背景

隨著全球能源危機的加劇、能源需求的增長以及新能源技術的不斷進步，新能源發電正變得越來越普遍，并逐漸構建起一個新型的能源與電力市場。然而，由于新能源的能量密度通常較低，實現大規模功率輸出需要精心選擇適宜的地理位置，這使得新能源發電往往呈現出間歇性。微電網技術的提出，為有效利用這些間歇性新能源電力提供了關鍵性的技術解決方案。

 

需求

1.電價上漲：企業用電降本需求持續增強

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、電價上漲

2.電能緊張：企業可靠用電需求持續提升

? 雙碳下企業能耗管控嚴

? 拉閘限電

? 高溫少雨極端天氣

? 負荷創新高

? 主電網電力可靠性降低

3.電力改革：企業微電網盈利模式多樣化

? 新能源允許參與電力市場

? 負荷聚合商、虛擬電廠和新能源微電網等新興市場主體參與現貨市場交易，提升盈利能力.

4市場空間：成長空間廣闊，需求加速釋放

? 10kV及以上供電電壓等級的工商業用戶有200萬戶以上，有建設或改造微電網的潛力

? 按照規模約1-2MW建設，潛在市場總空間可達20萬億元

解決方案

概述

微電網能量管理系統是我司研制的，滿足光伏、儲能和充電樁接入需求的監控與能量管理一體化系統。該系統實現全天候數據采集與分析，監控關鍵設備運行狀態，旨在經濟優化運行，促進可再生能源利用，提升電網穩定性，實現需求管理，降低供電成本。系統采用分層分布式結構，包含設備層、網絡通信層和站控層，支持多種通信協議，確保企業微電網的安全、可靠和經濟運行。

系統功能需求

1) 數據采集及處理：通過光伏、儲能設備、充電樁、負荷及輔助設備等實時采集現場各種電參數、電能抄表值等；

2) 實時監控：實時監控微電網系統的綜合數據、系統性能、功率輻射曲線、發電量、系統損耗等，及時掌握微電網系統的整體運行水平，包括對光伏并網柜、儲能變流器、充電樁、主接線、通訊狀態等的實時監控；

3) 畫面顯示：各子系統的發用電信息與狀態、保護設備動作及復歸信息、交直流系統及所用變系統的信息、各測量值的實時數據、系統拓撲、各種告警、運行曲線、環境數據等信息；

4) 智能控制策略：包括峰谷策略、平滑出力、計劃曲線策略、自定義控制策略等；

5) 記錄功能：具有電壓、電流、功率、電能以及事故、告警事件等各種歷史數據的存儲功能，以供查詢、分析、打印；

6) 報警處理：用戶可以根據自己的需要分類篩選有關報警，并將報警歸納于不同的報警窗口。同時通過告警異常事件進行管理，為設備性能的評估、準確判斷故障、提供支持；通過事故追憶和事故重演，可分析事故發生原因，避免事故的再次發生，保證系統安全穩定運行；

7) 應具有完善的用戶權限管理功能，避免越權操作，同時支持對操作密碼進行設置，為系統的遙控/遙調等操作安全性提供保障；

8) 曲線分析功能：可以曲線形式展示實時數據庫和歷史數據庫中的模擬量、電度量數據，以便分析其當前運行狀態及有關歷史趨勢；

9) 報表統計功能：通過報表，可以方便分析供電系統及各回路運行參數，形成運行日報、月報、電能統計日報、月報、年報。

1.1 系統架構

本平臺采用分層分布式結構進行設計，即站控層、網絡層和設備層，詳細拓撲結構如下：

 

2 1. 系統功能

2.1 實時監測

微電網能量管理系統的用戶界面設計應追求友好性，以便能夠以系統一次電氣圖的形式直觀展示各電氣回路的運行狀態。該系統需實時監測各回路的電壓、電流、功率、功率因數等關鍵電參數信息，并動態跟蹤回路中斷路器、隔離開關等設備的合閘與分閘狀態，同時監控相關的故障和告警信號。具體而言，子系統回路的電參量包括：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數、頻率以及正向有功電能的累計值；狀態參數則涵蓋開關狀態、斷路器故障脫扣告警等。

此外，該系統應具備對分布式電源和儲能系統進行發電管理的能力，使管理人員能夠實時掌握發電單元的輸出功率、收益情況、儲能荷電狀態以及發電單元與儲能單元的運行功率設置等信息。

系統還應能夠對儲能系統進行狀態管理，根據儲能系統的荷電狀態及時發出告警，并支持定期的電池維護工作。

微電網能量管理系統的監控系統界面包括系統主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據不同的需求，也可將充電,儲能及光伏系統信息進行顯示。

 

圖2 系統主界面

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

2.1.1.1 光伏界面

 

 

圖 3 光伏系統界面

本界面用來展示對光伏系統信息，主要包括光伏的裝機容量、收益、發電量、環境信息；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。

2.1.1.2 儲能界面

 

圖 4 儲能系統界面

本界面主要用來展示本系統的儲能裝機容量、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PCS參數設置界面

本界面主要用來展示對PCS的參數進行設置，包括開關機、運行模式、功率設定以及電壓、電流的限值。

 

圖 6 儲能系統BMS參數設置界面

本界面用來展示對BMS的參數進行設置，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PCS電網側數據界面

本界面用來展示對PCS電網側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數等。

 

圖 8 儲能系統PCS交流側數據界面

本界面用來展示對PCS交流側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數、溫度值等。同時針對交流側的異常信息進行告警。

 

圖 9 儲能系統PCS直流側數據界面

本界面用來展示對PCS直流側數據，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側的異常信息進行告警。

 

 

圖 10 儲能系統PCS狀態界面

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

 

圖 11 儲能電池狀態界面

本界面用來展示對BMS狀態信息，主要包括儲能電池的運行狀態、系統信息、數據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 儲能電池簇運行數據界面

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Zui大、Zui小電壓、溫度值及所對應的位置。

 

2.1.1.3 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據等。

 

2.2 策略配置

系統應可以根據發電數據、儲能系統容量、負荷需求及分時電價信息，進行系統運行模式的設置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計劃、有序充電、動態擴容等。

 

圖 17 策略配置界面

2.2.1.1 削峰填谷

儲充系統中，在分布式發電系統Zui大化出力的情況下，當分布式發電功率大于負荷功率而出現余量時，多余電量優先存儲到儲能系統，并在分布式發電功率小于負荷功率時，儲能系統在分時電價的尖峰/峰時段放電，既提高光伏就地消納比例，又使得原本低價上網的電量，發揮更大的經濟價值，Zui大化降低用電成本，同時幫助企業減少碳排放。

l場景一

在清晨或者傍晚太陽光較弱時間段，光伏不足以單獨供給負載且處于尖峰或者峰電價時間段，儲能放電“削峰”。

l場景二

在上午或者下午太陽光較強時間段，光伏高發可以單獨供給負載，一般位于峰時或者平時間段，儲能充電“新能源消納”。

注：此場景不一定存在，例如光伏裝機容量過小，視情況而定。

l場景三

在晚上位于谷時間段，儲能充電“填谷”，直至充滿進行待機。

2.2.1.2 動態擴容

并網運行時，在分布式發電系統Zui大化出力的情況下，EMS 監測變壓器的帶載率，如果監測到有大負荷沖擊，導致變壓器滿載或過載，控制儲能系統放電來削減峰值功率，從而達到動態擴容的效果。

2.2.1.3 需求響應

需求側響應確切來說是電網行為，憑借能源互聯網技術，將閑散在終端用戶的充電樁、儲能、負載、分布式光伏等電力負荷資源聚合起來，進行整體優化控制參與電網運行。電網公司通過調度業主儲能系統的容量來實現對電網整體負荷供需平衡的調節。電網租借儲能系統出工出力，是有償付費行為，用戶可通過參與需求側響應獲取收益。MG系統預留與聚合商、電網平臺的通訊接口。

2.2.1.4 ★有序充電★

在配電網、光伏、儲能以及負荷之間進行充分的信息交互和分層控制，全面感知配變負荷變化趨勢，動態調整負荷功率，優化配變負荷運行曲線,實現削峰填谷。既滿足用戶供電需求，又提升了配電網設備和發電設備的利用率，降低了電網和發電設備投資。

目前安科瑞能做的：在分布式電源Zui大化運行的情況下，當并網點下網功率超過需量功率或者并網點的功率限值時，通過儲能快速放電（有容量的情況下），來滿足負荷側的需求。

2.3 運行報表

應能查詢各子系統、回路或設備指定時間的運行參數，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。

 

圖 18 運行報表

2.4 實時報警

應具有實時報警功能，系統能夠對各子系統中的逆變器、雙向變流器的啟動和關閉等遙信變位，及設備內部的保護動作或事故跳閘時應能發出告警，應能實時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護事件名稱、保護動作時刻；并應能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關人員。

 

圖 19 實時告警

2.5 歷史事件查詢

應能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數、電芯溫度（鋰離子電池）、壓力（液流電池）、光照、風速、氣壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

 

圖 20 歷史事件查詢

2.6  遙控功能

應可以對整個微電網系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。系統維護人員可以通過管理系統的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預置、遙控返校、遙控執行的操作順序，可以及時執行調度系統或站內相應的操作命令。

 

圖 22 遙控功能

2.7  曲線查詢

應可在曲線查詢界面，可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

 

圖 23 曲線查詢

 

2.8  統計報表

具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節點的用電情況，即該節點進線用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。對微電網與外部系統間電能量交換進行統計分析；對系統運行的節能、收益等分析；具備對微電網供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數等分析；具備對并網型微電網的并網點進行電能質量分析。

 

圖 24 統計報表

2.9  網絡拓撲圖

系統支持實時監視接入系統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通信狀態，發生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

 

圖 25 微電網系統拓撲界面

本界面主要展示微電網系統拓撲，包括系統的組成內容、電網連接方式、斷路器、表計等信息。

2.10  通信管理

可以對整個微電網系統范圍內的設備通信情況進行管理、控制、數據的實時監測。系統維護人員可以通過管理系統的主程序右鍵打開通信管理程序，然后選擇通信控制啟動所有端口或某個端口，快速查看某設備的通信和數據情況。通信應支持Modbus RTU、Modbus TCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104 、MQTT等通信規約。

 

圖 26 通信管理

2.11  用戶權限管理

應具備設置用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控操作，運行參數修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。