宋莉君1 汪文琦2 于剑3 杨美一4
中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司 陕西省西安市 710054
0 引言
近年来，以风能和太阳能为主的新能源得到了大力的发展, 但是由于风能和太阳能发电的随机性、间歇性和不确定性，并网之后，对电网的运行和电能质量造成不利影响。为了解决新能源接入带来的问题，把储能装置加入风电场和光伏电站形成风光储联合发电系统是解决可再生能源发展的重要途径。同时，氢作为清洁的能源，具有容量大、能量密度高、寿命长、便于储存和传输等特点，成为大规模综合能源发电项目绿色开发储存、利用的优选方案。
能量管理系统（简称EMS）是综合能源发电系统的关键组成部分,它可以根据市场信息、能源需求和运行约束等条件做出决策,通过对各发电单元和可控负荷的灵活调度来实现综合能源发电系统的优化运行。本文以某风光储制氢综合能源发电项目为例, 规划配置风电装机容量50MW，光伏50MWp，20MW/20MWh的电化学储能装置，配置500m3/h制氢站，浅析其能源管理系统结构及配置方案。
1 能量管理系统结构
1.1 能量管理系统功能
综合能源发电项目能量管理系统的功能是整体协调控制各发电单元、用电负荷、储能系统的有序、稳定运行，保证综合能源发电系统的持续、可靠运行，并尽可能提高系统的经济性以及实现发电系统不同工况、不同运行模式的平滑切换。
1.2 能量管理系统结构
风光储制氢综合能源发电项目能量管理系统采用开放式分层、分布系统结构，将综合能源发电系统控制系统分为主控制层和分控制层两部分。
主控制层为能量管理控制层。能量管理主控制层为整个综合能源发电系统监视、控制、管理的中心，是综合能源发电系统进行能量优化管理、提高能源利用效率的基础。主控制层由主控单元、主机兼操作员站和各种功能站构成，安装在中控室内，通过光缆或屏蔽双绞线与能量管理系统分控制层设备相连。
分控制层为能量管理执行层。能量管理系统分控制层负责各发电系统、用电设备的数据采集、上传，完成各发电单元功率限额和功率平滑控制，完成与子阵内各设备的通信，并接收完成能量管理控制层下达的指令控制。分控制层按功能分区，风光储制氢综合能源发电项目可分为：风力发电控制区、光伏发电控制区、储能系统控制区和制氢负荷控制区。分控制层设备由若干能量管理系统分控单元组成。
能量管理系统主控制层和分控制层直接连接，采用统一的总线型网络，双机双网配置。
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图1-1 能量管理系统结构图
2 能量管理系统配置
2.1 能量管理系统硬件配置
2.1.1主机及操作员站
主机及操作员站是能量管理主控制层数据收集、处理、存储及网络管理的中心以及站内监控系统的主要人机界面，用于图形及报表显示、事件记录及报警状态显示和查询，设备状态和参数的查询，操作指导，操作控制令的解释和下达等。运行人员可通过操作员工作站对各分控制层进行运行监视和操作控制。
风光储制氢综合能源发电项目操作员站双冗余配置，采用两台互为热备用工作方式，当主机故障时，备用机自动提升为主机、实现无扰动切换。软硬件的冗余结构将确保数据可靠，程序安全，且不影响系统的实时性。
2.1.2 能量管理系统主控单元与分控单元
能量管理系统主控单元接收外部指令，并控制各分控单元；分控单元负责完成与BMS系统、PCS系统、光伏逆变器设备、风力发电机组变流器设备以及制氢负荷供电系统的数据采集、上传和能量管理，并接收完成能量管理主控单元下达的指令控制。
主控单元单套配置，组屏安装；分控单元按区单套配置，组屏安装，其中风力发电控制区和光伏发电控制区每回集电线路配置一台能量管理系统分控单元，储能系统控制区和制氢负荷控制区分别配置一台能量管理系统分控单元。
2.1.3 能量管理系统外围设备
打印机：设置一台激光打印机，用于打印报表等。打印机能具有网络打印功能。
声响报警装置：由计算机驱动声响报警装置（警铃警笛）报警，音量可调。并且预告或事故信号能发出不同的声音报警，通知运行值班人员，以便及时处理。
GPS标准授时信号：保证各站和时钟同步系统同步。
2.2 能量管理系统软件配置
能量管理系统软件包括：系统软件、支撑软件、应用软件、通信接口软件等。采用国际上先进的、安全可靠的、标准版本的工业软件。软件应采用模块化结构、开放型好、成熟可靠、方便适用。用户能对软件系统进行安装和生成。
能量管理系统主机采用安全的Unix或Linux操作系统。
2.3 能量管理系网络设备配置
能量管理系统配置2台网络交换机，网络传送协议采用TCP/IP网络协议，网络传输速率≥100Mbit/s，构成分布式高速工业级双以太网，实现主控层与分控层直接连接，实现数据处理及指令控制。配置其他网络设备，如光/电转换器，接口设备和网络连接线、电缆、光缆及网络安全设备等。网络设备组屏安装。
图2-1 能量管理系统配置结构图
3 结论及展望
本文主要针对风光储制氢综合能源发电项目能量管理系统的结构和配置进行了分析和说明，对于风光储、风储、光储等其他类型的综合能源发电项目同样具有一定的指导意义和可实施性。
但是如何更有效、更稳定、更可靠的实现能量管理系统与综合能源发电项目监控系统的组网和通信；如何与电网控制系统实时进行信息交互实现高级控制策略，是本文后续继续研究的方向和课题。
参考文献：
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