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摘要：随着微电网技术不断进步，微电网系统的建设规模和实用化水平不断提高，已由含单一新能源和较小负荷的小型系统逐渐向含多种新能源和较大负荷的较大型中压系统发展，其作用也由早期的试验性和示范性逐渐向实用性和商业化运营过渡，系统功能也更加完善和复杂；因此将园区型微电网系统的各种业务功能集中到统一的控制平台，即形成一体化控制系统，将有利于降低建设和运营成本，对微电网技术的推广和应用具有重要意义。本文将针对如何构建园区型微电网的一体化控制系统的关键技术进行研究和分析。
关键词：微电网；能量管理；一体化控制系统
1 园区型微电网的一体化控制系统概述
微电网系统里面既有微电网监控，又包含配网自动化、计量自动化、保护信息监视等功能，若按传统电网的建设思路，分开建设多个子系统，不仅建设耗费人力物力，投产后的运营和维护也将极为不便。因此从微电网建设和运营的集约化角度考虑，有必要将园区型微电网系统的各种业务功能集中到统一的控制平台，即形成一体化控制系统，这将有利于降低建设和运营成本，并对微电网技术的推广和应用具有重要意义。
微电网控制系统是整个微电网系统协调控制的核心，是实现微电网安全、稳定、高效运行和可再生能源最大化利用的重要工具和基本保障。为确保形成一体化控制系统，要求一体化控制系统的支撑平台能为不同应用提供统一的服务和管理，将园区微电网中的所有分布式电源系统运行数据、系统保护信息、各配电终端数据、智能用电数据和视频监控信息均通过专用数据网上送到统一的数据采集平台，主站系统在遵循SOA 架构体系和统一模型基础上，将园区微电网监控、微电网管理、保护信息监视、配网自动化、智能计量、智能用电、视频及环境监控、综合能量管理等功能集中到统一的智能控制平台上，从而实现园区型微电网系统的一体化和集约化控制。
2 园区型微电网一体化终端硬件方案设计
一体化终端的硬件方案采用模块化结构设计思想，将设备分为 5 类模块，分别是终端通信模块、底层设备通信模块、数据存储模块、双向计量模块和人机界面模块，总体设计框如图1所示。
2.1终端通信模块设计
针对微电网优化运行和分布式电源远程监控的通信保障，设计装置的终端通信模块。户用微电网一体化终端的通信存在数据量大并且通信距离长的问题。基于通信速率和通信可靠性的考虑，采用以太网等基于网线的通信方式，网络中需配置有交换机。同时，户用微电网一体化终端提供WIFI通信接口，方便用户利用手持终端或其他设备与一体化终端进行通信。终端通信模块互联框图如图2所示。其中，DP83848C为集成以太网控制芯片，具有全功能、低功耗等性能。
2.2底层设备通信模块设计
为提供底层接口，与不具备以太网功能的设备如光伏并网逆变器、UPS 和能量测量装置等进行互联，设计底层设备通信模块。
采用CAN总线和RS-485的总线型通信方式每户布置一条屏蔽线双绞线，由分布式能源系统和储能系统位置拉入终端位置（若分布式能源系统与储能系统不在同一位置，则由二者的远端布线，并联连接即可）。RS-485电平转换芯片采用的ADM2483差分总线收发器，针对平衡传输线路而设计。CAN差分电平转换芯片采用PCA82C50，符合“ISO11898”标准，具有抗瞬间干扰，保护总线的能力。
2.3数据存储模块设计
为对运行日志和关键数据进行存储，便于对系统进行诊断和分析数据，设计数据存储模块。存储模块分为2 个部分： 串行 Flash 和大容量 SD 卡。串行 Flash 主要用于保存 LCD 显示屏的图片数据，以及用户的自定义参数设置； 大容量 SD 卡用于存储运行日志和运行关键数据。该设计可保证在不影响装置正常运行的情况下读取运行关键数据。
2.4双向计量模块设计
嵌入式双向计量模块为独立模块，其功能设定是进行两路双向电能计量并具备与上层通讯的能力。双向计量模块能高精度计量双向电能、谐波、电能质量等数据，通过数字接口通讯实现计量上传等功能，并可实现用户购电、用户售电和用户自发自用电补贴计量计费，支持复费率和费率阶梯电价等灵活的市场计量方式。嵌入式双向计量模块的系统框图如图3所示。
2.5人机交互设计
以 LCD 的方式显示设备的运行状态，自定义运行参数以及查看日志，设计人机交互功能。LCD触摸屏采用第三方独立系统方案，该模块集成了ARM 和FPGA 芯片，对 LCD 触摸屏进行独立的驱动控制，微电网装置 CPU 只需通过通信串口与LCD 模块进行数据交换，便可完成人机界面交互功能。
3 园区型微电网监控与能量管理一体化系统研究
在建设微电网监控与能量管理一体化系统时,本文借鉴了IEC61850标准中智能变电站建设的相关经验，将智能变电站中的三层结构应用到本系统中，映射为优化层、管理层和设备层3个逻辑层次，如图4所示。
1)设备层:完成类似过程层的相关功能，如电能供给、设备开断和底层控制命令执行等，包括风电机组、光伏电池、微型燃气轮机(MT)等发电设备，蓄电池、超级电容等储能设备，断路器、隔离开关、电子式电流/电压互感器等开关和量测设备，以及其他独立的智能电子装置。
2)管理层:完成类似间隔层承上启下的相关功能，如电气量采集、设备运行状态监测和能量管理策略制定等。管理层是设备层与优化层之间信息交互的枢纽，包括MMEMD及其他测控装置。
3)优化层:完成类似站控层与接口相关的功能，如与远方控制中心和工程师站通信，提供微电网运行的人机联系界面等，由微电网监控与能量管理优化软件及其他辅助功能系统组成。考虑到微电网系统规模通常不大，优化层功能宜高度集成，可由一台计算机实现。
4系统典型配置方案
园区型微电网一体化控制系统应在遵循三层控制体系架构的基础上，不仅在系统功能上需要进行统一和集中管理，在主站系统的硬件配置上也应该根据系统的建设规模和各业务功能特点，在满足微电网系统运行监控需要的基础上进行合理的归并和整合，从系统硬件设备上实现集约化建设和运营的需要。图5所示为某园区型微电网一体化控制系统的配置方案。
如图5所示，中央控制器主要对应系统的集中控制层，体现园区型微电网三层控制体系架构。传统电网的主站系统中一般根据不同的业务功能，如配网自动化、计量自动化等业务功能，分别配置应用服务器。由于本文所提的微电网一体化控制系统将相关业务集中到了同一的控制平台，因此图5中将传统主站中依据不同业务功能而配置的服务器群，均归并为同一台服务器，相关的工作站也根据实际需要适当进行了归并处理，从而从硬件设备上实现统一集中的配置。
图5所示的系统配置方案主要是在分析微电网系统的节点数量、数据采集量、业务功能需求等信息的基础上，结合采购的服务器等硬件设备的性能指标来进行配置，在配置过程中主要根据经验来进行分析和处理。对于不同类型和不同规模的园区型微电网系统，并不一定将所有业务功能归并到同一台服务器，而应根据系统规模和实际需求进行适当的归并和配置，由于根据经验来进行归并配置具有一定局限性和不精确性，因此有必要探索采用量化的综合归并评价方法，这有待进一步研究。
5结束语
综上所述，本文在充分考虑园区型微电网安全稳定运行的基础上，提出一种适用于园区型微电网的一体化控制系统，对一体化控制系统的硬件构成（终端通信模块、底层设备通信模块、数据存储模块、双向计量模块和人机界面模块）进行详细的分析和说明，介绍了园区型微电网监控与能量管理一体化系统结构，最后给出了园区型微电网一体化控制系统典型配置方案。文中所提的一体化控制系统主要适应于规模较大且将商业化运营的微电网系统，如工业园区、住宅小区、海岛等微电网系统，这将对我国微电网技术的进一步推广和应用具有重要意义。
参考文献
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论文作者:杨涛
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/4
标签：电网论文; 系统论文; 模块论文; 园区论文; 控制系统论文; 终端论文; 通信论文; 《电力设备》2017年第14期论文;