安科瑞劉鴻鵬

摘要

本文探討了微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)在現(xiàn)代儲能物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。隨著能源危機和新能源技術(shù)的發(fā)展，微電網(wǎng)技術(shù)成為利用新能源電力的重要方向。微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)通過實時監(jiān)控、智能預測、協(xié)調(diào)控制和經(jīng)濟調(diào)度等功能，優(yōu)化能源使用，提高系統(tǒng)效率和可靠性。本文分析了微電網(wǎng)系統(tǒng)的組成、運行模式和應(yīng)用場景，并探討了其在工商業(yè)儲能、充電站和偏遠地區(qū)供電中的具體應(yīng)用。研究表明，微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)在提升能源利用效率、降低用電成本和保障供電可靠性方面具有顯著優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；能量管理系統(tǒng)；儲能物聯(lián)網(wǎng)；新能源；協(xié)調(diào)控制；經(jīng)濟調(diào)度

引言

隨著全球能源危機和新能源技術(shù)的快速發(fā)展，微電網(wǎng)技術(shù)成為利用新能源電力的重要方向。微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)通過實時監(jiān)控、智能預測、協(xié)調(diào)控制和經(jīng)濟調(diào)度等功能，優(yōu)化能源使用，提高系統(tǒng)效率和可靠性。本文旨在探討微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)在現(xiàn)代儲能物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用，分析其組成、運行模式和應(yīng)用場景，并探討其在工商業(yè)儲能、充電站和偏遠地區(qū)供電中的具體應(yīng)用。

一、背景與需求

隨著全球能源危機和用能需求的增加，新能源發(fā)電技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。然而，新能源的能量密度普遍偏低，且受地理位置和天氣條件的影響較大，屬于間歇式電源。微電網(wǎng)技術(shù)的提出，為利用這些新能源電力提供了重要的技術(shù)方向。微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)通過實時監(jiān)控、智能預測、協(xié)調(diào)控制和經(jīng)濟調(diào)度等功能，優(yōu)化能源使用，提高系統(tǒng)效率和可靠性。

電能緊張和電價上漲是企業(yè)面臨的主要問題。企業(yè)可靠用電需求持續(xù)提升，而雙碳目標下的能耗管控更加嚴格。拉閘限電、高溫少雨等端天氣導致負荷創(chuàng)新高，主電網(wǎng)電力可靠性降低。電力價格市場機制持續(xù)完善，代理購電價格上漲，電力峰谷價差擴大，企業(yè)用電降本需求持續(xù)增強。微電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，可以有效緩解這些問題，提高電力系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟性。

二、微電網(wǎng)系統(tǒng)的組成與運行模式

微電網(wǎng)系統(tǒng)由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負荷和監(jiān)控、保護裝置組成，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)。根據(jù)運行模式，微電網(wǎng)可分為并網(wǎng)型和離網(wǎng)型。并網(wǎng)型微電網(wǎng)既可以與外部電網(wǎng)連接運行，也支持離網(wǎng)獨立運行，以并網(wǎng)為主。離網(wǎng)型微電網(wǎng)不與外部電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)電能自發(fā)自用，功率平衡微電網(wǎng)。

微電網(wǎng)系統(tǒng)的組成設(shè)備包括光伏發(fā)電系統(tǒng)、風力發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)和充電樁系統(tǒng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)通過光伏陣列將太陽能轉(zhuǎn)換為直流電能，再通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電能。風力發(fā)電系統(tǒng)通過風力發(fā)電機組將風能轉(zhuǎn)換為交流電能，經(jīng)過控制器整流成直流電后輸出給逆變電源，由逆變電源轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的交流電。儲能系統(tǒng)主要由電池組、儲能變流器（PCS）、電池管理系統(tǒng)（BMS）和能量管理系統(tǒng)（EMS）構(gòu)成，負責電能的存儲和釋放。

2.2 風電儲能

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

（1）風力機組部分：捕獲風能并將風能轉(zhuǎn)化為交變電能；包括風力發(fā)電機組、塔架、地基、線纜等。

（2）并網(wǎng)控制部分： 控制風機系統(tǒng)的安全正常運行，內(nèi)置整流模塊輸出直流電能，并對輸出電壓進行限制，保護后端逆變器；包括并網(wǎng)控制器、泄荷器、線纜等。

（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(wǎng)，帶升壓變隔離；包括并網(wǎng)逆變器、線纜等。

（4）卸荷部分：實現(xiàn)智能控制風力發(fā)電機進行剎車停機，確保風力發(fā)電機在異常工況下的安全。

2.3 儲能電池組

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

電池組是儲能系統(tǒng)主要的構(gòu)成部分；

電池管理系統(tǒng)主要負責電池的監(jiān)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(tǒng)負責數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和能量調(diào)度等；

2.4 儲能電池陣列

電池管理系統(tǒng)包含儲能電池監(jiān)控和電池管理系統(tǒng)兩大部分，每套系統(tǒng)包含電池監(jiān)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(lián)）線路、高壓檢測單元、熱管理單元、電流檢測單元、急停系統(tǒng)、以及電池監(jiān)控系統(tǒng)（PC）等。

電池模塊、電池簇和電池陣列的儲能系統(tǒng)宜采用三層架構(gòu)的電池管理系統(tǒng)

電池管理系統(tǒng)功能：

實時監(jiān)測電池的電和熱相關(guān)的數(shù)據(jù), 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(nèi)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(shù)整定與修改功能等。

2.5儲能集裝

儲能系統(tǒng)多基于磷酸鐵鋰電池儲能技術(shù)，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(yōu)勢。電池單元采用模塊化設(shè)計，采用標準20/40英尺集裝箱，集裝箱內(nèi)具有空調(diào)、溫控、消防、照明等保護系統(tǒng)，確保電池系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)換效率及運作性能，同時具有安全可靠的保護措施。

三、微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)能夠?qū)ξ㈦娋W(wǎng)的源、網(wǎng)、荷、儲能系統(tǒng)、充電負荷進行實時監(jiān)控、診斷告警、全景分析、有序管理和控制，滿足微電網(wǎng)運行監(jiān)視、安全分析智能化、調(diào)整控制瞻化、全景分析動態(tài)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(jīng)濟優(yōu)化運行，實現(xiàn)能源效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益大化。

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系統(tǒng)。其主要功能包括實時監(jiān)測、能耗分析、智能預測、協(xié)調(diào)控制、經(jīng)濟調(diào)度和需求響應(yīng)。系統(tǒng)特點包括平滑功率輸出、提升綠電使用率、削峰填谷、谷電利用、提高經(jīng)濟性、降低充電設(shè)備對局部電網(wǎng)的沖擊、降低站內(nèi)配電變壓器容量和實現(xiàn)源荷匹配效能。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的核心功能包括實時監(jiān)測、智能預測、協(xié)調(diào)控制和經(jīng)濟調(diào)度。實時監(jiān)測功能可以對微電網(wǎng)的源、網(wǎng)、荷、儲能系統(tǒng)、充電負荷進行實時監(jiān)控和診斷告警。智能預測功能通過高精度數(shù)值氣象預報和多維度同構(gòu)異質(zhì)BP、LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)光功率預測方法，實現(xiàn)短期和超短期光伏功率預測。協(xié)調(diào)控制功能通過監(jiān)視控制、功率分配、并離網(wǎng)切換、逆變器控制和功率跟蹤，實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。經(jīng)濟調(diào)度功能通過需量控制、削峰填谷、備用電源和平抑波動等策略，保障用戶的經(jīng)濟性與安全性。

3.1 控制邏輯

3.2 核心功能

多種協(xié)議

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

多種通訊方式

支持多種通信方式：串口、網(wǎng)口、WIFI、4G。

通信管理

提供通信通道配置、通信參數(shù)設(shè)定、通信運行監(jiān)視和管理等。提供規(guī)約調(diào)試的工具，可監(jiān)視收發(fā)原碼、報文解析、通道狀態(tài)等。

智能策略

系統(tǒng)支持自定義控制策略，如削峰填谷、需量控制、動態(tài)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(jīng)濟性與安全性。

全量監(jiān)控

覆蓋傳統(tǒng)EMS盲區(qū)，可接入多種協(xié)議和不同廠家設(shè)備實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)制，實現(xiàn)環(huán)境、安防、消防、視頻監(jiān)控、電能質(zhì)量、計量、繼電保護等多系統(tǒng)和設(shè)備的全量接入

四、系統(tǒng)界面

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)包括系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷情況，體現(xiàn)系統(tǒng)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(huán)境等。

光伏儲能監(jiān)控

五、微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的應(yīng)用

?微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)在現(xiàn)代儲能物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用廣泛，涵蓋了工商業(yè)儲能、充電站和偏遠地區(qū)供電等多個域。在工商業(yè)儲能中，微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)通過削峰填谷、谷電利用等策略，降低企業(yè)的用電成本，提高能源利用效率。例如，在商業(yè)樓宇和數(shù)據(jù)中心，通過在樓宇地下室或停車位部署儲能系統(tǒng)，可以有效降低容量電費和峰谷差，節(jié)約用電成本。在工廠和產(chǎn)業(yè)園，利用閑置土地資源部署儲能系統(tǒng)，通過負荷預測等控制算法，自動調(diào)整充放電策略，進一步節(jié)約電費。

在充電站應(yīng)用中，微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)通過在充電樁之間部署儲能系統(tǒng)，代替變壓器擴容，滿足瞬時的大功率充電需求。這不僅降低了充電設(shè)備對局部電網(wǎng)的沖擊，還提高了充電站的運行效率和可靠性。例如，在電動汽車充電站，通過實時監(jiān)測充電系統(tǒng)的電壓、電流、功率及各充電樁運行狀態(tài)，系統(tǒng)可以根據(jù)用電負荷柔性調(diào)節(jié)充電功率，確保充電過程的安全。

在偏遠地區(qū)供電中，微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)通過離網(wǎng)型微電網(wǎng)技術(shù)，解決偏遠地區(qū)的用電問題，提高供電可靠性。例如，在孤島和邊遠地區(qū)，通過部署離網(wǎng)型微電網(wǎng)系統(tǒng)，可以實現(xiàn)電能的自發(fā)自用，保障關(guān)鍵負荷的供電，防范電網(wǎng)故障狀態(tài)，提高配電網(wǎng)對新能源的消納能力。這不僅提高了新能源的利用率，還降低了用能成本，提升了用能穩(wěn)定性。

結(jié)論

?微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)在現(xiàn)代儲能物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實意義和廣闊的發(fā)展景。通過實時監(jiān)控、智能預測、協(xié)調(diào)控制和經(jīng)濟調(diào)度等功能，微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)能夠優(yōu)化能源使用，提高系統(tǒng)效率和可靠性，降低用電成本，保障供電可靠性。未來，隨著技術(shù)的不斷更新和政策的持續(xù)支持，微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)將在更多域得到廣泛應(yīng)用，為實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展和碳中和目標做出重要貢獻。

審核編輯 黃宇