基于IEC 61850的微电网能量管理系统的设计与应用

樊东亮 白俊平 朱春颖 闻娜 黄亮 王健

摘 要：随着近几年社会经济对能源需求量的增大，对环境保护意识的增强，分布式新型能源发展较为迅猛。由于标准不统一，不同厂商生产的设备间无法互联，造成能量管理混乱。针对这一问题，该文提出一种基于IEC 61850标准的微电网能量管理系统可行性设计方案。该设计方案采用三层网络通信体系，构建统一IEC 61850模型，实现对分布式电源、储能、负荷及开关设备进行管理监控。运行表明，该方案设计合理、安全、可靠，实现了对微电网的管理效率和水平的提高。

关键词：微电网 管理系统 设计

中图分类号：TM61 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）01（b）-00-02

微电网（Micro-Grid）是一种集合了分布式电源、负荷、储能系统和控制装置等的新兴网络结构[1]。目前由于分布式电源控制设备生产厂家不同，导致通信数据接口不一致，一直成为微电网能量管理系统走向集成化的重要瓶颈。随着IEC 61850通信标准的引入，成为解决此项问题的重要途径。

国际电工委员会制定了IEC 61850数字化变电站自动化系统的国际标准，它規范了数据的命名、数据定义、设备行为、设备的自描述特征和通用配置语言[2，3]。随着IEC 61850 逐步成熟和广泛应用，其技术已推广到微电网控制系统当中[4，5]。

1 系统通信设计

此设计通信网络采用三层网络通信体系，主要包括微网主站层、协议转换层、微网设备层。系统通信结构图如图1所示。

微电网设备层主要包括风力发电机、光伏阵列、储能电池等能源设备。由于每种设备厂商不同，都有单独的通信协议，造成同主站系统设备数据交换困难，协议转换层采用协议转换服务器和交换机实现底层设备同主站设备之间通信。该系统通信采用C/S（客户机/服务器）通信方式，服务器采用双机冗余热备用，为微电网的数据管理和应用奠定了坚实的基础。

2 系统建模方法

该设计根据IEC 61850标准定义规范，针对不同逻辑设备建立相关模型。图2以微电网中光伏发电单元为例，介绍微电网发电设备的建模方法。光伏电站逻辑设备对应PVLD，MMXU为电气测量逻辑节点，主要测量频率、总有功功率、总无功功率、线电压、相电压、相电流等电气参数[6]。

3 系统软件设计

微电网能量管理系统能够实现对微电网中各分布式电源的控制调节、“四遥”等功能。该系统平台主要由系统管理、高级应用和运行监控三大部分组成。

（1）系统管理主要实现对管理人员权限设置，设备添加、删除及修改，网络拓扑图形管理，网络接口设置等功能。

（2）高级应用主要包含数据预测、数据分析和优化管理三方面，系统可根据上传数据信息预测短期风、光设备发电量、需求侧负荷及电价等功能；微电网优化能量经济调度通过对历史数据和实时数据进行分析，做出科学的评估预测，调整能量调度策略，优化运行方式，实现风光储供合理经济运行。

（3）运行监控模块主要实现设备运行状态监控、故障异常报警、通信状态监测等功能。

4 结语

该文详细阐述了IEC 61850标准、系统通信结构组成、系统设备建模方法及能量管理系统软件设计，通过利用IEC 61850标准优势构建微电网能量管理系统，从而大大提升了微电网能量管理系统的工作效率和经济成本，运行表明，该方案具有较高的实际应用价值。

参考文献

[1] 刘美珺.微电网技术研巧现状与发展前景概述[J].科技创新与应用，2015（27）：200.

[2] 陈安伟.IEC 61850在变电站中的工程应用[M].北京：中国电力出版社，2012.

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

[4] 张铁峰，苗慧鹏，辛红汪，等.基于IEC 61850 的光伏监控系统设计[J].电力信息与通信技术，2014，12（1）：60-64.

[5] 蹇芳，李建泉，吴小云.基于IEC61850标准的微电网监控系统[J].大功率变流技术，2012（2）：26-29.

[6] 赵妍.基于IEC61850保护测控装置的建模与通信[D].南京邮电大学，2013.