基于IEC 61850的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

樊東亮 白俊平 朱春穎 聞娜 黃亮 王健

摘 要：隨著近幾年社會經(jīng)濟對能源需求量的增大，對環(huán)境保護意識的增強，分布式新型能源發(fā)展較為迅猛。由于標準不統(tǒng)一，不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備間無法互聯(lián)，造成能量管理混亂。針對這一問題，該文提出一種基于IEC 61850標準的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)可行性設(shè)計方案。該設(shè)計方案采用三層網(wǎng)絡(luò)通信體系，構(gòu)建統(tǒng)一IEC 61850模型，實現(xiàn)對分布式電源、儲能、負荷及開關(guān)設(shè)備進行管理監(jiān)控。運行表明，該方案設(shè)計合理、安全、可靠，實現(xiàn)了對微電網(wǎng)的管理效率和水平的提高。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng) 管理系統(tǒng) 設(shè)計

中圖分類號：TM61 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）01（b）-00-02

微電網(wǎng)（Micro-Grid）是一種集合了分布式電源、負荷、儲能系統(tǒng)和控制裝置等的新興網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[1]。目前由于分布式電源控制設(shè)備生產(chǎn)廠家不同，導(dǎo)致通信數(shù)據(jù)接口不一致，一直成為微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)走向集成化的重要瓶頸。隨著IEC 61850通信標準的引入，成為解決此項問題的重要途徑。

國際電工委員會制定了IEC 61850數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的國際標準，它規(guī)范了數(shù)據(jù)的命名、數(shù)據(jù)定義、設(shè)備行為、設(shè)備的自描述特征和通用配置語言[2，3]。隨著IEC 61850 逐步成熟和廣泛應(yīng)用，其技術(shù)已推廣到微電網(wǎng)控制系統(tǒng)當中[4，5]。

1 系統(tǒng)通信設(shè)計

此設(shè)計通信網(wǎng)絡(luò)采用三層網(wǎng)絡(luò)通信體系，主要包括微網(wǎng)主站層、協(xié)議轉(zhuǎn)換層、微網(wǎng)設(shè)備層。系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

微電網(wǎng)設(shè)備層主要包括風力發(fā)電機、光伏陣列、儲能電池等能源設(shè)備。由于每種設(shè)備廠商不同，都有單獨的通信協(xié)議，造成同主站系統(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)交換困難，協(xié)議轉(zhuǎn)換層采用協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)器和交換機實現(xiàn)底層設(shè)備同主站設(shè)備之間通信。該系統(tǒng)通信采用C/S（客戶機/服務(wù)器）通信方式，服務(wù)器采用雙機冗余熱備用，為微電網(wǎng)的數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。

2 系統(tǒng)建模方法

該設(shè)計根據(jù)IEC 61850標準定義規(guī)范，針對不同邏輯設(shè)備建立相關(guān)模型。圖2以微電網(wǎng)中光伏發(fā)電單元為例，介紹微電網(wǎng)發(fā)電設(shè)備的建模方法。光伏電站邏輯設(shè)備對應(yīng)PVLD，MMXU為電氣測量邏輯節(jié)點，主要測量頻率、總有功功率、總無功功率、線電壓、相電壓、相電流等電氣參數(shù)[6]。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對微電網(wǎng)中各分布式電源的控制調(diào)節(jié)、“四遙”等功能。該系統(tǒng)平臺主要由系統(tǒng)管理、高級應(yīng)用和運行監(jiān)控三大部分組成。

（1）系統(tǒng)管理主要實現(xiàn)對管理人員權(quán)限設(shè)置，設(shè)備添加、刪除及修改，網(wǎng)絡(luò)拓撲圖形管理，網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)置等功能。

（2）高級應(yīng)用主要包含數(shù)據(jù)預(yù)測、數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化管理三方面，系統(tǒng)可根據(jù)上傳數(shù)據(jù)信息預(yù)測短期風、光設(shè)備發(fā)電量、需求側(cè)負荷及電價等功能；微電網(wǎng)優(yōu)化能量經(jīng)濟調(diào)度通過對歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)進行分析，做出科學(xué)的評估預(yù)測，調(diào)整能量調(diào)度策略，優(yōu)化運行方式，實現(xiàn)風光儲供合理經(jīng)濟運行。

（3）運行監(jiān)控模塊主要實現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控、故障異常報警、通信狀態(tài)監(jiān)測等功能。

4 結(jié)語

該文詳細闡述了IEC 61850標準、系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)組成、系統(tǒng)設(shè)備建模方法及能量管理系統(tǒng)軟件設(shè)計，通過利用IEC 61850標準優(yōu)勢構(gòu)建微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，從而大大提升了微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的工作效率和經(jīng)濟成本，運行表明，該方案具有較高的實際應(yīng)用價值。

參考文獻

[1] 劉美珺.微電網(wǎng)技術(shù)研巧現(xiàn)狀與發(fā)展前景概述[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（27）：200.

[2] 陳安偉.IEC 61850在變電站中的工程應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2012.

[3] IEC.IEC 61850 Communication networks and systems in substations[S].Geneva，Switzerland：IEC，2003.

[4] 張鐵峰，苗慧鵬，辛紅汪，等.基于IEC 61850 的光伏監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].電力信息與通信技術(shù)，2014，12（1）：60-64.

[5] 蹇芳，李建泉，吳小云.基于IEC61850標準的微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)[J].大功率變流技術(shù)，2012（2）：26-29.

[6] 趙妍.基于IEC61850保護測控裝置的建模與通信[D].南京郵電大學(xué)，2013.