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大力發展可再生能源已成為全球性的能源戰略，微電網技術是提高可再生能源發電靈活性和可控性的有效途徑，但微電網的技術復雜性和經濟性一直制約其規模化推廣使用。并且隨著可再生能源的規模化發展，我國大電網存在著越來越嚴重的安全性和可靠性問題，目前微電網技術應用主要還是國家相關示范工程，技術商業應用尚未清晰，行業還處于系統關鍵技術研究階段。
1園區光儲充微電網的必要性
隨著近幾年光伏及充電樁迅速發展，城市電氣化的不斷深入，規模化的光伏電站及充電站對城市電網的沖擊尤為突出[9]。利用光儲充微電網進行功率調整對區域性配電網顯得越來越重要，本文針對工業園區光儲充微電網進行分析，具體如下。
1）光伏電站角度。當前很多公司建設光伏電站，卻并未考慮到光伏電站對電網產生的影響，并且自給率很低。大規模應用對電網的穩定性產生較大沖擊，使得國網公司對光伏并入電網進行一定的限制。
2）充電站角度。充電站易出現集中性額定功率充電，產生用電高峰，對電網造成一定的波動，可通過增配儲能來進行有效地。
3）配電網角度。由于城市初期配電線路的容量規劃并未考慮大規模充電樁的建設，充電樁對電網產生的負荷壓力，使得變壓器及配網線路不得不進行改造。故可增加儲能及光伏使得充電站在用電高峰從電網側需求功率大大減少，實現線路上的負荷平移，符合電網初期建設投入及穩定性。而且對于計劃或非計劃（包括突發災害）而導致的停電，儲能也可提供一定的后備保障，提高電網的健壯性。
4）經濟角度。園區用電和充電站的峰谷用電量及峰谷電價差距大。可通過園區加入儲能，建設園區光儲微電網來實現峰谷填移。投資者只需幾年便可收回成本，取得收益。而且隨著國家對儲能補貼的制定及光伏平價上網，建設園區光儲微電網的經濟性更為明顯。
5）綜合需求角度。隨著近幾年光伏、新能源汽車和儲能的迅猛發展，各工業園都會選擇在本園區投資建設光伏、充電樁亦或儲能。但建設光伏、充電樁和儲能的廠家大都是孤立的，沒有進行各系統功率的協調。本系統解決的就是綜合各系統功能，可自由組合，充分發揮光伏電站、充電站和儲能的功能，能取得良好的經濟效益和社會效益。
2園區光儲充微電網系統
由于工業園區和充電站的占地面積比較大，無須考慮占地問題，是建設光儲充微電網系統的良好條件。
本系統接入示意圖如圖1所示。采用三相交流母線的方式，將各光伏子系統、儲能子系統及充電樁通過交流母線聯絡在一起，并于電網側并網接入。微電網監控裝置可對微電網進行實時的監測與控制，主要包括監測配電網功率和電能質量，對光伏電站數據采集和必要時的功率限制，通過對儲能電站充放電控制進行峰谷填移，實現良好的經濟效益，對充電站的數據采集并進行功率分配。而云平臺管理則可通過微電網監控裝置獲取的信息進行數據存儲、預測分析和優化調度，并且可對微電網監控裝置的下發命令，實時控制各子系統。園區光儲充微電網接入示意圖如圖1所示。
圖1園區光儲充微電網接入示意圖
3相關控制策略
| 序號 | 系統組成 | 運行模式 | 控制邏輯 |
| 1 | 市電+負荷+儲能 | 峰谷套利 | 根據分時電價，設置晚上低價時段充電、白天高價時段放電，根據峰谷價差進行套利 |
| 2 | 需量控制 | 根據變壓器的容量設定值，判斷儲能的充放電，使得變壓器容量保持在設定容量值以下，降低需量電費 | |
| 3 | 動態擴容 | 對于出現大功率的設備，且持續時間比較短時，可以通過控制儲能放電進行補充該部分的功率需求， | |
| 4 | 需求響應 | 根據電網調度的需求，在電網出現用電高峰時進行放電、在電網出現用電低谷時進行充電； | |
| 5 | 平抑波動 | 根據負荷的用電功率變化，進行充放電的控制，如功率變化率大于某個設定值，進行放電，主要用于降低電網沖擊 | |
| 6 | 備用 | 當電網出現故障時，啟動儲能系統，對重要負荷進行供電，保證生產用電 | |
| 7 | 市電+負荷+光伏 | 自發自用、余電上網 | 光伏發電優先供自己負荷使用，多余的電進行上網，不足的由市電補充 |
| 8 | 自發自用 | 主要針對光伏多發時，存在一個防逆流控制，調節光伏逆變器的功率輸出，讓變壓器的輸出功率接近為0 | |
| 9 | 市電+負荷+光伏+儲能 | 自發自用 | 通過設置PCC點的功率值，系統控制PCC點功率穩定在設置值。在這種狀態下，系統處于自發自用的狀態下，即： 1）當分布式電源輸出功率大于負載功率時，不能完*被負載消耗時，增加負載或儲能系統充電。 2）當分布式電源輸出功率小于負載功率時，不夠負載消耗時，減少負載（或者調節充電功率）或者儲能系統對負載放電。 |
| 10 | 削峰填谷 | 1）根據用戶用電規律，設置峰值和谷值，當電網功率大于峰值時，儲能系統放電，以此來降低負荷高峰；當電網功率小于谷值時，儲能系統充電，以此來填補負荷低谷，使發電、用電趨于平衡。 2)根據分布式電源發電規律，設置峰值和谷值，當電網功率大于峰值時，儲能系統充電，以此來降低發電高峰；當電網功率小于谷值時，儲能系統放電，以此來填補發電低谷，使發電、用電趨于平衡。 | |
| 11 | 需量控制 | 在光伏系統*大化出力的情況下，如果負荷功率仍然超過設置的需量功率，則控制儲能系統出力，平抑超出需量部分的功率，增加系統的經濟性。 | |
| 12 | 動態擴容 | 對于出現高負荷時，優先利用光儲系統對負荷進行供電，保證變壓器不超載 | |
| 13 | 需求響應 | 根據電網調度的需求，在電網出現用電高峰時進行放電或者充電樁降功率或停止充電、在電網出現用電低谷時進行充電或者充電充電； | |
| 14 | 有序充電 | 在變壓器容量范圍內進行充電，如果充電功率接近變壓容量限值，優先控制光伏*大功率輸出或儲能進行放電，如果光儲仍不滿足充電需求，則進行降功率運行，直至切除部分充電樁（改變充電行為），對于充電樁的切除按照后充先切，先來后切的方式進行有序的充電。（有些是以充電時間與充電功率為控制變量，以充電費用或者峰谷差*小為目標） | |
| 15 | 經濟優化調度 | 對發電用進行預測，結合分時電價，以用電成本*少為目標進行策略制定 | |
| 16 | 平抑波動 | 根據負荷的用電功率變化，進行充放電的控制，如功率變化率大于某個設定值，進行放電，主要用于降低電網沖擊 | |
| 17 | 力調控制 | 跟蹤關口功率因數，控制儲能PCS連續調節無功功率輸出 | |
| 18 | 電池維護策略 | 定期對電池進行一次100%DOD深充深放循環；通過系統下發指令，更改BMS的充滿和放空保護限值，以滿足100%DOD充放，系統按照正常調度策略運行 | |
| 19 | 熱管理策略 | 基于電池的*高溫度，控制多臺空調的啟停 |
. 削峰填谷：配合儲能設備、低充高放
. 需量控制：能量儲存、充放電功率跟蹤
. 備用電源
. 柔性擴容：短期用電功率大于變壓器容量時，儲能放電，滿足負載用能要求
4核心功能
1）多種協議
支持多種規約協議，包括：ModbusTCP/RTU、DL/T645-07/97、IEC60870-5-101/103/104、MQTT、CDT、第三方協議定制等。
2）多種通訊方式
支持多種通信方式：串口、網口、WIFI、4G。
3）通信管理
提供通信通道配置、通信參數設定、通信運行監視和管理等。提供規約調試的工具，可監視收發原碼、報文解析、通道狀態等。
4）智能策略
系統支持自定義控制策略，如削峰填谷、需量控制、動態擴容、后備電源、平抑波動、有序充電、逆功率保護等策略，保障用戶的經濟性與安全性。
5）全量監控
覆蓋傳統EMS盲區，可接入多種協議和不同廠家設備實現統一監制，實現環境、安防、消防、視頻監控、電能質量、計量、繼電保護等多系統和設備的全量接入。
5系統功能
系統主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷情況，體現系統主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、告警信息、收益、環境等。
. 儲能監控
系統綜合數據：電參量數據、充放電量數據、節能減排數據；
運行模式：峰谷模式、計劃曲線、需量控制等；
統計電量、收益等數據；
儲能系統功率曲線、充放電量對比圖，實時掌握儲能系統的整體運行水平。
. 光伏監控
光伏系統總出力情況
逆變器直流側、交流側運行狀態監測及報警
逆變器及電站發電量統計及分析
并網柜電力監測及發電量統計
電站發電量年有效利用小時數統計，識別低效發電電站；
發電收益統計(補貼收益、并網收益)
輻照度/風力/環境溫濕度監測
并網電能質量監測及分析
. 光伏預測
以海量發電和環境數據為根源，以高精度數值氣象預報為基礎，采用多維度同構異質BP、LSTM神經網絡光功率預測方法。
時間分辨率：15min
超短期未來4h預測精度＞90%
短期未來72h預測精度＞80%
短期光伏功率預測
超短期光伏功率預測
數值天氣預報管理
誤差統計計算
實時數據管理
歷史數據管理
光伏功率預測數據人機界面
. 風電監控
風力發電系統總出力情況
逆變器直流側、交流側運行狀態監測及報警
逆變器及電站發電量統計及分析
并網柜電力監測及發電量統計
電站發電量年有效利用小時數統計，識別低效發電電站；
發電收益統計(補貼收益、并網收益)
風力/風速/氣壓/環境溫濕度監測
并網電能質量監測及分析
. 充電樁系統
實時監測充電系統的充電電壓、電流、功率及各充電樁運行狀態；
統計各充電樁充電量、電費等；
針對異常信息進行故障告警；
根據用電負荷柔性調節充電功率。
. 電能質量
對整個系統范圍內的電能質量和電能可靠性狀況進行持續性的監測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩態數據和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態數據進行監測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進行監測。
6設備選型
| 序號 | 名稱 | 圖片 | 型號 | 功能說明 | 使用場景 |
| 1 | 微機保護裝置 |
| AM6、AM5SE | 110kv及以下電壓等級線路、主變、電動機、電容器、母聯等回路保護、測控裝置 | 110kV、35kV、10kV |
| 2 | 電能質量在線監測裝置 |
| APView500 | 集諧波分析/波形采樣/電壓閃變監測/電壓不平衡度監測、電壓暫降/暫升/短時中斷等暫態監測、事件記錄、測量控制等功能為一體，滿足A*電能質量評估標準，能夠滿足110kv及以下供電系統電能質量監測的要求 | 110kV、35kV、10kV、0.4kV |
| 3 | 防孤島保護裝置 |
| AM5SE-IS | 防止分布式電源并網發電系統非計劃持續孤島運行的繼電保護措施，防止電網出現孤島效應。裝置具有低電壓保護、過電壓保護、高頻保護、低頻保護、逆功率保護、檢同期、有壓合閘等保護功能 | 110kV、35kV、10kV、0.4kV |
| 4 | 多功能儀表 |
| APM520 | 全電力參數測量、復費率電能計量、四象限電能計量、諧波分析以及電能監測和考核管理。 接口功能：帶有RS485/MODBUS協議 | 并網柜、進線柜、母聯柜以及重要回路 |
| 5 | 多功能儀表 |
| AEM96 | 具有全電量測量，諧波畸變率、分時電能統計，開關量輸入輸出，模擬量輸入輸出。 | 主要用于電能計量和監測 |
| 6 | 電動汽車充電樁 |
| AEV200-DC60S AEV200-DC80D AEV200-DC120S AEV200-DC160S | 輸出功率160/120/80/60kW直流充電樁，滿足充電的需要。 | 充電樁運營和充電控制 |
| 7 | 輸入輸出模塊 |
| ARTU100-KJ8 | 可采集8路開關量信號，提供8路繼電器輸出 | 信號采集和控制輸出 |
| 8 | 智能網關 |
| ANet-2E4SM | 邊緣計算網關，嵌入式linux系統，網絡通訊方式具有Socket方式，支持XML格式壓縮上傳，提供AES加密及MD5身份認證等安全需求，支持斷點續傳，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協議 | 電能、環境等數據采集、轉換和邏輯判斷 |
6結束語
本文針對園區光儲充微電網系統進行研究，分析了其必要性，研究了園區光儲充微電網系統架構，通信技術，提出了一種并離網模式及切換的方案，基于此方案提出了順序控制策略。*后分析園區光儲充微電網的經濟性，為將來園區光儲充微電網商業化發展提供技術基礎。
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