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(chǔ)能物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。隨著能源危機(jī)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(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控、智能預(yù)測(cè)、協(xié)調(diào)控制和經(jīng)濟(jì)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(yùn)行模式和應(yīng)用場(chǎng)景，并探討了其在工商業(yè)儲(chǔ)能、充電站和偏遠(yuǎn)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(shì)。

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

引言

隨著全球能源危機(jī)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(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控、智能預(yù)測(cè)、協(xié)調(diào)控制和經(jīng)濟(jì)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(chǔ)能物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用，分析其組成、運(yùn)行模式和應(yīng)用場(chǎng)景，并探討其在工商業(yè)儲(chǔ)能、充電站和偏遠(yuǎn)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(jī)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(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控、智能預(yù)測(cè)、協(xié)調(diào)控制和經(jīng)濟(jì)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(jià)上漲是企業(yè)面臨的主要問(wèn)題。企業(yè)可靠用電需求持續(xù)提升，而雙碳目標(biāo)下的能耗管控更加嚴(yán)格。拉閘限電、高溫少雨等端天氣導(dǎo)致負(fù)荷創(chuàng)新高，主電網(wǎng)電力可靠性降低。電力價(jià)格市場(chǎng)機(jī)制持續(xù)完善，代理購(gòu)電價(jià)格上漲，電力峰谷價(jià)差擴(kuò)大，企業(yè)用電降本需求持續(xù)增強(qiáng)。微電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，可以有效緩解這些問(wèn)題，提高電力系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

二、微電網(wǎng)系統(tǒng)的組成與運(yùn)行模式

微電網(wǎng)系統(tǒng)由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置組成，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)。根據(jù)運(yùn)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(yùn)行，也支持離網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)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(shí)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(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)和充電樁系統(tǒng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)光伏陣列將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為直流電能，再通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換為交流電能。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為交流電能，經(jīng)過(guò)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(chǔ)能系統(tǒng)主要由電池組、儲(chǔ)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(fù)責(zé)電能的存儲(chǔ)和釋放。

2.2 風(fēng)電儲(chǔ)能

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為交流電能，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的幅值、頻率均不穩(wěn)定的交流電，經(jīng)過(guò)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(guò)電度表計(jì)量后，直接饋入直流電逆變?yōu)?AC380V、50Hz的三相交流電

（1）風(fēng)力機(jī)組部分：捕獲風(fēng)能并將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為交變電能；包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、塔架、地基、線(xiàn)纜等。

（2）并網(wǎng)控制部分： 控制風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的安全正常運(yùn)行，內(nèi)置整流模塊輸出直流電能，并對(duì)輸出電壓進(jìn)行限制，保護(hù)后端逆變器；包括并網(wǎng)控制器、泄荷器、線(xiàn)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(xiàn)纜等。

（4）卸荷部分：實(shí)現(xiàn)智能控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行剎車(chē)停機(jī)，確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)在異常工況下的安全。

2.3 儲(chǔ)能電池組

電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由電池組、儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)主要的構(gòu)成部分；

電池管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)電池的監(jiān)測(cè)、評(píng)估、保護(hù)以及均衡等；

儲(chǔ)能變流器可以控制儲(chǔ)能電池組的充電和放電過(guò)程，進(jìn)行交直流的變換。

能量管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和能量調(diào)度等；

2.4 儲(chǔ)能電池陣列

電池管理系統(tǒng)包含儲(chǔ)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(cè)電路(CSC）、從電池管理單元(SBMU)、主電池管理單元(MBMU)、高壓線(xiàn)路控制單元、儲(chǔ)能柜預(yù)充電（并聯(lián)）線(xiàn)路、高壓檢測(cè)單元、熱管理單元、電流檢測(cè)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(chǔ)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(jì)算功能；

均衡功能；

電氣保護(hù)功能；

預(yù)警功能；

自檢功能；

參數(shù)整定與修改功能等。

2.5儲(chǔ)能集裝

儲(chǔ)能系統(tǒng)多基于磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)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(shì)。電池單元采用模塊化設(shè)計(jì)，采用標(biāo)準(zhǔn)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(hù)系統(tǒng)，確保電池系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)換效率及運(yùn)作性能，同時(shí)具有安全可靠的保護(hù)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(chǔ)能系統(tǒng)、充電負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、診斷告警、全景分析、有序管理和控制，滿(mǎn)足微電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)視、安全分析智能化、調(diào)整控制瞻化、全景分析動(dòng)態(tài)化的需求，完成不同目標(biāo)下光儲(chǔ)充資源之間的靈活互動(dòng)與經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)能源效益、經(jīng)濟(jì)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(fù)荷管理、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并自動(dòng)實(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、能耗分析、智能預(yù)測(cè)、協(xié)調(diào)控制、經(jīng)濟(jì)調(diào)度和需求響應(yīng)。系統(tǒng)特點(diǎn)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(jì)性、降低充電設(shè)備對(duì)局部電網(wǎng)的沖擊、降低站內(nèi)配電變壓器容量和實(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、智能預(yù)測(cè)、協(xié)調(diào)控制和經(jīng)濟(jì)調(diào)度。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能可以對(duì)微電網(wǎng)的源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)能系統(tǒng)、充電負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和診斷告警。智能預(yù)測(cè)功能通過(guò)高精度數(shù)值氣象預(yù)報(bào)和多維度同構(gòu)異質(zhì)BP、LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)光功率預(yù)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)短期和超短期光伏功率預(yù)測(cè)。協(xié)調(diào)控制功能通過(guò)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)濟(jì)調(diào)度功能通過(guò)需量控制、削峰填谷、備用電源和平抑波動(dòng)等策略，保障用戶(hù)的經(jīng)濟(jì)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(yùn)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(bào)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(dòng)態(tài)擴(kuò)容、后備電源、平抑波動(dòng)、有序充電、逆功率保護(hù)等策略，保障用戶(hù)的經(jīng)濟(jì)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(chǎng)家設(shè)備實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)制，實(shí)現(xiàn)環(huán)境、安防、消防、視頻監(jiān)控、電能質(zhì)量、計(jì)量、繼電保護(hù)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(fēng)電、儲(chǔ)能、充電樁及總體負(fù)荷情況，體現(xiàn)系統(tǒng)主接線(xiàn)圖、光伏信息、風(fēng)電信息、儲(chǔ)能信息、充電樁信息、告警信息、收益、環(huán)境等。

光伏儲(chǔ)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(chǔ)能物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用廣泛，涵蓋了工商業(yè)儲(chǔ)能、充電站和偏遠(yuǎn)地區(qū)供電等多個(gè)域。在工商業(yè)儲(chǔ)能中，微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)通過(guò)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(guò)在樓宇地下室或停車(chē)位部署儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以有效降低容量電費(fèi)和峰谷差，節(jié)約用電成本。在工廠(chǎng)和產(chǎn)業(yè)園，利用閑置土地資源部署儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過(guò)負(fù)荷預(yù)測(cè)等控制算法，自動(dòng)調(diào)整充放電策略，進(jìn)一步節(jié)約電費(fèi)。

在充電站應(yīng)用中，微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)通過(guò)在充電樁之間部署儲(chǔ)能系統(tǒng)，代替變壓器擴(kuò)容，滿(mǎn)足瞬時(shí)的大功率充電需求。這不僅降低了充電設(shè)備對(duì)局部電網(wǎng)的沖擊，還提高了充電站的運(yùn)行效率和可靠性。例如，在電動(dòng)汽車(chē)充電站，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充電系統(tǒng)的電壓、電流、功率及各充電樁運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)可以根據(jù)用電負(fù)荷柔性調(diào)節(jié)充電功率，確保充電過(guò)程的安全。

在偏遠(yuǎn)地區(qū)供電中，微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)通過(guò)離網(wǎng)型微電網(wǎng)技術(shù)，解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的用電問(wèn)題，提高供電可靠性。例如，在孤島和邊遠(yuǎn)地區(qū)，通過(guò)部署離網(wǎng)型微電網(wǎng)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)電能的自發(fā)自用，保障關(guān)鍵負(fù)荷的供電，防范電網(wǎng)故障狀態(tài)，提高配電網(wǎng)對(duì)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(chǔ)能物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的發(fā)展景。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控、智能預(yù)測(cè)、協(xié)調(diào)控制和經(jīng)濟(jì)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(lái)，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(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展和碳中和目標(biāo)做出重要貢獻(xiàn)。

審核編輯 黃宇