マイクログリッドEMS

概要

マイクログリッドは分散エネルギーと負荷を含む中・低圧交流/直流電力システムである。マイクログリッドと大グリッドの接続関係によって、マイクログリッドは独立型と並列型の2種類に分けることができる。このうち、独立型マイクログリッドと大グリッドの間には電気的な接続がなく、離島モードでしか動作していない、並列ネットワーク型マイクログリッドは、制御可能なユニットとして大電力ネットワークに接続され、並列ネットワークモードと離島モードで動作することができる。

ST895 のマイクログリッドEMS太陽光発電、エネルギー貯蔵、配電システム、ディーゼル発電を総合的に監視、分析、制御するシステムモジュールを備え、主な機能は：データ収集と処理、警報処理、制御と操作記録（人工操作、コントローラ自動制御、電力網エネルギー管理システム自動制御、電力網安定制御、インタラクティブサービス、最適化スケジューリング、安全校正、源網負荷貯蔵協同最適化、負荷管理などを含む）、管理機能、制御と操作（各種モード光貯蔵、光柴貯蔵、柴貯蔵、風光柴貯蔵などの多種のモードシームレス切替制御機能を備え、切替時間は20 msを超えないなど）、オンライン統計計算、画面表示機能、ヒューマンインタフェース機能、通信インタフェース、システムの自己診断と自己回復、メンテナンス機能、権限管理などがあります。

全般的な原則

（1）システムに採用された概念、技術、方法、設備は、信頼性が高く成熟しているだけでなく、現在の国際レベルを反映することができ、そして発展の潜在力を持っている。システム全体の技術性能は現在の国内に達するべきであるマイクログリッドEMSシステム建設のレベルは、一定の期間内にその性を維持する。

（2）システムソフトウェアとハードウェアの選択は開放的なシステム規範に従い、開放的なオペレーティングシステム、データベース、アプリケーション、開発ツール、インタフェースプロトコルを採用するなど、多種の国際標準プロトコルをサポートしなければならない。

（3）システムはシステム容量、通信能力、処理能力などの面で拡張性を持つべきで、製品のアップグレード、世代交代及び機能拡張を便利に行うことができる。システムが採用した技術、方法、設備は、第三者の応用に開放的な標準インタフェースを提供する。今後のアップグレードでは、既存の投資を効果的に保護し、総合的なパフォーマンス価格比を高めることができます。

（4）システムは毎日24時間正常に動作し、毎年365日動作し、すべての設備は高度な信頼性と優れた性能を持っている。

（5）システムは高度なセキュリティと機密性を有し、システムの階層的保護、データ記憶権限の制御、及びネットワークセキュリティ隔離などの手段を通じて、各種形式のシステムへの不法侵入を防止する。

（6）システム管理者はシステムのメンテナンス管理を行うことができ、メンテナンスを行う際に、システム全体の業務運営に影響を与えない。同時に記録システムの各種文書は完全、正確、前後一致しなければならず、物理接続の正確性を適切な各種文書に真実に記録しなければならない。各種ドキュメントは、自身の記録が正確であることに加えて、相互の論理的な一致を保証する必要があります。移行後のユーザーのメンテナンス作業を容易にします。

システムネットワーク構造

マイクログリッドEMSシステムの主な構成はEMSワークステーションの主な準備、北斗時間対応装置、協調コントローラ、通信ネットワーク設備などであり、システムはステーション制御層、間隔層、地層の3層構造を採用し、システム構造の模式図は下図のように：

EMSワークステーション（またはサーバ）はシステム全体のコアであり、主な機能はエネルギー管理ソフトウェアを実行し、スケジューリング命令を受信し、制御命令を着地層まで発行することである。EMSサーバーは二重機熱備冗長形式を採用し、オペレーティングシステムは国産UnixまたはLinuxセキュリティオペレーティングシステムを採用し、ネットワーク関連システムのデータセキュリティを確保する。設備形式はラック式設置を採用し、セットサーバーキャビネットは設備コンテナに設置される。

特徴

主な特徴

（1）EMSシステムは並列ネットワークと孤島の2種類のモード制御アルゴリズムを備え、しかも2種類の運行モードの間を制御して平滑な切り替えを実現することができ、

（2）システムは負荷用電気に対して長期と短期の予測を行うことができ、予測分析を通じてマイクログリッドシステムに対する高級エネルギー管理を実現し、マイクログリッドを安全で経済的に運行させることができる、

（3）システムはタイマ機能をサポートし、IEEE 1588微妙レベルの正確なクロック同期をサポートする、

（4）C/S構造をサポートし、マルチタスク、マルチユーザ前バックグラウンドのリアルタイム処理をサポートする、

（5）システムはクロスプラットフォームの運行特性を備え、windows、linux、国産オペレーティングシステムプラットフォームで運行することができる、

システムパフォーマンス要件

システム信頼性

（1）システムの年間信頼率>99.9%、

（2）ユニット（モジュール）デバイスの平均N故障時間>50000時間、

（3）重要（重要）デバイスの平均N故障時間>100000時間。

うんてんじゅみょう

（1）すべての設備の寿命は正常使用（一定の備品を有する）条件下で15年以上である、

（2）すべての設備は所与の性能指標の下で運行し、連続4000時間以内に手動で調整とメンテナンスを必要としない。

システムリアルタイム性指標

（1）遠隔測定によるデッドゾーン伝送時間が3秒未満

（2）リモート変位転送時間が2秒未満

（3）リモートコマンド、リモートコマンド転送時間が1秒未満

（4）システムリアルタイムデータスキャン時間1 ~ 10秒（調整可能）

（5）コンピュータ遠隔ネットワーク通信におけるリアルタイムデータ転送時間が3秒未満

（6）画面呼び出し応答時間が2秒未満

（7）画面リアルタイムデータ更新周期1〜10秒（調整可能）

（8）アナログ画面データリフレッシュ周期2〜5秒

（9）アーカイブの最小間隔は10 min、最長保存期間は6ヶ月

せいど

（1）遠隔測定の正確率が99.5%より大きい

（2）遥信正答率100%

（3）リモコン精度100%

（4）遠隔調整精度100%

（5）構内解像度が2 ms以下

（6）システム事故追憶（PDR）時間

（7）システム事故前追憶時間15分

（8）システム事故後追憶時間15分

システム負荷率指標

電力網が正常な場合：

（1）任意の5分間におけるサーバCPUの平均負荷率≦20%

（2）任意の5分間におけるMMIワークステーションCPUの平均負荷率≦30%

（3）任意の5分間におけるマスタローカルエリアネットワークの平均負荷率≦10%

電力網事故状態：

（1）任意の1分間におけるサーバCPUの平均負荷率≦30%

（2）任意の1分間におけるMMIワークステーションCPUの平均負荷率≦40%

（3）任意の1分間におけるマスタローカルエリアネットワークの平均負荷率≦20%

機能

マイクログリッドEMS主にデータ収集、データ処理、警報処理、人間と機械の相互作用、リアルタイム統計、エネルギー管理などの機能を含む、

データ収集

（1）各風力発電、光起電インバータ情報（発電状態、電力、交/直流遮断器状態、直流側電圧、電流、交流三相電圧、周波数、電流、温度、各種警報情報など）、

（2）貯蔵エネルギーコンバータ情報（充放電状態、電力、交/直流遮断器状態、直流側電圧、電流、交流三相電圧、周波数、電流、温度、各種警報情報など）、

（3）電池管理システム情報（充放電状態、電力、接触器状態、SOC、SOH、直流側電圧、電流、単体電池電圧、温度、各種警報/保護情報など）、

（4）並列配電盤の各多機能電力計情報（相電圧、線電圧、三相電流、有功／無功電力、視在電力、力率、周波数、有功／無功電力度など）、

（5）ユーザ配電盤の各多機能電力計情報（相電圧、線電圧、三相電流、能動／能動電力、視在電力、力率、周波数、能動／能動電力度など）、

（6）貯蔵エネルギー戸棚情報（空調情報、消防システム情報）、

（7）ディーゼルエンジンシステム（運転モード、電力、交流遮断器状態、交流相電圧、線電圧、三相電流、有功/無功電力、視在電力、力率、周波数、有功/無功電力度など）、

（8）水素燃料電池システム（運転モード、電力、交流遮断器状態、交流相電圧、線電圧、三相電流、能動／能動電力、視在電力、力率、周波数、能動／能動電力度など）、

データ処理

エネルギー管理システムデータ処理モジュールはアナログ量処理、状態量処理、非実測データ処理、計算及び統計などの機能を提供する。

（1）シミュレーション量処理：シミュレーション量は各システム運行のリアルタイム量子化値を記述する、シミュレーション量の処理により、すべての手動で設定されたシミュレーション量が自動的にリスト表示され、そのシミュレーション量が属する工場に応じて対応する配線図を呼び出すことができる。

（2）状態量処理：状態量はスイッチ量と多状態のデジタル量を含み、具体的には設備の良否状態、スイッチ位置、隔離ナイフシャッタ、接地ナイフシャッタ位置、保護ハード接点状態などのその他の各種信号量である。状態量は手動で設定することができ、手動で設定した状態が収集状態と一致した場合、提示情報を与えることができる。

（3）非実測データ処理：非直接収集されたデータは非実測データと呼ばれ、人工的に入力されるか、計算によって得られるかもしれない。

（4）計算：カスタム式計算及び常用の標準計算機能を備える。ユーザーは標準計算機能をカスタマイズできます。

（5）統計：重要なデータ、例えばディーゼルエンジン発電量、光発電量、貯蔵エネルギー充放電量、充放電時間、故障電池数などに対して統計分析を行う。測定値の統計には、最大値、最小値、平均値、および対応する時間統計が含まれます。

アラーム処理

EMSシステムは事故警報と予告警報機能を有する。事故警報には、非正常な操作による遮断器のトリップと保護装置の動作信号、予告アラームには、一般的な機器の変位、状態異常情報、アナログ量または温度量の越限、コンピュータ監視システムのソフトウェア、ハードウェア状態異常などが含まれる。

ヒューマンインタラクション

システムホーム

PCSシステム監視概況

BMS監視の概要

配電盤監視概況

インバータ監視の概要

リアルタイム統計

EMSシステムは以下のリアルタイムモニタリングと統計機能を備えている：

（1）分散型電源発電統計：分散型太陽光発電電源のリアルタイム運転情報、警報情報を全面的に監視し、そして太陽光発電に対して多方面の統計と分析を行い、分散型電源の全面的な掌握を実現する。

（2）エネルギー貯蔵監視：エネルギー貯蔵電池のリアルタイム運行情報、警報情報に対して全面的な監視を行い、そしてエネルギー貯蔵に対して多方面の統計と分析を行い、エネルギー貯蔵の全面的な制御を実現する。

（3）負荷監視：条件付き負荷の監視、制御と統計を行い、低周負荷削減、電力網電力バランス制御分析などに根拠を提供する。

（4）配電網の総合監視と統計：配電システムの運行を統一的に監視する総合情報、ネット上の周波数、母線電圧、配電電力、そしてリアルタイムで総発電出力、貯蔵エネルギーの余剰容量、総有効負荷、総無効負荷、敏感負荷の総有効、制御可能負荷の総有効、切除可能負荷の総有効、そして各遮断器のスイッチ状態、各分岐路の無効電力、各設備の警報などのリアルタイム情報を含み、応答策略を制定し、配電網全体の安定制御を実現する。外部電力網に通信インタフェースを予約し、電力を満たし、追加設備を提供しない。

エネルギー管理

EMSシステムはオペレータが入力した命令に基づいて遮断器、切替スイッチなどの正常な操作とその他の必要な操作を実現することができ、電源と負荷監視データ、統計結果に基づいてバランス計算と策略応答を行うことができる。動作制御の実行結果は、通常（または異常）の実行レポートを生成し、表示することができる関連装置図にフィードバックされることができる。

スイッチング制御機能

EMSは配電盤のすべての回路遮断器を遠隔でオフにすることができ（システムが手動回路遮断器として配置されている場合を除く）、システムの主インタフェース、各回路遮断器の状態位置を正確に表示することができ、オペレータが相応の指令を入力した後、遮断器の分／合操作を実現することができる。自動モードでは、EMSは必要に応じて対応する遮断器を自動的に分割/結合することができます。部分負荷の切り出し、多電源切換時分割/合部分電源スイッチなど。

こうでんあつインバータせいぎょ

EMSはリアルタイムで光起電力インバータの運行状態を監視することができ、連続有効調整、無効調整光起電力インバータ機能を備えている。システムの運転状態に応じて、リアルタイムで光起電力インバータの有効電力出力を調整する。

エネルギー貯蔵システム制御

EMSはリアルタイムでBMS、PCSの運転状態を監視することができ、BMS指令及び状態に基づいてPCSの充電モード、充電電力、充電電流、放電電力などの運転パラメータを動的に調整することができる。EMSは電池保護機能を備え、BMSアップロード命令及びリアルタイム状態に基づいてPCSを制御して停止、待機、放電のみ、充電のみなどの機能を実行し、BMS状態に基づいてPCSに対して連続的な有効調整、無効調整命令を発行することができる。

そはつシステムせいぎょ

EMSはリアルタイムで柴発の運転状態を監視することができ、通信方式を通じて柴発状態を監視することができ、柴発給電回路には遮断器と知能計器が設置され、システムは給電回路の電流電圧、電力及び発電量を監視することができ、システムは柴発に対する制御回路制御機能を備えている。

オフネットワーク論理制御

オフネット論理制御

離網制御ロジックは、主に市電の参加なしに離島の運転モードを処理する。安定した自発、自己貯蔵、自己販売制御を実現する、具体的な実行ロジックを下図に示します。

論理フローに対して、主に効率的なC論理アルゴリズムを用いて実現する：

シャントネットワーク論理制御

並列ネットワーク制御ロジックは、主に市電参加の場合の並列ネットワーク動作モードを処理する。具体的な実行ロジックを下図に示します。

論理フローに対して、主に効率的なC論理アルゴリズムを用いて実現する：

まとめ

ST890 のマイクログリッドEMSシステムはマイクログリッドシステム全体の中で核心的な地位にあり、マイクログリッドに対して測定、監視、制御、保護及び高級大まかな実現を実行する監視システムである。マイクログリッドのリアルタイムエネルギースケジューリングと管理、追跡、検査などを実現する上で重要な役割がある。

ケース

プロジェクトは高海抜地区に位置し、海抜は約5400メートルで、システムの主な構成はEMSワークステーション、BMS、PCS、光発電、ディーゼル発電機及び負荷など。

現場では多機能計器、直流スクリーン、光起電力インバータ、BMS、PCSなどの設備に対してデータ収集を行い、ネットワークを統合して制御策略を実行し、ネットワークから離れて制御策略を調整する。EMSはリアルタイムでBMS、PCSの運転状態を監視することができ、BMS指令及び状態に基づいてPCSの充電モード、充電電力、充電電流、放電電力などの運転パラメータを動的に調整することができる。EMSは電池保護機能を備え、BMSアップロード命令及びリアルタイム状態に基づいてPCSを制御して停止、待機、放電のみ、充電のみなどの機能を実行し、BMS状態に基づいてPCSに対して連続的な有効調整、無効調整命令を発行することができる。