一、设计依据
微电网可提高了园区内部电力系统面临突发灾难时的抗灾能力，有助于电网灾变时对重要负荷持续供电，微电网可以减少电力输送距离，降低运营成本，为园区提供高效，清洁，可靠的电力供应，尤其是那些远离市区、市电不稳定但需要稳定供电环境的园区。园区智能微电网设计应但不限于以下技术规范：
- 《供配电系统设计规范》 GB50052-2009
- 《低压配电设计规范》 GB50054-95
- 《交流电气装置的接地》 DLT 621-1997
- 《低压直流电源设备的特性和安全要求》 GB17478-1998
- 《电力系统调度自动化设计技术规程》 DL/T5003-2005
- 《继电保护和安全自动装置技术规程》 GB14285-2006
- 《电测量及电能计量装置设计技术规程》 DL/T-5044-2004
- 《光伏电站设计规范》 GB50797-2012
- 气象条件：采用项目日平均辐射量4.98kWh/m2/day（NASA网，https://eosweb.larc.nasa.gov/cgi-bin/sse/grid.cgi）
- 组件倾斜角：（32）维度+2度（依据GB50797-2012）
二、系统组成及功能
智能微电网系统由分布式光伏发电系统，储能系统，运维管理系统，微电网控制柜与负荷等组成。本智能微电网系统用于园区的应急电力供应保障，保障范围包括园区办公、生活场所等的重要负荷，采用重点负荷优先保障，办公负荷、生活负荷分时保障的方式。系统示意图如下：
智能微电网供电模式大致可划分为以下3种
供电模式1：有市电时，优先使用光伏能量，当光照条件较好时，光伏发电系统可以把电能一部分储存在蓄电池中,一部分供负荷使用。
供电模式2:市电故障时，储能系统将储存在蓄电池组中的电能释放出来供给负荷,若储能不足以供给负荷时可开启柴油机微网一同供给负荷。
供电模式3:极端条件下，当市电停电,光照条件不理想，柴油机无法及时开启时，微网可独立运行,蓄电池作为电压支撑的主电源供给负荷使用。
整个微网系统通过能量管理系统等监控系统自动检测,控制一，二级负荷的分断,确保一级负荷的稳定持续供电。
系统提供可视化的参数设置和运行状态显示界面，系统本地监控与逆变器、MPPT控制器、储能DC/DC双向变流器的控制器通信，获取实时运行状态数据（电池管理系统（BMS）、温湿度监测模块、光伏阵列清扫装置等），并下发运行控制参数。本地监控系统具备预警、告警、故障的事件的存储能力，并将光储供电系统的运行数据和状态实时上传远程监控平台。系统功能设计包含但不限于如下：
- 微网系统可并网运行也可孤岛运行；
- 系统具有实时数据采集与监控功能，能实时显示系统各部分的模拟量，包括：电压，电流，有功，无功，功率因素，频率等，系统的工作状态，故障报警信息以及环境参数；
- 系统应具有自诊断和自恢复的功能。系统应具有自监测的功能，应提供相应的软件给操作人员，使其能对计算机系统的安全与稳定进行在线监测。系统应能够在线诊断系统硬件、软件及网络的运行情况，一旦发生异常或故障应立即发出告警信号并提供相关信息。能够自动保护实时数据库。在故障排除后，能够重新启动并自动恢复正常的运行。某个设备的换修和故障，应不会影响其他设备的正常运行。
- 系统具有可调节分布式光伏发电的有功出力，储能系统的有功输出，实现微电网的优化运行与能量的合理分配，最大限度地利用光伏发电，保证整个微电网运行的经济性；
- 系统界面上有清晰的系统结构状态图，可以实时地、简单清晰地了解系统运行情况，各种电气设备的运行状态，及重要运行参数。能明确的显示了能量的流动方向和运行方式。可通过双击界面上的相关电器设备组件或在系统菜单中选择，查看各种设备的详细参数资料和实时运行数据。系统的运行画面还可实时地显示在电视墙上或其他大型显示设备上。可方便地实时抓取运行画面，可以以报告或图形等形式提供给运行、维护人员；
- 系统应具有发电预测与负荷预测功能，通过环境监测系统测量的光照强度、风速及温度等环境参数变化规律数、和运行时间段的历史数据，实现光伏发电的电量与负荷用电量的短期预测与中长期预测。
三、各分模块建设
3.1 分布式光伏发电系统
光伏发电系统中最重要的是光伏电池，是收集阳光的基本单位。若干电池合成在一起构成电池组件。光伏电池主要有：晶体硅光伏电池（单晶硅光伏电池、多晶硅光伏电池）、非晶硅光伏电池（非晶硅薄膜电池、碲化镉电池、铜铟硒电池）。目前市场生产和使用光伏电池大多数是用晶体硅材料制作的，2018年占 90％左右。各类型光伏电池性能各有不同，商业应用发展至今，价格也有多种波动。 结合项目应用场景，应选用技术成熟、转化效率较高、已规模化生产、工程应用广泛的电池组件类型。
逆变器是光伏发电系统中重要的核心部件，它将太阳能电池组件输出的直流电能转变为交流电，其性能的优劣直接决定了光伏发电系统的水平。考察光伏逆变器的指标主要有两个方面：
1）具有较高的性能指标，如转换效率，MPPT精度；
2）具有完善的保护功能，如交流过欠压、交流过欠频、直流过压、过流、过热等保护功能，逆变器要能在规定的时间内检测出上述故障，并能够自动保护，同时逆变器还应具有自动恢复功能，即在故障条件消失后，能够自动重新运行。
假设用户要求是m小时备电时间，p负载，根据项目安装地点，通过RETscreen查询NASA数据，当地的平均峰值日照时数按x小时计算。取光伏组件损耗系数为μ；逆变器转换效率取
；考虑给蓄电池后备容量补电，组件超配系数取
（即超额配置，考虑到光伏组件功效随时间推移下降，为确保质保期内满足满载供电要求的一种设计手段，一般系数常见为1.2~1.5之间）。 光伏发电系统容量=负载*备电时间*超配系数÷（日照时间*光伏组件损耗系数*逆变器转换效率），即W=p*m*
/(x*μ*
).
例如，假定要求240W负载，24小时备电的需求
按照日照时间为3小时，取光伏组件损耗系数为0.85；逆变器转换效率取0.95；考虑给蓄电池后备容量补电，组件超配系数取1.5，则光伏发电系统容量应至少有：0.235*24*1.5/(3*0.85*0.95)=3.57kWp。3.57kWp光伏系统平均每日发电量约为3.57*3*0.9（系统效率）=9.64kWh，可为240W的直流负载提供满载不少于40h的供电保障，冗余系数超1.5。假定选择的太阳能组件，单片规格为405Wp，48V系统中，最小工作单元为2块太阳能板组串。综合考虑系统可靠性和经济性，共计需要10块405Wp光伏模块，峰值功率为4.05kWp，可通过2并5串的方式分别接入2路MPPT模块。
光伏组件安装在大楼楼屋面上，可以利用专用夹具与屋顶固定安装，安装简易，不破坏屋顶的原有结构，安全美观。安装光伏系统前，应首先选定光伏阵列的方位角和倾斜角，使光伏全年发电尽可能大，冬季和夏季发电量差异尽可能少。尽可能选用具备最大功率跟踪技术，具备多项显示，异常报警等功能，同时具有标准电气通讯接口，可实现远程监控的并网逆变器，并确保其具有可靠性高、具有多种并网保护功能(比如孤岛效应等)、多种运行模式、对电网无谐波污染等特点。
3.2 储能系统
智能微电网中的储能环节能有效调控电力资源,能很好地平衡昼夜及不同季节的用电差异,调剂余缺,保障电网安全，是可再生能源应用的重要前提和实现电网互动化管理的有效手段。
蓄电池所需配置能量计算结果如下：E=KPT/η*DOD
参数 | 备注 |
E | 蓄电池能量（kWh） |
K | 保险系数（1~1.25），取值1.05 |
P | 负载平均功率 |
T | 蓄电池最大持续供电时间h，取值72h |
η | 系统能量效率，取85% |
DOD | 蓄电池放电深度，锂离子电池可取0.95 |
例如，负载按照240W，72小时储能计算时，E=KPT/η*DOD=1.05*0.240*72/（0.85*0.95）=22.5 kWh。假设选取单体规格为190Ah的磷酸铁锂电池，16个电芯1P16S组成标准模组，单个模组的额定能量为9.728kWh，考虑至少2簇蓄电池以保障设备供电可靠性，共计需要电池模组3组，190Ah电池共计48只，系统额定能量29.18 kWh。
BMS主要是对整组电池的运行信息收集，采集整组电池的各单体信息、总电压和电流，对电池组出现的异常进行报警和保护；能根据安全处理规则的要求对电池组进行保护，确保电池系统的安全、稳定运行，当电池严重过压、欠压、过流（短路）、漏电（绝缘）等异常故障情况出现时，电池组管理控制模块控制整组电池的开断，避免电池被过充、过放和过流。标准储能电池模块采用2路并联设计，在某一串电池出现故障时能够保障可靠供电。
电池管理系统采用电池模块管理单元（BMU）和电池组管理单元（BMS）的双级结构。电池管理模块 BMU应用于单个标准储能电池模块，电池管理单元与电池紧密结合在一起，具备主动均衡功能，能够对单体电池（电压、温度等）进行实时监测，并通过 CAN 总线接口与BMS系统进行实时通讯。BMU具备热管理等功能，可实现冗余电制冷/制暖模式，能够实现气温较低情况下的电池加热功能。同时配备散热模块，当内部环境温度高于外界温度，且内部温度超过40°C时启动。
3.3 柴发系统
柴油发电机组作为微电网的备用电源，当光伏不足（或故障）且同时储能电量也不足（或故障）时，柴发系统启动工作，为负荷提供供电。当光伏系统/储能系统恢复时，柴发系统停止工作，转由光储为负荷供电。在选择柴油发电机时，需要综合考虑其最佳负荷率以及站点未来负荷会有增加，预留一定功率裕度来进行选择。另外考虑柴发系统用油和日常加油是否方便、及时，来确定配置柴油储存装置。
3.4 微电网控制柜
微网控制柜集并网，控制，配电，计量功能于一身，配备各种断路开关、测控保护装置、设备状态监测装置、通信状态监测装置、计量仪表等，并具有良好防雷功能。微网控制柜采用厚度不小于1.0mm的冷轧钢板制作，外形美观，并做防腐处理，防护等级IP20，柜内电气元件采用ATS，实现市电和油机切换。
自动并网：可将系统与380V市电电网或者柴油发电系统进行连接并网运行；
自动解列：外部大电网发生故障或微网内部发生故障时自动解列；
自动控制：可对逆变器的开断，蓄电池的开断，双向逆变器的开断进行控制；
配电：可对负荷进行配电管理，优先使用光伏发电。
3.5 运维管理系统
微网运维管理系统组成元件包括系统监控软件、传感器及相关软件等,采用RS485或Ethernet(以太网)远程通讯方式,实时采集电站中所有设备运行状态及工作参数并上传到监控主机。
光伏阵列（光伏组件温度检测仪）、储能装置、巡日装置、逆变器（通过逆变器监测汇流情况）、环境监测仪、摄像头等设备在运行过程中实时状态采集与控制。微网将接入的信息进行集成，使信息资源顺畅流动、有机的整合、灵活展现，以良好地服务于各个不同应用系统。
监测，包括全站监测、逆变器监测、汇流箱监测、环境监测、报警信息，主要内容包括但不限于如下：
- 7.系统智能设备工况图。监控系统拓扑结构，各智能设备通信情况展示。
系统支持对采集四遥数据的处理、治理、统计、存储、历史查看、数据分析、故障定位、事故追忆、报表输出等，整个系统具备数字化、信息化管理能力。在统一模型的基础上，对光发电系统、柴发电系统、配电管理系统、储能系统、以及其他管理信息系统等不同系统的模型、图形以及实时和非实时数据进行整合处理，从而为各应用系统提供数据交换和共享的通道，实现模型、图形管理以及丰富的数据管理、展现、挖掘功能，并提供统一的信息服务以及开放的集成开发环境，进而实现各种新的综合分析应用功能。
四、关键技术及难点
1.确保并网运行模式与独立运行模式的平滑切换技术，实现并网运行与离网运行模式的无缝切换，保证微电网系统的持续可靠运行；
2.微电网能量管理对光伏发电进行实时有效的控制，使光伏发电最大化，最大限度的使用；
3.微电网能有效对能量的调度进行合理的管理，包括市电，柴油发电系统，光伏发电系统，储能系统以及负荷的用电进行合理的调度管理，保证微电网的运营的合理和经济性。
4.要实现双向储能变流器以及能量管理系统，对电网故障快速隔离并切除，微电网中分布式能源的接入，切除和运行的控制，以及对电力电子接口装置运行方式的控制。
5.通过对发电单元和负荷的能量调度实现微电网能量稳定性的控制。
6.通过对关键参量的实时监控技术，在对微电网对运行状态进行分析的基础上，进行故障诊断，预警，并采取相应处理措施的方式实现稳定运行。
