摘要

隨著全球能源危機與“雙碳”政策的推進，企業對低碳用電需求日益增長。微電網能量管理系統通過整合光伏、儲能和負載管理，成為工商業儲能電站發展的重要技術方向。本文基于微電網技術及其典型應用案例，探討光伏能量管理系統在工商業儲能電站中的優化策略與經濟價值。

1. 引言

隨著新能源的普及，光伏發電成為綠色能源的重要來源。然而，其發電受制于天氣、晝夜等自然條件，具有間歇性和波動性。這一特性對工商業用戶的可靠供電及用電成本提出了挑戰。微電網能量管理系統通過整合光伏、儲能與負載管理，為利用光伏發電提供了解決方案。

2.背景與需求

3.企業的需求與痛點

4.儲能電網能量管理系統的應用場景

4.1微電網系統：

由分布式電源、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，是一個能夠實現自我控制、保護和管理的自治系統。

4.2分類

并網型：既可以與外部電網連接運行，也支持離網獨立運行，以并網為主。

離網型：不與外部電網聯網，實現電能自發自用，功率平衡微電網。

4.3微電網——風電

風力發電機組將風能轉換為交流電能，風力發電機輸出的幅值、頻率均不穩定的交流電，經過控制器整流成直流電后輸出給逆變電源，由逆變電源轉換成幅值、頻率均穩定的交流電，經過電度表計量后，直接饋入直流電逆變為 AC380V、50Hz的三相交流電

4.3.1 風力機組部分：捕獲風能并將風能轉化為交變電能；包括風力發電機組、塔架、地基、線纜等。

4.3.2 并網控制部分： 控制風機系統的安全正常運行，內置整流模塊輸出直流電能，并對輸出值電壓進行限制，保護后端逆變器；包括并網控制器、泄荷器、線纜等。

4.3.3 逆變部分：將控制器輸出的直流電逆變成交流電并將能量饋入電網，帶升壓變隔離；包括并網逆變器、線纜等。

4.3.4 卸荷部分：實現智能控制風力發電機進行剎車停機，確保風力發電機在異常工況下的安全。

4.4微電網——儲能

電化學儲能系統主要由電池組、儲能變流器（PCS）、電池管理系統（BMS）、能量管理系統（EMS）以及其他電氣設備構成。

電池組是儲能系統主要的構成部分；

電池管理系統主要負責電池的監測、評估、保護以及均衡等；

儲能變流器可以控制儲能電池組的充電和放電過程，進行交直流的變換。

能量管理系統負責數據采集、網絡監控和能量調度等；

電池系統是儲能系統實現電能存儲和釋放主要載體，通過電池單體的串/并聯可實現電池系統容量的擴大，即大容量電池系統。其成組方式：先由多個電池單體經串/并聯后形成電池模塊（BatteryModule，BM），再將多個電池模塊串聯成電池串，再由多個電池串經并聯而成。

主要功能：

一是兩種不同工作模式下（并/離網模式）對電池系統的充放電功能，并實現兩種工作模式的切換；

二是通過控制策略為系統提供雙向可控的有功、無功功率，實現系統有功、無功功率平衡；

三是通過相關控制策略實現系統應用功能，如黑啟動、削峰填谷、功率平滑、低電壓穿越等；

四是根據PCS拓撲結構（如單AC/DC、雙AC/DC+DC/DC、單并聯、雙并聯、聯多電平結構等），通過相關控制策略實現對電池系統電壓和荷電狀態的均衡管理等

電池管理系統包含儲能電池監控和電池管理系統兩大部分，每套系統包含電池監測電路(CSC）、從電池管理單元(SBMU)、主電池管理單元(MBMU)、高壓線路控制單元、儲能柜預充電（并聯）線路、高壓檢測單元、熱管理單元、電流檢測單元、急停系統、以及電池監控系統（PC）等。

電池管理系統功能：

實時監測電池的電和熱相關的數據, 如電池簇總電壓、電池單體電壓或電芯組電壓、電池簇電流、電池模塊內部溫度；

具有 SOC/SOH 、充放電電能量值的計算功能；

均衡功能；

電氣保護功能；

預警功能；

自檢功能；

參數整定與修改功能等。

4.5儲能系統——集裝箱

儲能系統多基于磷酸鐵鋰電池儲能技術，磷酸鐵鋰電池具備安全可靠、放電深度和充放電倍率高等優勢。電池單元采用模塊化設計，采用標準20/40英尺集裝箱，集裝箱內具有空調、溫控、消防、照明等保護系統，確保電池系統具有轉換效率及運作性能，同時具有安全可靠的保護措施。

5. 微電網能量管理系統概述

微電網是一種集成分布式能源、儲能裝置、可控負載及監控設備的自治系統，可在并網或離網模式下運行。其核心能量管理系統（EMS）能夠實現發電優化調度、實時監控、智能預測與協調控制。

5.1 系統結構

光伏能量管理系統通過整合以下關鍵組件完成能量調度：

5.1.1光伏發電模塊：將太陽能轉化為電能，支持全額上網、自發自用等多種模式。

5.1.2儲能系統：由電池組、儲能變流器（PCS）及電池管理系統（BMS）構成，用于削峰填谷、功率平滑和備用電源。

5.1.3能量管理平臺：利用智能算法，根據電價、負載需求等調整系統運行策略。

5.2微電網并網要求

微電網宜采用單個并網點接入系統。當有兩個及以上與外部電網的并網點時，在并網運行時，應確保只有一個并網開關處于閉合狀態。

當高、低兩電壓均具備接入條件時，可采用低電壓等接入，但不應低于微電網內值電壓等。

5.3微電網特征

6.微電網能量管理系統

Acrel-2000MG微電網能量管理系統能夠對微電網的源、網、荷、儲能系統、充電負荷進行實時監控、診斷告警、全景分析、有序管理控制，通過在企業內部的源、網、荷、儲、充的各個關鍵節點安裝安科瑞自主研發的各類監測、分析、保護、治理裝置；通過控制、計量、通信等技術，將分布式電源、儲能系統、可控負荷、電動汽車、電能路由器聚合在一起；平臺根據電網價格、用電負荷、電網調度指令等情況，靈活調整微電網控制策略并下發給儲能、充電樁、逆變器等系統與設備，滿足微電網運行監視安全分析智能化、調整控制瞻化、全景分析動態化的需求，完成不同目標下光儲充資源之間的靈活互動與經濟優化運行，確保企業微電網始終安全、可靠、節約、經濟、低碳的運行。

6.2 核心功能

實時監測：對光伏、儲能設備運行狀態進行監控，保障系統安全運行。

經濟調度：通過削峰填谷與負荷管理降低電力成本。

智能預測：基于氣象預報與歷史數據，預測光伏發電量，提高系統穩定性。

需求響應：靈活調整儲能充放電策略，優化電網互動。

平滑功率輸出，提升綠電使用率；

削峰填谷、谷電利用，提高經濟性；

降低充電設備對局部電網的沖擊；

降低站內配電變壓器容量；

實現源荷匹配效能。

6.3控制架構

6.4相關控制策略

6.5功能簡介

多種協議

支持多種規約協議，包括：Modbus TCP/RTU、DL/T645-07/97、IEC60870-5-101/103/104、MQTT、CDT、第三方協議定制等。

多種通訊方式

支持多種通信方式：串口、網口、WIFI、4G。

通信管理

提供通信通道配置、通信參數設定、通信運行監視和管理等。提供規約調試的工具，可監視收發原碼、報文解析、通道狀態等。

智能策略

系統支持自定義控制策略，如削峰填谷、需量控制、動態擴容、后備電源、平抑波動、有序充電、逆功率保護等策略，保障用戶的經濟性與安全性。

全量監控

覆蓋傳統EMS盲區，可接入多種協議和不同廠家設備實現統一監制，實現環境、安防、消防、視頻監控、電能質量、計量、繼電保護等多系統和設備的全量接入。

7.界面介紹

微電網能量管理系統包括系統主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷情況，體現系統主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、告警信息、收益、環境等。

8. 儲能電站的應用場景

微電網技術在工商業儲能域具備多樣化的應用價值。

8.1 優化企業用能

通過儲能系統平滑光伏發電波動，并利用低谷電儲能、高峰電放電，企業可實現用能成本的顯著降低。

8.2 確保供電可靠性

微電網在離網模式下提供關鍵負載的應急電力保障，適用于端天氣或電網故障場景。

8.3 綠色低碳發展

光伏發電與儲能的結合降低了企業的化石能源消耗，同時提升了綠色能源的利用率。

9. 應用案例分析

9.1 江陰風光儲充微電網系統

該系統結合118kW光伏、50kW/100kWh儲能及多臺充電樁，采用并網模式滿足內部負荷需求，同時通過峰谷套利模式實現經濟效益優化。

- 功能：削峰填谷、備用電源

- 成果：顯著降低電費，提高新能源消納率。

9.2 武漢某電氣光儲微電網系統

該項目結合100kW光伏和70kW/140kWh儲能，運行模式包括削峰填谷和緊急備用電源，為企業提供穩定的電力供應，同時優化用電成本。

10. 未來展望

隨著儲能技術及光伏發電成本的進一步降低，微電網能量管理系統將廣泛應用于工商業域。在政策引導與技術推動下，其將成為實現“雙碳”目標的重要手段。未來發展應聚焦以下幾點：

1. 提升智能化水平：采用算法提高發電與用能預測精度。

2.增強經濟性：通過規模化效應降低系統建設成本。

3. 政策支持：加強對分布式新能源項目的補貼與扶持力度。

結論

光伏能量管理系統通過對光伏、儲能及負載的調控，賦能工商業儲能電站的低碳與運營。其不僅優化了企業用能模式，還為能源安全及環境保護做出了積貢獻。未來，通過技術創新與政策支持，光伏能量管理系統將在企業發展中發揮更重要的作用。

審核編輯 黃宇