基于新能源微電網的樓宇綠色能源管理系統設計

0 引言

目前，微電網已成為各個國家和機構進行研究的重點對象，各國都根據本國自然資源與使用需求，組織相關學者與研究機構投入微電網的研究之中，紛紛提出適合本國的微電網發展目標與技術路線，在理論方面不斷取得突破，并且陸續建設成一批微電網示范工程

。在亞洲地區，由于本國資源匱乏，日本較早開展微電網研究以作為解決本國能源問題的重要渠道。日本的研究重點在于拓展能源來源，提高可再生能源利用效率，降低污染物的排放水平，滿足用戶個性化電力需求。

我國的微電網研究起步相對較晚，于2004年前后逐漸興起，尤其是2008年特大冰雪災害引起大面積供電網絡癱瘓，暴露了我國在供電方面存在的缺陷，極大程度推動了微電網技術的迅速發展。尤其是在“十一五”之后一系列項目資金的支持下，我國逐漸開始有科研機構投入到對微電網和可再生能源的研究中，并已取得了一定成果。并且逐步開始有高校和科研單位建成了高水平微電網實驗系統，比如天津中新生態城微電網、浙江東福山島微電網等一批實際工程已經投入運行。針對我國目前能源對外依存度持續走高、環境治理任務仍然艱巨的現實國情，研究重點主要在于提高電網接納能力、降低能耗、提高供電穩定性、逐步建成智能電網

。故本次基于新能源微電網的樓宇綠色能源管理系統對于我國早日完成微電網普及具有一定意義。

1 研究背景

本項目基于南京信息工程大學濱江學院自動化學院建成的新能源發電與微電網控制實驗室。目前，實驗室已經建成30 kW的屋頂光伏、5 kW的風力發電系統、50 kW的鉛酸電池儲能系統以及RLC可調負載的新能源發電與智能微電網系統。該系統中新能源發電與智能微電網如何實現協調控制和經濟運行

，如何能夠最大化、最優化地實現樓宇綠色供電，其電能質量及變化的規律如何，這些都不得而知。因此，基于這一硬件基礎，開發設計一套新能源微電網的樓宇綠色能源管理系統，能實現新能源發電的數據采集、分析管理，進而實現負載發電和負載協調控制功能，實現樓宇綠色能源的最優化利用，減少碳排放

。

5.在黨員管理方面，實施《黨員目標管理量化考核辦法》。年初，由黨支部按照目標管理量化考核項目與每名黨員簽訂責任目標，年終進行考核，采取組織考核與群眾考評相結合的方式。量化考核主要對黨員平時表現情況進行考核，實行百分制量化辦法，從德、能、勤、績、廉五個方面進行考評，促進黨員先鋒模范作用的發揮。

2 設計目標及主要內容

開發一套新能源發電與智能微電網的綜合能源管理系統，為了實現樓宇新能源發電與智能微電網的協調控制與優化利用，需要開展以下內容研究工作：

1）掌握新能源發電與智能微電網各部分的組成、工作特性和運行原理。其主要工作特性就是通過分布式電源和監控管理系統以達到滿足并網運行和孤立運行的功能。

2）開展新能源發電與智能微電網電氣設計與升級，在系統內接入相應的電壓、電流數據采集單元、設備控制單元以及計量表計，實現新能源發電的集中控制與數據采集。

圖7為飾以蘇格蘭班納坦家族聯合麥克勞德家族紋章的廣彩瓷，使用藍色和淺綠色釉彩，盤緣的邊飾內會有四個花鳥紋開光，盤中心的紋章款型取自一張藏書票，圖案內容是班納坦（Bannatyne）家族和麥克勞德（Macleod）家族的聯合紋章，帶有班納坦家族的座右銘：“不快不慢”（Neccito,nec tarde），和麥克勞德家族的座右銘：“成為銅墻”（Murus atheneus）。

3）在此基礎上，開發一套新能源發電與智能微電網相關的協調控制、數據計量、顯示、分析和管理的軟件，實現樓宇綠色能源的綜合管理。

軟件界面主要分光伏發電和風機發電兩個部分的管理以及監控。通過傳感器采集風力、環境溫度、光照強度等數據，再結合風機和光伏板實際的發電量進行綜合管理監控。

3 項目設計

樓宇智能微電網主要由光伏發電系統、風力發電系統組成發電部分，然后通過逆變器進行交流-直流-直流變換，將發電獲取的電能存儲到儲能系統中或直接供給用電的負荷。樓宇智能微電網的主要功能是對分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、相關負荷和監控、保護裝置匯集而成的小型發配電系統，實現自我控制、保護和管理的自治系統，既可以與外部電網運行，也可以孤立運行。

3.1 樓宇智能微電網組成

通過勘測與資料搜集以及調研工作，首先確定樓宇綠色能源管理系統所需要采集的數據以及具體的功能需求，然后分別從硬件和軟件兩部分同時開展工作。

在天氣晴好的情況下，光伏系統采取自動運行方式，自動運行時逆變器對光伏系統的輸出實行最大功率點跟蹤（MPPT），光伏逆變器對跟隨光伏陣列表面溫度變化及太陽輻射度變化而產生的輸出電壓與電流的變化進行控制，使光伏陣列經常保持在最大輸出的工作狀態。

經過以上多元路徑的開發，拓展性課程結構已初步具備，配合教學進度實施，根據課堂實施情況，逐步根據生成適當調整，以保證課程資源更貼近學生的生活和學習實際，微課程設計流程如圖1.

微電網內的風光互補系統在白天兩者均可工作，而在夜間只有風力發電系統可以并網發電。發電特性是衡量各電源的關鍵性指標。其中，光伏陣列由光伏單元組成，光伏陣列經匯流箱匯流后作為逆變器的直流輸入。逆變器首先進行DC/DC升壓變換，進行直流側電壓輸出，再進一步進行DC/AC變換，最終輸出三相交流電。

3.2 硬件部分

硬件設計部分包括樓宇供電與屋頂光伏電氣接線方案分析、數據采集點的確定、測量元件與表計選型及安裝。測量部分通過嵌入的傳感器與控制單元模塊用于發出監測現場信息的信號，減少或者避免斷電的時間，熱運行設備、斷路器跳閘以及電網閃爍。傳感器可以是數字或模擬式，用于測量溫度、濕度、振動、開路和短路等條件。執行器則控制能源分配、溫度、濕度及其他參數。傳感器和執行器通過有線或無線網關與控制中心通信（見圖1）。

其中整套硬件設備的電氣一次接線圖大概如圖2所示。風力發電獲得的交流電經過AC/DC變換器實現整流，再通過DC/AC變換器將直流變換為交流輸送到線路當中。同時，太陽能板組利用太陽電池將太陽光能直接轉化為電能，再經DC/AC逆變器逆變為交流輸送到線路中，為燈泡等負載、蓄電池以及無窮大系統供能。

3.3 軟件部分

軟件設計部分包括系統主要功能設計、通信點表設計、系統界面設計與開發。

能源管理系統包含系統的拓撲結構，可以宏觀整個系統的運行狀態。實時監控多個變量并對數據進行分析，從而實時調整系統，提供能源管理。由于樓宇綠色能源是光伏發電與風力發電的結合，因此，系統設定了光伏系統與風機系統兩種模式的監測。同時，作為新能源接入和智能電網中的重要環節，儲能系統也是不可或缺的。

電網里所有負荷加起來可以分為阻性、感性和容性三類，我們直接用RLC模擬負荷模擬這三類負荷。通過不同參數電感、電阻和電容模擬實際的電網負荷，汽慶峰等

提到的以組合負荷模型為主，利用中長期負荷預測方法，提高負荷預測準確性，并利用MCGS里面的腳本軟件編程功能，調控儲能系統的發電功率和外部輸電功率，和預測的負荷相匹配，實現節能減排。

Section 5: Optimization procedure for the microsphere imaging

“當前，便民市場、環衛設施等配套設施配建不足、布局不合理問題日益突出，給群眾生活造成極大不便，請問規劃部門將如何解決？”蔡朝貴委員直擊城市基礎設施配套不足問題?！拔覀円褜⒈忝袷袌鲆巹澕{入規劃編制及規劃管理，確保做到每個居住區設置有不少于兩處便民商業用地，每個小區設置一處便民超市，方便群眾生活?！笔幸巹澗志珠L許健回答。潘建委員隨后就流動攤點占道經營現象進行追問，孫九鵬補充道：“我們將按照‘能設則設、科學布局、合理規劃、規范管理’的原則，設立攤點便民疏導區，引導流動攤販規范經營。同時，繼續強化執法管理，堅決取締占道經營行為?！?/p>

最終，軟硬件結合，將新能源發電以及樓宇用電數據接入綠色能源管理系統軟件并開展系統調試，完成綠色能源管理系統的開發，通過數據的采集、計量、顯示、統計及分析，實現樓宇的綠色能源綜合利用（見圖3）。

4 實驗結果

最終的軟件設計界面以及對于負荷的模擬運行如圖4所示。

1196 Time and dose effects of AKT inhibitor GSK2141795 on apoptosis of human hepatocellular carcinoma cell line Huh7

系統的控制平臺通過MCGS進行搭建，再將搭建好的界面通過傳輸模塊傳輸到顯示屏上完成通信。

通過光伏發電、風力發電最后儲存能源于儲能系統的界面操作圖如圖5。

該款發動機的進氣系統有兩個裝置，一個是可變進氣歧管長度控制，即進氣歧管調諧閥；另一個是進氣歧管開度控制閥(Port De-activation Valve)，即PDA閥(端口取消閥)，如圖1所示。PDA閥由進氣歧管的真空驅動，在發動機處于中低速時，通過減少泵氣損失(減少進氣歧管的阻力造成的功率損失)提高扭矩，可提高燃油經濟性和降低CO排放，因此，PDA閥可以通過改善燃燒狀況而降低排放的目的。

儲能系統具有電源、儲能雙重屬性，通過靈活的充放電特性，在包括平滑聯絡線功率波動、削峰填谷、運行備用以及調高調配靈活性等方面運用廣泛。湯慶峰等

中提到的用戶側微電網基礎模型概念，通過目標函數、決策變量、約束條件等進行儲能分配的優化利用，將相關函數寫入到軟件系統中，進行遠程優化調控。

光伏發電與風機發電的這類新能源的發電受到天氣的影響，與當天的天氣情況緊密聯系。本項目通過對能源管理系統的監測得到如下波形圖（見圖6、圖7）。

可見不同時間點光照強度、角度的不同都會對光伏發電產生影響。

氣管導管為加強型表面帶電極導線導管；喉返神經功能監測儀為N IM-Response 3.0型肌電圖監測儀（Medtronic Xomed），電流刺激范圍0～5 mA，刺激電流為持續50～250 μs的單向波，刺激電流頻率為4次/s，以100 μV肌電圖波形振幅為誘發閾值，超過此閾值可形成神經沖動傳導至支配肌肉（喉部肌肉）產生肌電信號形成肌電圖（EMG）并發出提示音，以此來判斷喉返神經功能及完整性。

如圖8的PCS功率曲線反映出，通過風機發電與光伏發電的聯合協調運行，降低樓宇能源消耗，節能減排，實現了樓宇綠色能源管理的目的。

5 結束語

本文描述了智能微電網下綠色能源管理系統的研究背景、研究目的和內容，以及研究的技術路線。在此基礎上，分析了不同運行模式下微電網的運行特性。同時，闡述了該項目開發與研究的必要性，為我國可再生能源的開發和智能微電網的發展提供了新的方向。

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