基于云平台的微网群智能运维管理技术的研究

王文雅

（西藏自治区能源研究示范中心，西藏 拉萨 850000）

0 引言

目前，全球都在面对气候变化的危机，如：天气变暖、冰川消融、海平面升高等。为缓解由二氧化碳等气体的排放量增多导致的温室效应，地球上的各个国家以全球协约方式减少温室气体排放，相应地，我们国家也提了碳达峰、碳中和策略。因煤炭等化石能源的储量日益减少，发展低碳经济，对重塑我国能源结构体系的具有十分长远的意义。科学开发光伏、风电、光热、地热等新能源，加快推进“光伏＋储能”研究和试点，大力推动“水风光互补”，加快西藏清洁能源规模化开发，形成以清洁能源为主、油气和其他新能源互补的综合能源体系，提升综合各种能源供给支撑保障能力。为充分有效发挥通讯、控制和保护及远程等在分布式电源上的应用，智能微电网［1］（简称微网）及微网群的构建、运行、维护越来越受相关部门和专家的青睐。微电网是微网群构建的核心部分，可在国内、国外见到现有规模下微电网示范点。而针对集多个微电网、控制系统等为一体的微网群的研发尚在起步阶段［2］，无论是在国内还是在国外，且有多种定义，将来发展微网群成为一种势不可挡的趋势。我国针对微网群技术的研究已有863 项目和其他系列性基础相关研究项目作为支撑［3］，微网群技术、设计、构建等研究在我国有光明的发展前景和潜在性空间。西藏地理位置特殊，处青藏高原，属高寒高原气候，空气密度稀疏，太阳光中紫外线辐照强［4］，在高原上的光伏设备的运行性能与低海拔地区相比受到一定影响［5］。同时，西藏占地面积大，居住人员分散，偏远乡村供电基本实现国网全覆盖，但供暖还处于传统状态——燃烧牛粪烤火取暖。但牧区多用光伏等使于携带、安装的分布式电源或者独立光伏电站，故障时有发生，而发现、维护不及时。因此，为了更好的掌握农牧民关于分布式电源在供电、供暖连供和运行故障报警、远程维护实时运行情况，提高含光伏在内的分布式能源供电的可靠性、安全性和稳定性，在西藏开展对微网群设计、构建、智能管理、远程控制、运维［6］、数据共享［7］等方面的研究十分有必要。西藏某单位有关人员对基于云架构的微网群智能运维管理技术及平台开发进行了相关研究和示范点建立。

1 微网群云平台的设计组成

1.1 微电网的含义

微电网的定义大体是由分布式发电单元装置（可再生能源类）、储能系统、保护系统、控制模块、监控装置及自动化等组建而成的，又称微网。与传统电网相比，灵活、高效、稳定、智能等特性是微网的优势［8］。它们通常接在用户侧，意在解决数目巨大、形式多样的分布式电源的并网问题。利用和延展微电网足以充分高效的推动分布式电源（清洁能源等资源）大面积接入电网，完成对负载提供多种类型能源的形式及量的高可靠性能量供给，是促成主动式供、输、配电网的一种有效方法，是促使被动电网走向智能电网过渡的一种手段。

1.2 微网群的由来

微网群，在一定区域内有两个或两个以上微电网时，为实现系统内统一调控，微电网与微电网间形成以电气、信息（交换、传递）、控制保护等为基础的相互联系的组群称作微电网群［9］，又称微网群。微网群的设计实现有助于提升各个子微网运行的稳定性和协调特定区间内多个子微网之间的能量调配和满足太阳能、地热和风能等多种能源优势互补［10］。加入微网的低压端用户将按照住址信息把他们分拨到各自所属区间的子微网中，与相应的微网下的微型发电电源及储能系统组成整体。任何一个子微网能够在孤岛或者并网两类情况下照常工作，互不干扰，增强了配电网的可靠性。微网群在恰当的控制策略与管理策略下可完成对一个或多个子微网调节控制，能一并实现子微网孤岛独立工作下的单微网最优与子微网并网运行下的配电网最优。

图1 部分微网群框架简图

1.3 基于云平台的微网群构建

通过实地考察与调研，笔者最终选择分别位于拉萨市区2 处、当雄1 处、日喀则1 处的4 个场地作为构建适合西藏高寒高海气候环境条件下基于云平台的热、电联供联用的微网群智能运维管理系统。4 处热电联用系统子微网的运行状态和通信状况均由本地中央处理器负责，通过数据服务器、通信服务器、算法服务器等上传到云端，将信息传递汇集到终端拉萨市区其中一处，最终在用户端app上显示。

图2 云平台应用构架图

1.3.1 基于大数据分析的统一信息监控云平台智能互联管理技术应用的微网群智能运维管理平台的设计与实现，是使用以太网为主要通信手段，或运用光纤、485 通道，非必要不使用4G 或5G 网络、电力线载波、无线通信等适合长途输送的通信技术，制定适用于云平台的运维管理的通信系统技术方案，具备实时感知与状态研判，对云架构进行监控和能量管理及微电网离/并网不间断切换、分布式微网群同步调节控制及云的运维管理等功能。采取分层分级的通信方式，把此系统核心配置——中央控制器，布置在当地作衔接用（向上承担装设备信息的集中收发，朝下进行底层设备的数据收集和运转操作）。底层设备运用agent 本机管理软件设计实现，通过tcp 通信来确定本机中的app 是否正常工作，当本机中的设备不能正常工作后，能够对设备实行重启操作，并将数据信息保留存底。

1.3.2 热电联用系统重点包含供暖和光电2个模块区域，整个建设是每一个装设点根据当地现有情况，采取适当有效的措施和方案，按照房屋楼顶、侧耳面积空间、周围建筑物及空旷场地大小架设装机容量为4.4kWp 光伏组件，配置5kW 光储混合逆变器，储能电池容量12kWh，且具备BMS锂离子电池智能管理系统和能源管理系统，负载配置不小于2.7kW 空气源热泵供暖系统。电源系统采用太阳能组件阵列/磷酸铁锂电池储能系统/市电的三电源的系统装置。以光储混合逆变器优先使用光伏组件发出电能为前提，在光照足够时，太阳光辐射的能量在光储混合逆变器的工作下转变为交流电，为空气源热泵制热供暖和其他负荷使用，剩余的能量储存在磷酸铁锂电池中；若电池在满电后，则把其余电量送到电网；光照不多时，把磷酸铁锂电池中存储的电能在光储混合逆变器运转作用下转成交流电，以用来补充光伏电源发电的缺乏；若光伏组件产生的和蓄电池装置存储的电能都不够使用，便以市电供应能量给负荷。

图3 热电联用系统图

2 微网群的智能运维管理

为解决分布式发电系统及微电网系统空间分布广、距离较远、环境恶劣、运维艰难的问题，提高系统的供电可靠性，增加整个系统运行的稳定性和安全性，用户运用云运行管理平台系统，实现只需把系统顺利接进互联网，便能利用虚拟专用网络（Virtual Private Network,VPN）实时远程访问各点系统的运行状况，完成含分布式电源的各微电网远距离控制、集中运维和统一监管。

2.1 微网群智能运维管理云平台功能

基于云应用的微网群智能运维管理技术平台，能够支持多个新能源系统——热电联用微电网、光伏、光热、光风互补发电及空气源热泵等供消系统与微网系统通过有线或者无线连接方式连到端口，以实现各类分布式发电系统与微电网数据资源交叉共享及集中统一智能调控管理，展开供电预测、负载预测、微电网能量优化平衡控制与调度等高级应用的大数据分析技术［11］，以便根据分析的用户使用习惯，对微网内用户的光电—储—荷一体的应用状况进行研究分析。本系统微网群是由光伏发电电源、储能系统、供暖单元、逆变系统组成的微电网子结构单元并列运行，从不同端口各自接入，进行集中上传信息，统一调度管理，实现远程控制下实时监控系统运行状态和设备性能指标变化，达到用户端数据资源共享。

2.2 微网群智能运维管理平台运行保障

微网群智能运维管理平台在运行的过程中信号中断、数据失真等现象偶尔也会发生，通过基于云架构的监控和能量管理信息系统集成技术、制定的综合指标最优且可靠性最高的智能云平台管理运维策略和云运维管理平台与本地SCADA 监控系统数据互为备用的软件（数据采集源向SCADA 服务器的汇集）实现方案及断点续传等手段保证了云运维管理平台完整性和连续性，提高基于云平台微网群智能运维管理系统运行的可靠性。

2.3 微网群智能运维管理平台监测

在微网群发电系统中，运用有效的手段管理系统中的硬件及软件对象，总体监视基于地理图的信息〔如光伏发电功率、充电桩用电功率、储能SOC（stae of charge 荷电状态）、系统频率〕和实时监视整个微网群系统的运行状态（包含所有设备的运行、断停、通信正常、通信异常、故障等状况，通过图形展示以及事件及告警等手段管理整个系统）和运行参数，检测硬件和软件故障，故障时产生报警，将故障信息进行储存保留，同时故障发生时在自动或人工重新构造系统配置，并重新启动，或完成黑启动，以达到安全、可靠运行的目的。

3 建议分析

西藏已建立了大量的分布式发电系统，其中以独立光伏发电系统居多。由于西藏地广人稀，农牧民不集中居住，分布式光伏电站的搭建相应的也比较分散、传统，这就导致了分布式系统在后期运行过程中发生用电突发情况后，各种故障分析和维护相对不容易［12］。因此，为能够实现分布式发电系统的远程控制、集中管理、统一调度、数据共享，开发和建立基于云平台的智能微网群的运维管理技术研究具有深远的意义。

3.1 搭建平台试点或示范基地

合理利用分布式发电系统，构建智能化微网及微网群试点或者示范基地用于微网群的研究。综合多种可再生能源互补，开发适合西藏特殊环境、符合实际的远程监控智能运维的平台建设。以平台为基准，定期观察、检测系统软硬件、设备和线路运行状况和运行参数，以便做到及时掌握和反馈微网群各功能模块、测量节点的状态，根据共享数据预测分析，实现终端远程控制，精准定位，对微电网进行有效运检、维护和抢修，提升智能微网群运行的能动性和可靠性。

3.2 适用性人才培养

培养适合西藏本地的微网运维的适用性人才。一是可以直接读懂云平台的故障报警，根据大数据预测和估算提示，分析出故障原因，并顺利解决；或者是培养能够通过联系厂家，以远程通信的形式沟通，及时有效的理解对方的专业术语，快速找到基于云的微网群智能管理运维系统所出问题故障处的人，根据对方指示，顺利完成系统维修；再者是培养两名以上的专业性人才，形成后备人才力量，能够做到在突发情况下完成云架构微网群智能管理运维工作上的及时衔接。

3.3 储存备用配件

专门设置一仓库储存各种所微网群平台构建所需配件，并贴好标签，做好目录文档保存工作，便于日后查找。易损毁设备配件需购存适量备件，因西藏地处偏远地带且地域辽阔，集市相隔比较远、规模小，分布式电源系统多分布在边远、分散的农牧区，若未随身携带常用配件，从市区采购既耗时、耗力又耗财；或者很多工业用品专用配件很少见或者没有，当确定好型号后，从厂家再采购回来，耗时较长，加之专业技术人员操作经验可能不足，造成故障设备相当长时间不运转或者闲置，有甚者被提前报废，致使部分资产和能源资源白白流失。

4 结论

基于云的微网群智能管理运维平台实现了分布式发电系统、微电网及微网群的智能化远程监控与运维，提升了系统运行稳定性和各类光伏电站利用效率及预测可再生能源的消纳能力，降低了运维成本，减少了运行风险。保证了缺乏管理和维护的各类光伏电站长期正常运行，提高了电站供电可靠性，减少常规能源使用量，减降污染物的排出量。针对西藏特殊的地理环境和气候，微网群智能管理运维平台在西藏有很大的发展潜力。