[0036] 建模分析层主要完成负荷及光伏出力预测、控制策略的制定、系统安全分析与状 态估计等功能，包括负荷预测模型、光伏发电预测模型、储能充放电控制模型、光伏并网控 制模型、区域电网状态估计、灵敏度分析、风险评估分析。
[0037] 负荷预测模型提出了将多种预测算法结合使用的新型组合预测策略，基于神经网 络预测算法和灰色模型算法在预测速度、外推性能、容错能力以及预测误差等四个方面的 参数区别，建立基于参数性能的加权模型，实现预测精度和速度的提高。
[0038] 光伏发电预测模型基于光伏电池的基本数学模型，采用基于最大功率跟踪（MPPT) 算法，导入地区气象预测模型，形成光伏发电出力预测的综合模型。
[0039] 储能充放电控制模型基于蓄电池的数学模型，结合DC/DC模块及DC/AC模块的控 制技术，基于蓄电池的荷电状态（S0C)，形成合理的并网控制策略。
[0040] 光伏并网控制模型基于光伏电池的数学模型，结合DC/DC模块及DC/AC模块的控 制技术，形成合理的并网控制策略。
[0041] 区域电网状态估计模块根据采集到的数据以及电网拓扑分析结果，进行基于混合 量测的配电网状态估计，求取配电网状态变量，为其他分析控制模块提供基础。
[0042] 灵敏度分析模块以储能装置单位容量及储能装置类型为基本分析参数，分析参数 变化时，对分层储能系统频率和电压水平的灵敏度，并根据灵敏度和响应速度对分布式储 能进行聚类分析，从而实现储能装置的有序控制。
[0043] 风险评估分析模块，主要进行配电网系统中引起随机性故障的因素的量化，建立 能表征系统风险的量化指标并进行计算、分析，并结合灵敏度分析结果，为危险情况的预防 控制提供快速的指导。
[0044] S7 :应用功能层设计：
[0045] 应用功能层为能量管理系统具体实现模块，包括图形监控模块、系统安全评定、能 量优化调度、保护管理模块，告警简报模块，报表功能模块。
[0046]图形监控模块采用基于面向对象的建模技术，实现对分层储能系统主接线、设备 元件库的图形化处理，并建立图形处理环境，使分层储能能量管理系统能适用于不同的区 域配电网结构。
[0047]系统安全评定模块通过状态估计模型综合灵敏度分析和风险分析结果，建立评估 模型库，并提供关于配电网系统网络分析的一系列安全评定方式，实现配电网系统控制预 决策，以提高系统安全性。
[0048]能量优化调度模炔基于负荷预测信息、光伏发电预测信息，综合考虑区域电网中 上级调度的需求，对集中储能、分布式储能、光伏发电形成合理的调度控制策略，保证系统 能量处于最优状态。
[0049] 保护管理模块实现对分层储能系统中线路、光伏阵列、蓄电池单元、母线等元件的 运行状态、故障信息、事故范围等参数的集中管理与配置，实现了系统保护功能的集中控 制，大幅提尚系统中所有设备运彳丁的可靠性。
[0050]告警简报模炔基于分层储能系统中所有故障告警信息，形成系统总体运行状态 图，并对未来运行状态进行预测，实现对故障位置、影响范围、危害程度的分层、分区控制。
[0051] 报表功能模炔基于计算资源池中的数据库资源，完成分层储能能量管理系统中运 行数据的收集、传输、存储，并根据运行管理需要，形成相应的数据报表。
[0052] S8 :人机界面层设计：
[0053] 人机界面层为能量管理系统呈现在用户侧的表现形式，能量管理系统应具体友好 的人机界面，便于人机交互，方便监控与控制，其主要包括实时状态、预报界面、电能质量、 优化调度、安全分析、故障预警及紧急控制。
[0054] (3)如图3所示，设计能量管理系统功能单元，包括区域配网信息集成单元、网络 故障分析与故障控制单元、能量优化单元、光伏及储能设备管理单元、系统维护单元、通讯 及监控单元。
[0055] S9 :区域配网信息集成单元设计：
[0056]能量管理系统的电网运行数据信息主要通过安装在电网各处的SCADA装置及PMU装置共同采集，电网信息用于配网分析建模。光伏出力预测需要考虑当地环境气象信息，因 此需主动监测当地环境气象信息，并对其建模。此外，在主动配电网中，光伏并网除了需考 虑常规机组出力大小以及负荷大小外，还需要考虑实时电价的影响。当电价较高时，可增大 光伏系统输出至配网的出力；当电价较低时，则可通过配网向系统中的储能装置充电，以此 达到光伏储能系统的经济调度。因此能量管理系统还需要针对实时电价信息进行建模。区 域配网信息集成单元为S10及S11提供数据信息支持。
[0057] S10 :网络分析与故障控制单元设计：
[0058] 通过采集到的配电网信息，对含光伏储能的配网进行整体网络拓扑分析及状态估 计。根据配电网状态变量以及控制变量，并结合配电网各单元设备的健康状态，进行风险评 估及灵敏度分析，进而形成预警与紧急控制策略。
[0059] S11 :能量优化单元设计：
[0060] 综合区域配网信息、实时电价信息、环境气象信息以及网络分析结果，进行系统能 量优化。首先采用合理的预测方法，进行负荷预测、光伏发电预测及储能系统能量预测，进 而基于预测值，建立合理的储能充放电控制策略以及光伏并网控制策略。此外，能量优化单 元还应进行实时或准实时系统运行分析，根据系统状态及时调整控制策略。
[0061] S12 :光伏及储能设备管理单元设计：
[0062] 此单元从设备的角度进行管理，主要包括光伏逆变器控制和储能充放电控制、实 时光伏发电信息和分层储能信息监测以及设备告警和故障处理。
[0063] S13 :系统维护单元设计：
[0064] 此单元主要包括(ΠΜ组件管理、C0RBA环境维护、权限及密钥管理、通讯配置及管 理。
[0065] S14 :通讯及监控单元设计：
[0066] 此单元主要包括就地/集中监控以及内部/外部通讯接口。
[0067] 通信及监控单元主要完成能量管理系统各功能单元间的数据传输，形成集中与分 布式结合的监控体系，保证各功能单元间基于网格计算平台处理后的数据能够实现有序协 调的控制。
[0068] (4)设计基于区域配电网的计算资源池构建方法及数据聚合策略，主要包括以下 步骤：
[0069] S15-1 :虚拟评估
[0070] 虚拟评估环节屏蔽具体的硬件差别，对外提供透明化的计算资源，评估策略如式 ⑴~⑶所示。
[0074]式中，MFLOPS(MillionFloatingPointOperationsPerSecond，每秒百万浮 点运算值）是衡量计算资源性能的主要指标，可以通过设备参数或者实际测量得到；Ca 分别代表计算资源的内存容量和Cache大小；MBTF(MeanTimeBetweenFailure，平均无 故障工作时间）表征计算资源在发生两次故障之间的平均运行时间，一般可利用数学统计 方法计算出；Ts表征计算资源当前的任务饱和程度；λλ3为调节系数，用于衡量同一 参数情形下，不同技术特征带来的性能差异（如操作系统、内存技术、缓存调度方案等）； (x^x^xj为典型计算资源的MFLOPS、Me、Ca得分值。VES(VirtualEvaluationScore,虚 拟评估得分）表征某一计算资源的综合性能。
[0075] S15-2 :动态链接
[0076] 考虑计算资源的处理性能及其与终端间网络距离造成的数据传输开销，提出 RNDR(ResourceNodeDynamicRank，资源节点动态评级）计算策略，如式（4)所示。
[0078] 式中，Metric为终端与资源节点之间报文转发的路由跳数，该参数表征了网络中 各节点间的距离，具体数值可从通信网络路由表中获得；C为控制系数，可以通过该系数的 改变为计算资源的调度分配提供一定的灵活性。
[0079]