安科瑞劉鴻鵬

摘要

本文探討了微電網能量管理系統在現代儲能物聯網中的應用。隨著能源危機和新能源技術的發展，微電網技術成為利用新能源電力的重要方向。微電網能量管理系統通過實時監控、智能預測、協調控制和經濟調度等功能，優化能源使用，提高系統效率和可靠性。本文分析了微電網系統的組成、運行模式和應用場景，并探討了其在工商業儲能、充電站和偏遠地區供電中的具體應用。研究表明，微電網能量管理系統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勢。

關鍵詞：微電網；能量管理系統；儲能物聯網；新能源；協調控制；經濟調度

引言

隨著全球能源危機和新能源技術的快速發展，微電網技術成為利用新能源電力的重要方向。微電網能量管理系統通過實時監控、智能預測、協調控制和經濟調度等功能，優化能源使用，提高系統效率和可靠性。本文旨在探討微電網能量管理系統在現代儲能物聯網中的應用，分析其組成、運行模式和應用場景，并探討其在工商業儲能、充電站和偏遠地區供電中的具體應用。

一、背景與需求

隨著全球能源危機和用能需求的增加，新能源發電技術得到了廣泛應用。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。微電網技術的提出，為利用這些新能源電力提供了重要的技術方向。微電網能量管理系統通過實時監控、智能預測、協調控制和經濟調度等功能，優化能源使用，提高系統效率和可靠性。

電能緊張和電價上漲是企業面臨的主要問題。企業可靠用電需求持續提升，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新高，主電網電力可靠性降低。電力價格市場機制持續完善，代理購電價格上漲，電力峰谷價差擴大，企業用電降本需求持續增強。微電網技術的應用，可以有效緩解這些問題，提高電力系統的可靠性和經濟性。

二、微電網系統的組成與運行模式

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、保護裝置組成，是一個能夠實現自我控制、保護和管理的自治系統。根據運行模式，微電網可分為并網型和離網型。并網型微電網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。離網型微電網不與外部電網聯網，實現電能自發自用，功率平衡微電網。

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

2.2 風電儲能

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

（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。

（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。

（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）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。

2.3 儲能電池組

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；

2.4 儲能電池陣列

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。

電池模塊、電池簇和電池陣列的儲能系統宜采用三層架構的電池管理系統

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。

2.5儲能集裝

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。

三、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、有序管理和控制，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，實現能源效益、經濟效益和環境效益大化。

微電網能量管理系統是一套具有發電優化調度、負荷管理、實時監測并自動實現微電網同步等功能的能量管理系統。其主要功能包括實時監測、能耗分析、智能預測、協調控制、經濟調度和需求響應。系統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和實現源荷匹配效能。

微電網能量管理系統的核心功能包括實時監測、智能預測、協調控制和經濟調度。實時監測功能可以對微電網的源、網、荷、儲能系統、充電負荷進行實時監控和診斷告警。智能預測功能通過高精度數值氣象預報和多維度同構異質BP、LSTM神經網絡光功率預測方法，實現短期和超短期光伏功率預測。協調控制功能通過監視控制、功率分配、并離網切換、逆變器控制和功率跟蹤，實現系統的穩定運行。經濟調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，保障用戶的經濟性與安全性。

3.1 控制邏輯

3.2 核心功能

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

四、系統界面

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。

光伏儲能監控

五、微電網能量管理系統的應用

?微電網能量管理系統在現代儲能物聯網中的應用廣泛，涵蓋了工商業儲能、充電站和偏遠地區供電等多個域。在工商業儲能中，微電網能量管理系統通過削峰填谷、谷電利用等策略，降低企業的用電成本，提高能源利用效率。例如，在商業樓宇和數據中心，通過在樓宇地下室或停車位部署儲能系統，可以有效降低容量電費和峰谷差，節約用電成本。在工廠和產業園，利用閑置土地資源部署儲能系統，通過負荷預測等控制算法，自動調整充放電策略，進一步節約電費。

在充電站應用中，微電網能量管理系統通過在充電樁之間部署儲能系統，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備對局部電網的沖擊，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，通過實時監測充電系統的電壓、電流、功率及各充電樁運行狀態，系統可以根據用電負荷柔性調節充電功率，確保充電過程的安全。

在偏遠地區供電中，微電網能量管理系統通過離網型微電網技術，解決偏遠地區的用電問題，提高供電可靠性。例如，在孤島和邊遠地區，通過部署離網型微電網系統，可以實現電能的自發自用，保障關鍵負荷的供電，防范電網故障狀態，提高配電網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，提升了用能穩定性。

結論

?微電網能量管理系統在現代儲能物聯網中的應用具有重要的現實意義和廣闊的發展景。通過實時監控、智能預測、協調控制和經濟調度等功能，微電網能量管理系統能夠優化能源使用，提高系統效率和可靠性，降低用電成本，保障供電可靠性。未來，隨著技術的不斷更新和政策的持續支持，微電網能量管理系統將在更多域得到廣泛應用，為實現能源的可持續發展和碳中和目標做出重要貢獻。

審核編輯 黃宇