概述

微电网是包含分布式能源和负荷的中、低压交/直流电力系统。根据微电网与大电网的连接关系，微电网可分为独立型和并网型两类。其中，独 立型微电网与大电网之间没有电气连接，且仅运行于孤岛模式；并网型微电网作为一个可控单元与大电网连接并可工作于并网模式与孤岛模式。

ST895微电网EMS具备对光伏、储能、配电系统、柴油发电进行综合监测、分析、控制的系统模块，主要功能包括：数据采集与处理、报警处理、 控制和操作记录(包括人工操 作、控制器自动控制、电网能量管理系统自动控制、电网稳定控制、互动服务、优化调度、 安全校核、源网荷储协同 优化、负荷管理等)、管理功能、控制和操作（具备各种模式光储、 光柴储、柴储、风光柴储等多种模式无缝切换控制功能，切换时间不超过 20ms 等）、在线统计计算、画面显示功能、人机接口功能、通信接口、系统的自诊断和自恢复、维护功能、权限管理等。

总体原则

(1)系统采用的概念、技术、方法、设备，既可靠成熟，又能反映当今国际水平，并具有发展潜力。系统整体技术性能应达到目前国内微电网EMS系统建设的水平，并在一定时期内保持其性。

(2)系统软件和硬件的选取应遵循开放系统规范，支持多种国际标准协议，包括采用具有开放的操作系统、数据库、应用程序、开发工具、接口协议等。

(3)系统在系统容量、通信能力、处理能力等方面应具有扩充性，可以方便地进行产品升级、换代及功能扩充。系统采用的技术、方法和设备，为第三方应用提供开放的标准接口。在以后的升级中，能有效保护已有的投资，而且具有较高的综合性能价格比。

(4)系统能每天正常工作24小时，每年运转365天，所有设备具有高度的可靠性和优良的性能。

(5)系统具有高度的安全性和保密性，通过对系统分级保护、数据存储权限的控制，以及网络安全隔离等手段，来防止各种形式的对系统的非法侵入。

(6)系统管理员能够对系统进行维护管理，并且在进行维护维修的时候，不影响系统的整体业务运行。同时记录系统的各种文档必须完整、准确，前后一致，将物理连接的准确性真实的记录在相应的各种文档中。各种文档除本身记录准确外，还必须保证相互之间逻辑上一致。方便移交后用户维护的工作。

系统网络结构

微电网EMS系统主要组成为 EMS 工作站主备、北斗对时装置、协调控制器、通讯组网设备等，系统采用站控层、间隔层、就地层三层结构，系统结构示意图如下图所示：

EMS 工作站（或服务器）是整个系统的核心，主要功能为运行能量管理软件，接收调度指令，下发控制指令至就地层。 EMS 服务器采用双机热备冗余形式，操作系统采用国产 Unix 或 Linux 安全操作系 统，确保涉网系统数据安全。设备形式采用机架式安装，配套服务器柜安装于设备集装箱。

特点

主要特点

（1）EMS系统具备并网和孤岛两种模式控制算法，并且可以控制两种运行模式间实现平滑切换；

（2）系统可对负荷用电进行长期和短期的预测，通过预测分析实现对微电网系统的高级能量管理，使微电网能够安全经济运行；

（3）系统支持对时功能，支持IEEE1588微妙级精确时钟同步；

（4）支持C/S结构，支持多任务、多用户前后台实时处理；

（5）系统具备跨平台运行特性，可运行在windows、linux、国产操作系统平台；

系统性能要求

系统可靠性

（1）系统的年可靠率>99.9%；

（2）单元（模块）器件平均N故障时间>50000 小时；

（3）重要（关键）器件平均N故障时间>100000 小时。

运行寿命

（1）所有设备的寿命在正常使用(具有一定备品)条件下不少于 15 年；

（2）所有设备在给定的性能指标下运行，连续 4000 小时内不需要人工调整和维护。

系统实时性指标

（1）遥测量越死区传送时间小于 3 秒

（2）遥信变位传送时间小于 2 秒

（3）遥控、遥调命令传送时间小于 1 秒

（4）系统实时数据扫描时间 1~10 秒（可调）

（5）计算机远程网络通信中实时数据传送时间小于 3 秒

（6）画面调用响应时间小于 2 秒

（7）画面实时数据刷新周期 1~10 秒（可调）

（8）模拟屏数据刷新周期 2~5 秒

（9）存档最小时间间隔为 10min，最长保存周期为 6 个月

准确度

（1）遥测正确率大于99.5%

（2）遥信正确率100%

（3）遥控准确率100%

（4）遥调准确率100%

（5）站内分辨率小于等于2ms

（6）系统事故追忆(PDR)时间

（7）系统事故前追忆时间 15 分钟

（8）系统事故后追忆时间 15 分钟

系统负载率指标

电网正常情况下：

（1）在任意 5 分钟内，服务器 CPU 的平均负荷率≤20%

（2）在任意 5 分钟内，MMI 工作站 CPU 的平均负荷率≤30%

（3）在任意 5 分钟内，主站局域网的平均负荷率≤10%

电网事故状态下：

（1）在任意 1 分钟内，服务器 CPU 的平均负荷率≤30%

（2）在任意 1 分钟内，MMI 工作站 CPU 的平均负荷率≤40%

（3）在任意 1 分钟内，主站局域网的平均负荷率≤20%

功能

微电网EMS主要包含数据采集、数据处理、报警处理、人机交互、实时统计、能量管理等功能；

数据采集

（1）各风电、光伏逆变器信息（发电状态、功率，交/直流断路器状态，直流侧电压、电流，交流三相电压、频率、电流，温度，各类报警信息等）；

（2）储能变流器信息（充放电状态、功率、交/直流断路器状态，直流侧电压、电流，交流三相电压、频率、电流，温度，各类报警信息等）；

（3）电池管理系统信息（充放电状态、功率、接触器状态，SOC、SOH，直流侧电压、电流，单体电池电压、温度，各类报警/保护信息等）；

（4）并网配电柜各多功能电表信息（相电压、线电压、三相电流、有功/无功功率、视在功率、功率因数、频率、有功/无功电度等）；

（5）用户配电柜各多功能电表信息（相电压、线电压、三相电流、有功/无功功率、视在功率、功率因数、频率、有功/无功电度等）；

（6）储能户外柜信息（空调信息、消防系统信息）；

（7）柴油机系统（运行模式、功率、交流断路器状态，交流相电压、线电压、三相电流、有功/无功功率、视在功率、功率因数、频率、有功/无功电度等）；

（8）氢燃料电池系统（运行模式、功率、交流断路器状态，交流相电压、线电压、三相电流、有功/无功功率、视在功率、功率因数、频率、有功/无功电度等）；

数据处理

能量管理系统数据处理模块提供模拟量处理、状态量处理、非实测数据处理、计算及统计等功能。

（1）模拟量处理：模拟量描述各系统运行的实时量化值；对模拟量的处理能实现所有人工设置的模拟量应能自动列表显示，并能根据该模拟量所属厂站调出相应接线图。

（2）状态量处理：状态量包括开关量和多状态的数字量，具体为设备好坏状态、开关位置、隔离刀闸、接地刀闸位置、保护硬接点状态等其他各种信号量。状态量可以人工设定，人工设置的状态与采集状态一致时，可以给出提示信息。

（3）非实测数据处理：非直接采集的数据称为非实测数据，可能由人工输入，也可能是通过计算得到。

（4）计算：具备自定义的公式计算及常用的标准计算功能。用户可自定义标准计算功能。

（5）统计：对重要数据，如柴油机发电量、光伏发电量、储能充放电量、充放电时间、故障电池数等进行统计分析。对于测量值的统计包括最大值、最小值、平均值及相应的时间统计。

报警处理

EMS系统具有事故报警和预告报警功能。事故报警包括非正常操作引起的断路器跳闸和保护装置动作信号；预告报警包括一般设备变位、状态异常信息、模拟量或温度量越限、计算机监控系统的软、硬件状态异常等。

人机交互

系统主页

PCS系统监视概况

BMS监视概况

配电柜监视概况

逆变器监视概况

实时统计

EMS系统具备以下实时监测和统计功能：

（1）分布式电源发电统计：对分布式光伏电源的实时运行信息、报警信息进行全面的监视，并对光伏发电进行多方面的统计和分析，实现对分布式电源的全方面掌控。

（2）储能监控：对储能电池的实时运行信息、报警信息进行全面的监视，并对储能进行多方面的统计和分析，实现对储能的全方面掌控。

（3）负荷监控：有条件的负荷进行监视、控制和统计，并为低周减载、电网功率平衡控制分析等提供依据。

（4）配电网综合监视与统计：统一监视配电系统运行的综合信息，包括网上频率、母线电压、配电功率、并实时统计总发电出力、储能剩余容量、总有功负荷、总无功负荷、敏感 负荷总有功、可控负荷总有功、可切除负荷总有功，并能监视各断路器开关状态、各支路有无功功率、各设备的报警等实时信息，制定响应策略，实现整个配电网的稳定控制。对外电网预留通讯接口，满足功率，不提供额外设备。

能量管理

EMS系统可根据操作员输入的命令实现断路器、切换开关等的正常操作和其它必要的操作，可根据电源及负荷监测数据、统计结果进行平衡计算及策略响应。操作控制的执行结果 能够反馈到相关设备图上，其执行情况能产生正常(或异常)执行报告并可显示。

开关控制功能

EMS 可远程关断配电柜所有回路断路器（系统配置为手动回路断路器除外），系统主界面，可准确显示各回路断路器状态位置， 操作员输入相应指令后可实现断路器分/合操作。 自动模式下，EMS 可根据需求自动分/合相应断路器。如切出部分负荷、多电源 切换时分/合部分电源开关。

光伏逆变器控制

EMS 可实时监测光伏逆变器运行状态，具备连续有功调节、无功调节光伏逆变器功能。根 据系统运行状态，实时调节光伏逆变器有功功率输出。

储能系统控制

EMS 可实时监测 BMS、PCS 运行状态，可根据 BMS 指令及状态动态调整 PCS 的充电模式、充电功率、充电电流、放电功率等运行参数。EMS 具备电池保护功能，根据 BMS 上传指令及实时状态控制 PCS 执行停机、待机、仅放电、仅充电等功能，并可根据 BMS 状态对 PCS 下发连 续有功调节、无功调节指令。

柴发系统控制

EMS 可实时监测柴发的运行状态，可以通过通讯方式监测柴发状态，柴发供电回路安装有断路器和智能仪表，系统可以监测供电回路的电流电压、功率及发电量，系统具备对柴发的控制回路控制功能。

离网并网逻辑控制

离网逻辑控制

离网控制逻辑主要处理在没有市电参与情况下的孤岛运行模式。实现稳定的自发、自储、自销调控；具体的运行逻辑如下图所示：

针对逻辑流程，主要采用高效的C逻辑算法实现：

并网逻辑控制

并网控制逻辑主要处理在在市电参与情况下的并网运行模式。具体的运行逻辑如下图所示：

针对逻辑流程，主要采用高效的C逻辑算法实现：

总结

ST890微电网EMS系统在整个微电网系统中处于核心地位，是对微电网执行测量、监视、控制、保护以及高级粗略实现的监控系统。在实现微电网的实时能量调度与管理、跟踪、检测等方面有举足轻重的作用。

案例

项目位于高海拔地区，海拔高度约5400米，系统主要组成为EMS工作站、BMS、PCS、光伏发电，柴油发电机及负载等。

现场对多功能仪表、直流屏、光伏逆变器、BMS、PCS等设备进行数据采集，并网运行控制策略，离网控制策略调试。EMS可实时监测BMS、PCS运行状态，可根据BMS指令及状态动态调整PCS的充电模式、充电功率、充电电流、放电功率等运行参数。EMS具备电池保护功能，根据BMS上传指令及实时状态控制PCS执行停机、待机、仅放电、仅充电等功能，并可根据BMS状态对PCS下发连续有功调节、无功调节指令。