微電網是包含分布式能源和負荷的中、低壓交/直流電力系統。根據微電網與大電網的連接關系，微電網可分為獨立型和并網型兩類。其中，獨 立型微電網與大電網之間沒有電氣連接，且僅運行于孤島模式；并網型微電網作為一個可控單元與大電網連接并可工作于并網模式與孤島模式。
概述
微電網是包含分布式能源和負荷的中、低壓交/直流電力系統。根據微電網與大電網的連接關系，微電網可分為獨立型和并網型兩類。其中，獨 立型微電網與大電網之間沒有電氣連接，且僅運行于孤島模式；并網型微電網作為一個可控單元與大電網連接并可工作于并網模式與孤島模式。
ST895微電網EMS具備對光伏、儲能、配電系統、柴油發電進行綜合監測、分析、控制的系統模塊，主要功能包括：數據采集與處理、報警處理、 控制和操作記錄(包括人工操 作、控制器自動控制、電網能量管理系統自動控制、電網穩定控制、互動服務、優化調度、 安全校核、源網荷儲協同 優化、負荷管理等)、管理功能、控制和操作（具備各種模式光儲、 光柴儲、柴儲、風光柴儲等多種模式無縫切換控制功能，切換時間不超過 20ms 等）、在線統計計算、畫面顯示功能、人機接口功能、通信接口、系統的自診斷和自恢復、維護功能、權限管理等。
總體原則
(1)系統采用的概念、技術、方法、設備，既可靠成熟，又能反映當今國際水平，并具有發展潛力。系統整體技術性能應達到目前國內微電網EMS系統建設的水平，并在一定時期內保持其性。
(2)系統軟件和硬件的選取應遵循開放系統規范，支持多種國際標準協議，包括采用具有開放的操作系統、數據庫、應用程序、開發工具、接口協議等。
(3)系統在系統容量、通信能力、處理能力等方面應具有擴充性，可以方便地進行產品升級、換代及功能擴充。系統采用的技術、方法和設備，為第三方應用提供開放的標準接口。在以后的升級中，能有效保護已有的投資，而且具有較高的綜合性能價格比。
(4)系統能每天正常工作24小時，每年運轉365天，所有設備具有高度的可靠性和優良的性能。
(5)系統具有高度的安全性和保密性，通過對系統分級保護、數據存儲權限的控制，以及網絡安全隔離等手段，來防止各種形式的對系統的非法侵入。
(6)系統管理員能夠對系統進行維護管理，并且在進行維護維修的時候，不影響系統的整體業務運行。同時記錄系統的各種文檔必須完整、準確，前后一致，將物理連接的準確性真實的記錄在相應的各種文檔中。各種文檔除本身記錄準確外，還必須保證相互之間邏輯上一致。方便移交后用戶維護的工作。
系統網絡結構
微電網EMS系統主要組成為 EMS 工作站主備、北斗對時裝置、協調控制器、通訊組網設備等，系統采用站控層、間隔層、就地層三層結構，系統結構示意圖如下圖所示：
EMS 工作站（或服務器）是整個系統的核心，主要功能為運行能量管理軟件，接收調度指令，下發控制指令至就地層。 EMS 服務器采用雙機熱備冗余形式，操作系統采用國產 Unix 或 Linux 安全操作系 統，確保涉網系統數據安全。設備形式采用機架式安裝，配套服務器柜安裝于設備集裝箱。
特點
主要特點
（1）EMS系統具備并網和孤島兩種模式控制算法，并且可以控制兩種運行模式間實現平滑切換；
（2）系統可對負荷用電進行長期和短期的預測，通過預測分析實現對微電網系統的高級能量管理，使微電網能夠安全經濟運行；
（3）系統支持對時功能，支持IEEE1588微妙級精確時鐘同步；
（4）支持C/S結構，支持多任務、多用戶前后臺實時處理；
（5）系統具備跨平臺運行特性，可運行在windows、linux、國產操作系統平臺；
系統性能要求
系統可靠性
（1）系統的年可靠率>99.9%；
（2）單元（模塊）器件平均N故障時間>50000 小時；
（3）重要（關鍵）器件平均N故障時間>100000 小時。
運行壽命
（1）所有設備的壽命在正常使用(具有一定備品)條件下不少于 15 年；
（2）所有設備在給定的性能指標下運行，連續 4000 小時內不需要人工調整和維護。
系統實時性指標
（1）遙測量越死區傳送時間小于 3 秒
（2）遙信變位傳送時間小于 2 秒
（3）遙控、遙調命令傳送時間小于 1 秒
（4）系統實時數據掃描時間 1~10 秒（可調）
（5）計算機遠程網絡通信中實時數據傳送時間小于 3 秒
（6）畫面調用響應時間小于 2 秒
（7）畫面實時數據刷新周期 1~10 秒（可調）
（8）模擬屏數據刷新周期 2~5 秒
（9）存檔最小時間間隔為 10min，最長保存周期為 6 個月
準確度
（1）遙測正確率大于99.5%
（2）遙信正確率100%
（3）遙控準確率100%
（4）遙調準確率100%
（5）站內分辨率小于等于2ms
（6）系統事故追憶(PDR)時間
（7）系統事故前追憶時間 15 分鐘
（8）系統事故后追憶時間 15 分鐘
系統負載率指標
電網正常情況下：
（1）在任意 5 分鐘內，服務器 CPU 的平均負荷率≤20%
（2）在任意 5 分鐘內，MMI 工作站 CPU 的平均負荷率≤30%
（3）在任意 5 分鐘內，主站局域網的平均負荷率≤10%
電網事故狀態下：
（1）在任意 1 分鐘內，服務器 CPU 的平均負荷率≤30%
（2）在任意 1 分鐘內，MMI 工作站 CPU 的平均負荷率≤40%
（3）在任意 1 分鐘內，主站局域網的平均負荷率≤20%
功能
微電網EMS主要包含數據采集、數據處理、報警處理、人機交互、實時統計、能量管理等功能；
數據采集
（1）各風電、光伏逆變器信息（發電狀態、功率，交/直流斷路器狀態，直流側電壓、電流，交流三相電壓、頻率、電流，溫度，各類報警信息等）；
（2）儲能變流器信息（充放電狀態、功率、交/直流斷路器狀態，直流側電壓、電流，交流三相電壓、頻率、電流，溫度，各類報警信息等）；
（3）電池管理系統信息（充放電狀態、功率、接觸器狀態，SOC、SOH，直流側電壓、電流，單體電池電壓、溫度，各類報警/保護信息等）；
（4）并網配電柜各多功能電表信息（相電壓、線電壓、三相電流、有功/無功功率、視在功率、功率因數、頻率、有功/無功電度等）；
（5）用戶配電柜各多功能電表信息（相電壓、線電壓、三相電流、有功/無功功率、視在功率、功率因數、頻率、有功/無功電度等）；
（6）儲能戶外柜信息（空調信息、消防系統信息）；
（7）柴油機系統（運行模式、功率、交流斷路器狀態，交流相電壓、線電壓、三相電流、有功/無功功率、視在功率、功率因數、頻率、有功/無功電度等）；
（8）氫燃料電池系統（運行模式、功率、交流斷路器狀態，交流相電壓、線電壓、三相電流、有功/無功功率、視在功率、功率因數、頻率、有功/無功電度等）；
數據處理
能量管理系統數據處理模塊提供模擬量處理、狀態量處理、非實測數據處理、計算及統計等功能。
（1）模擬量處理：模擬量描述各系統運行的實時量化值；對模擬量的處理能實現所有人工設置的模擬量應能自動列表顯示，并能根據該模擬量所屬廠站調出相應接線圖。
（2）狀態量處理：狀態量包括開關量和多狀態的數字量，具體為設備好壞狀態、開關位置、隔離刀閘、接地刀閘位置、保護硬接點狀態等其他各種信號量。狀態量可以人工設定，人工設置的狀態與采集狀態一致時，可以給出提示信息。
（3）非實測數據處理：非直接采集的數據稱為非實測數據，可能由人工輸入，也可能是通過計算得到。
（4）計算：具備自定義的公式計算及常用的標準計算功能。用戶可自定義標準計算功能。
（5）統計：對重要數據，如柴油機發電量、光伏發電量、儲能充放電量、充放電時間、故障電池數等進行統計分析。對于測量值的統計包括最大值、最小值、平均值及相應的時間統計。
報警處理
EMS系統具有事故報警和預告報警功能。事故報警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號；預告報警包括一般設備變位、狀態異常信息、模擬量或溫度量越限、計算機監控系統的軟、硬件狀態異常等。
人機交互
系統主頁
PCS系統監視概況
BMS監視概況
配電柜監視概況
逆變器監視概況
實時統計
EMS系統具備以下實時監測和統計功能：
（1）分布式電源發電統計：對分布式光伏電源的實時運行信息、報警信息進行全面的監視，并對光伏發電進行多方面的統計和分析，實現對分布式電源的全方面掌控。
（2）儲能監控：對儲能電池的實時運行信息、報警信息進行全面的監視，并對儲能進行多方面的統計和分析，實現對儲能的全方面掌控。
（3）負荷監控：有條件的負荷進行監視、控制和統計，并為低周減載、電網功率平衡控制分析等提供依據。
（4）配電網綜合監視與統計：統一監視配電系統運行的綜合信息，包括網上頻率、母線電壓、配電功率、并實時統計總發電出力、儲能剩余容量、總有功負荷、總無功負荷、敏感 負荷總有功、可控負荷總有功、可切除負荷總有功，并能監視各斷路器開關狀態、各支路有無功功率、各設備的報警等實時信息，制定響應策略，實現整個配電網的穩定控制。對外電網預留通訊接口，滿足功率，不提供額外設備。
能量管理
EMS系統可根據操作員輸入的命令實現斷路器、切換開關等的正常操作和其它必要的操作，可根據電源及負荷監測數據、統計結果進行平衡計算及策略響應。操作控制的執行結果 能夠反饋到相關設備圖上，其執行情況能產生正常(或異常)執行報告并可顯示。
開關控制功能
EMS 可遠程關斷配電柜所有回路斷路器（系統配置為手動回路斷路器除外），系統主界面，可準確顯示各回路斷路器狀態位置， 操作員輸入相應指令后可實現斷路器分/合操作。 自動模式下，EMS 可根據需求自動分/合相應斷路器。如切出部分負荷、多電源 切換時分/合部分電源開關。
光伏逆變器控制
EMS 可實時監測光伏逆變器運行狀態，具備連續有功調節、無功調節光伏逆變器功能。根 據系統運行狀態，實時調節光伏逆變器有功功率輸出。
儲能系統控制
EMS 可實時監測 BMS、PCS 運行狀態，可根據 BMS 指令及狀態動態調整 PCS 的充電模式、充電功率、充電電流、放電功率等運行參數。EMS 具備電池保護功能，根據 BMS 上傳指令及實時狀態控制 PCS 執行停機、待機、僅放電、僅充電等功能，并可根據 BMS 狀態對 PCS 下發連 續有功調節、無功調節指令。
柴發系統控制
EMS 可實時監測柴發的運行狀態，可以通過通訊方式監測柴發狀態，柴發供電回路安裝有斷路器和智能儀表，系統可以監測供電回路的電流電壓、功率及發電量，系統具備對柴發的控制回路控制功能。
離網并網邏輯控制
離網邏輯控制
離網控制邏輯主要處理在沒有市電參與情況下的孤島運行模式。實現穩定的自發、自儲、自銷調控；具體的運行邏輯如下圖所示：
針對邏輯流程，主要采用高效的C邏輯算法實現：
并網邏輯控制
并網控制邏輯主要處理在在市電參與情況下的并網運行模式。具體的運行邏輯如下圖所示：
針對邏輯流程，主要采用高效的C邏輯算法實現：
總結
ST890微電網EMS系統在整個微電網系統中處于核心地位，是對微電網執行測量、監視、控制、保護以及高級粗略實現的監控系統。在實現微電網的實時能量調度與管理、跟蹤、檢測等方面有舉足輕重的作用。
案例
項目位于高海拔地區，海拔高度約5400米，系統主要組成為EMS工作站、BMS、PCS、光伏發電，柴油發電機及負載等。
現場對多功能儀表、直流屏、光伏逆變器、BMS、PCS等設備進行數據采集，并網運行控制策略，離網控制策略調試。EMS可實時監測BMS、PCS運行狀態，可根據BMS指令及狀態動態調整PCS的充電模式、充電功率、充電電流、放電功率等運行參數。EMS具備電池保護功能，根據BMS上傳指令及實時狀態控制PCS執行停機、待機、僅放電、僅充電等功能，并可根據BMS狀態對PCS下發連續有功調節、無功調節指令。