安科瑞 徐浩竣

江蘇安科瑞電器制造有限公司

隨著全球?qū)沙掷m(xù)發(fā)展和環(huán)境保護的重視，微電網(wǎng)作為一種新型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，正逐步成為電力系統(tǒng)的重要組成部分。微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)（Micro-grid Energy Management System, MEMS）作為微電網(wǎng)技術(shù)的核心，其應(yīng)用越來越廣泛，并在提升能源利用效率、保障電力供應(yīng)可靠性方面發(fā)揮著重要作用。

微電網(wǎng)概述

微電網(wǎng)是由一組微電源、負荷、儲能系統(tǒng)和控制裝置構(gòu)成的自治系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護和管理。它既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可以孤立運行，為偏遠地區(qū)、工業(yè)園區(qū)、居民區(qū)等多種場景提供電力供應(yīng)。微電網(wǎng)的主要特征包括微型、清潔、自治和友好。其電壓等級通常在35kV及以下，系統(tǒng)容量最大不超過20MW，可再生能源裝機容量占比超過50%，系統(tǒng)綜合能源利用效率在70%以上。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的功能

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)是一套具有發(fā)電優(yōu)化調(diào)度、負荷管理、實時監(jiān)測并自動實現(xiàn)微電網(wǎng)同步等功能的能量管理軟件。其主要功能包括：

發(fā)電優(yōu)化調(diào)度：根據(jù)負荷需求和能源資源情況，優(yōu)化分布式電源的發(fā)電計劃，提高能源利用效率。

負荷管理：通過實時監(jiān)控和智能預(yù)測，調(diào)整負荷需求，實現(xiàn)電力供需平衡。

實時監(jiān)測：對微電網(wǎng)內(nèi)的電力電量狀態(tài)進行全天候數(shù)據(jù)采集和分析，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

自動同步：在并網(wǎng)模式下，自動實現(xiàn)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的同步運行，確保電能質(zhì)量。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的應(yīng)用案例

江陰風(fēng)光儲充微電網(wǎng)系統(tǒng)：微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，是我司根據(jù)新型電力系統(tǒng)下微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)與微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的要求，總結(jié)國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的先進經(jīng)驗，專門研制出的企業(yè)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)滿足光伏系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電樁的接入，全天候進行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、風(fēng)能、儲能系統(tǒng)、充電樁運行狀態(tài)及健康狀況，是一個集監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理為一體的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上以經(jīng)濟優(yōu)化運行為目標，促進可再生能源應(yīng)用，提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性、補償負荷波動；有效實現(xiàn)用戶側(cè)的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷，提高電力設(shè)備運行效率、降低供電成本。為企業(yè)微電網(wǎng)能量管理提供安全、可靠、經(jīng)濟運行提供了全新的解決方案。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)應(yīng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，整個能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個層：設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層和站控層。站級通信網(wǎng)絡(luò)采用標準以太網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議，物理媒介可以為光纖、網(wǎng)線、屏蔽雙絞線等。系統(tǒng)支持Modbus RTU、Modbus TCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT 等通信規(guī)約。該系統(tǒng)采用0.4kV并網(wǎng)，光伏配合儲能系統(tǒng)滿足內(nèi)部需求，實現(xiàn)峰谷套利、備用電源等運行模式。Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)實現(xiàn)了對光伏、風(fēng)電、儲能系統(tǒng)以及充電樁等設(shè)備的接入和監(jiān)控，提高了電網(wǎng)運行穩(wěn)定性和設(shè)備運行效率。

荷蘭Bronsbergen假日公園微電網(wǎng)：該微電網(wǎng)采用集中控制的方式，通過全球移動通信系統(tǒng)（GSM）與調(diào)度中心交流，實現(xiàn)了微電網(wǎng)并網(wǎng)和孤網(wǎng)的無縫切換，提高了供電可靠性。

德國Am Steinweg微電網(wǎng)：由PoMS系統(tǒng)控制，具有配電網(wǎng)管理、分布式電源管理和需求側(cè)管理等功能，通過分層式結(jié)構(gòu)進行信息的交流與傳輸，提高了系統(tǒng)的智能化水平。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的未來發(fā)展

隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)的深入發(fā)展，微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)將越來越智能化和高效化。未來，MEMS將具備以下發(fā)展趨勢：

智能化控制：通過能源管理系統(tǒng)和自動控制技術(shù)，實現(xiàn)對電力的精確調(diào)配和控制，提高微電網(wǎng)的效率和響應(yīng)速度。

多能聯(lián)供：微電網(wǎng)將不僅提供電力服務(wù)，還將通過多能聯(lián)供的方式，如與氣體、水資源等供應(yīng)系統(tǒng)相結(jié)合，提供更全面的能源服務(wù)。

地域定制化：根據(jù)區(qū)域特點和用戶需求進行定制，實現(xiàn)更好的能源管理效果。

系統(tǒng)互聯(lián)：微電網(wǎng)將和主電網(wǎng)、其他微電網(wǎng)、電動汽車等形成更加互聯(lián)的系統(tǒng)，實現(xiàn)更高效、更可靠的能源供應(yīng)和管理。

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，即站控層、網(wǎng)絡(luò)層和設(shè)備層，詳細拓撲結(jié)構(gòu)如下：

圖1 典型微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)組網(wǎng)方式

2 1. 系統(tǒng)功能

2.1 實時監(jiān)測

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機界面友好，應(yīng)能夠以系統(tǒng)一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測光伏、風(fēng)電、儲能、充電樁等各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開關(guān)等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。其中，各子系統(tǒng)回路電參量主要有：相電壓、線電壓、三相電流、有功/無功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率、有功/無功電度、頻率和正向有功電能累計值；狀態(tài)參數(shù)主要有：開關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

系統(tǒng)可以對分布式電源、儲能系統(tǒng)進行發(fā)電管理，使管理人員實時掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲能單元運行功率設(shè)置等。

系統(tǒng)可以對儲能系統(tǒng)進行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進行及時告警，并支持定期的電池維護。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面包括系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)光伏、風(fēng)電、儲能、充電樁及總體負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節(jié)能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據(jù)不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統(tǒng)信息進行顯示。

圖2 系統(tǒng)主界面

子界面主要包括系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風(fēng)電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計列表等。

2.1.1.1 光伏界面

圖 3 光伏系統(tǒng)界面

本界面用來展示對光伏系統(tǒng)信息，主要包括逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進行展示。

2.1.1.2 儲能界面

圖 4 儲能系統(tǒng)界面

本界面主要用來展示本系統(tǒng)的儲能裝機容量、儲能當前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖 5 儲能系統(tǒng)PCS參數(shù)設(shè)置界面

本界面主要用來展示對PCS的參數(shù)進行設(shè)置，包括開關(guān)機、運行模式、功率設(shè)定以及電壓、電流的限值。

圖 6 儲能系統(tǒng)BMS參數(shù)設(shè)置界面

本界面用來展示對BMS的參數(shù)進行設(shè)置，主要包括電芯電壓、溫度保護限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。

圖 7 儲能系統(tǒng)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等。

圖 8 儲能系統(tǒng)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、溫度值等。同時針對交流側(cè)的異常信息進行告警。

圖 9 儲能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側(cè)的異常信息進行告警。

圖 10 儲能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面

本界面用來展示對PCS狀態(tài)信息，主要包括通訊狀態(tài)、運行狀態(tài)、STS運行狀態(tài)及STS故障告警等。

圖 11 儲能電池狀態(tài)界面

本界面用來展示對BMS狀態(tài)信息，主要包括儲能電池的運行狀態(tài)、系統(tǒng)信息、數(shù)據(jù)信息以及告警信息等，同時展示當前儲能電池的SOC信息。

圖 12 儲能電池簇運行數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對電池簇信息，主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當前電芯的最大、最小電壓、溫度值及所對應(yīng)的位置。

2.1.1.3 風(fēng)電界面

圖 13風(fēng)電系統(tǒng)界面

本界面用來展示對風(fēng)電系統(tǒng)信息，主要包括逆變控制一體機直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、風(fēng)速/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進行展示。

2.1.1.4 充電樁界面

圖 14 充電樁界面

本界面用來展示對充電樁系統(tǒng)信息，主要包括充電樁用電總功率、交直流充電樁的功率、電量、電量費用，變化曲線、各個充電樁的運行數(shù)據(jù)等。

2.1.1.5 視頻監(jiān)控界面

圖 15 微電網(wǎng)視頻監(jiān)控界面

本界面主要展示系統(tǒng)所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實現(xiàn)預(yù)覽、回放、管理與控制等。

2.2 發(fā)電預(yù)測

系統(tǒng)應(yīng)可以通過歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)、未來天氣預(yù)測數(shù)據(jù)，對分布式發(fā)電進行短期、超短期發(fā)電功率預(yù)測，并展示合格率及誤差分析。根據(jù)功率預(yù)測可進行人工輸入或者自動生成發(fā)電計劃，便于用戶對該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。

圖 16 光伏預(yù)測界面

2.3 策略配置

系統(tǒng)應(yīng)可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、儲能系統(tǒng)容量、負荷需求及分時電價信息，進行系統(tǒng)運行模式的設(shè)置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計劃、需量控制、防逆流、有序充電、動態(tài)擴容等。

1，無新能源消納

沒有配備光伏，BESS即用以下策略，當市電異常時，儲能離網(wǎng)運行，SOC 剩余電量不滿足離網(wǎng)需求情況下需要EMS控制來啟動柴發(fā)，市電正常則回到并網(wǎng)。

2，有新能源消納

自發(fā)自用 光伏發(fā)電優(yōu)先提供給負載，當光伏功率大于負載功率時，多余的電量給BESS 充電，當光伏功率小于負載功率時，光伏和 BESS 放電同時給負載供電，當光伏和 BESS 放電都不滿足負載功率時，光伏、BESS 和市電同時給負載供電。

電池優(yōu)先 光伏發(fā)電優(yōu)先給 BESS 充電，多余的能量給負載，PV 不足以供給電池和負載時，電網(wǎng)給負載提供剩余能量。

具體策略根據(jù)項目實際情況（如儲能柜數(shù)量、負載功率、光伏系統(tǒng)能力等）進行接口適配和策略調(diào)整，同時支持定制化需求。

結(jié)論

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)作為微電網(wǎng)技術(shù)的核心，在提升能源利用效率、保障電力供應(yīng)可靠性方面發(fā)揮著重要作用。隨著技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用場景的日益豐富，MEMS將在未來能源系統(tǒng)中占據(jù)更加重要的地位。我們期待微電網(wǎng)在新能源、新技術(shù)的支持下，不斷發(fā)展和創(chuàng)新，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護做出更大貢獻。

審核編輯 黃宇