背景

随着全球能源危机的加剧、能源需求的增长以及新能源技术的不断进步，新能源发电正变得越来越普遍，并逐渐构建起一个新型的能源与电力市场。然而，由于新能源的能量密度通常较低，实现大规模功率输出需要精心选择适宜的地理位置，这使得新能源发电往往呈现出间歇性。微电网技术的提出，为有效利用这些间歇性新能源电力提供了关键性的技术解决方案。

 

需求

1.电价上涨：企业用电降本需求持续增强

电力价格市场机制持续完善，代理购电价格上涨

电力峰谷价差扩大、电价上涨

2.电能紧张：企业可靠用电需求持续提升

Ø 双碳下企业能耗管控严

Ø 拉闸限电

Ø 高温少雨极端天气

Ø 负荷创新高

Ø 主电网电力可靠性降低

3.电力改革：企业微电网盈利模式多样化

Ø 新能源允许参与电力市场

Ø 负荷聚合商、虚拟电厂和新能源微电网等新兴市场主体参与现货市场交易，提升盈利能力.

4市场空间：成长空间广阔，需求加速释放

Ø 10kV及以上供电电压等级的工商业用户有200万户以上，有建设或改造微电网的潜力

Ø 按照规模约1-2MW建设，潜在市场总空间可达20万亿元

解决方案

概述

微电网能量管理系统是我司研制的，满足光伏、储能和充电桩接入需求的监控与能量管理一体化系统。该系统实现全天候数据采集与分析，监控关键设备运行状态，旨在经济优化运行，促进可再生能源利用，提升电网稳定性，实现需求管理，降低供电成本。系统采用分层分布式结构，包含设备层、网络通信层和站控层，支持多种通信协议，确保企业微电网的安全、可靠和经济运行。

系统功能需求

1) 数据采集及处理：通过光伏、储能设备、充电桩、负荷及辅助设备等实时采集现场各种电参数、电能抄表值等；

2) 实时监控：实时监控微电网系统的综合数据、系统性能、功率辐射曲线、发电量、系统损耗等，及时掌握微电网系统的整体运行水平，包括对光伏并网柜、储能变流器、充电桩、主接线、通讯状态等的实时监控；

3) 画面显示：各子系统的发用电信息与状态、保护设备动作及复归信息、交直流系统及所用变系统的信息、各测量值的实时数据、系统拓扑、各种告警、运行曲线、环境数据等信息；

4) 智能控制策略：包括峰谷策略、平滑出力、计划曲线策略、自定义控制策略等；

5) 记录功能：具有电压、电流、功率、电能以及事故、告警事件等各种历史数据的存储功能，以供查询、分析、打印；

6) 报警处理：用户可以根据自己的需要分类筛选有关报警，并将报警归纳于不同的报警窗口。同时通过告警异常事件进行管理，为设备性能的评估、准确判断故障、提供支持；通过事故追忆和事故重演，可分析事故发生原因，避免事故的再次发生，保证系统安全稳定运行；

7) 应具有完善的用户权限管理功能，避免越权操作，同时支持对操作密码进行设置，为系统的遥控/遥调等操作安全性提供保障；

8) 曲线分析功能：可以曲线形式展示实时数据库和历史数据库中的模拟量、电度量数据，以便分析其当前运行状态及有关历史趋势；

9) 报表统计功能：通过报表，可以方便分析供电系统及各回路运行参数，形成运行日报、月报、电能统计日报、月报、年报。

1.1 系统架构

本平台采用分层分布式结构进行设计，即站控层、网络层和设备层，详细拓扑结构如下：

 

2 1. 系统功能

2.1 实时监测

微电网能量管理系统的用户界面设计应追求友好性，以便能够以系统一次电气图的形式直观展示各电气回路的运行状态。该系统需实时监测各回路的电压、电流、功率、功率因数等关键电参数信息，并动态跟踪回路中断路器、隔离开关等设备的合闸与分闸状态，同时监控相关的故障和告警信号。具体而言，子系统回路的电参量包括：三相电流、三相电压、总有功功率、总无功功率、总功率因数、频率以及正向有功电能的累计值；状态参数则涵盖开关状态、断路器故障脱扣告警等。

此外，该系统应具备对分布式电源和储能系统进行发电管理的能力，使管理人员能够实时掌握发电单元的输出功率、收益情况、储能荷电状态以及发电单元与储能单元的运行功率设置等信息。

系统还应能够对储能系统进行状态管理，根据储能系统的荷电状态及时发出告警，并支持定期的电池维护工作。

微电网能量管理系统的监控系统界面包括系统主界面，包含微电网光伏、风电、储能、充电桩及总体负荷组成情况，包括收益信息、天气信息、节能减排信息、功率信息、电量信息、电压电流情况等。根据不同的需求，也可将充电,储能及光伏系统信息进行显示。

 

图2 系统主界面

子界面主要包括系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电桩信息、通讯状况及一些统计列表等。

2.1.1.1 光伏界面

 

 

图 3 光伏系统界面

本界面用来展示对光伏系统信息，主要包括光伏的装机容量、收益、发电量、环境信息；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。

2.1.1.2 储能界面

 

图 4 储能系统界面

本界面主要用来展示本系统的储能装机容量、储能当前充放电量、收益、SOC变化曲线以及电量变化曲线。

 

图 5 储能系统PCS参数设置界面

本界面主要用来展示对PCS的参数进行设置，包括开关机、运行模式、功率设定以及电压、电流的限值。

 

图 6 储能系统BMS参数设置界面

本界面用来展示对BMS的参数进行设置，主要包括电芯电压、温度保护限值、电池组电压、电流、温度限值等。

 

图 7 储能系统PCS电网侧数据界面

本界面用来展示对PCS电网侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数等。

 

图 8 储能系统PCS交流侧数据界面

本界面用来展示对PCS交流侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数、温度值等。同时针对交流侧的异常信息进行告警。

 

图 9 储能系统PCS直流侧数据界面

本界面用来展示对PCS直流侧数据，主要包括电压、电流、功率、电量等。同时针对直流侧的异常信息进行告警。

 

 

图 10 储能系统PCS状态界面

本界面用来展示对PCS状态信息，主要包括通讯状态、运行状态、STS运行状态及STS故障告警等。

 

图 11 储能电池状态界面

本界面用来展示对BMS状态信息，主要包括储能电池的运行状态、系统信息、数据信息以及告警信息等，同时展示当前储能电池的SOC信息。

 

图 12 储能电池簇运行数据界面

本界面用来展示对电池簇信息，主要包括储能各模组的电芯电压与温度，并展示当前电芯的最大、最小电压、温度值及所对应的位置。

 

2.1.1.3 充电桩界面

 

 

图 14 充电桩界面

本界面用来展示对充电桩系统信息，主要包括充电桩用电总功率、交直流充电桩的功率、电量、电量费用，变化曲线、各个充电桩的运行数据等。

 

2.2 策略配置

系统应可以根据发电数据、储能系统容量、负荷需求及分时电价信息，进行系统运行模式的设置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期计划、有序充电、动态扩容等。

 

图 17 策略配置界面

2.2.1.1 削峰填谷

储充系统中，在分布式发电系统最大化出力的情况下，当分布式发电功率大于负荷功率而出现余量时，多余电量优先存储到储能系统，并在分布式发电功率小于负荷功率时，储能系统在分时电价的尖峰/峰时段放电，既提高光伏就地消纳比例，又使得原本低价上网的电量，发挥更大的经济价值，最大化降低用电成本，同时帮助企业减少碳排放。

l场景一

在清晨或者傍晚太阳光较弱时间段，光伏不足以单独供给负载且处于尖峰或者峰电价时间段，储能放电“削峰”。

l场景二

在上午或者下午太阳光较强时间段，光伏高发可以单独供给负载，一般位于峰时或者平时间段，储能充电“新能源消纳”。

注：此场景不一定存在，例如光伏装机容量过小，视情况而定。

l场景三

在晚上位于谷时间段，储能充电“填谷”，直至充满进行待机。

2.2.1.2 动态扩容

并网运行时，在分布式发电系统最大化出力的情况下，EMS 监测变压器的带载率，如果监测到有大负荷冲击，导致变压器满载或过载，控制储能系统放电来削减峰值功率，从而达到动态扩容的效果。

2.2.1.3 需求响应

需求侧响应确切来说是电网行为，凭借能源互联网技术，将闲散在终端用户的充电桩、储能、负载、分布式光伏等电力负荷资源聚合起来，进行整体优化控制参与电网运行。电网公司通过调度业主储能系统的容量来实现对电网整体负荷供需平衡的调节。电网租借储能系统出工出力，是有偿付费行为，用户可通过参与需求侧响应获取收益。MG系统预留与聚合商、电网平台的通讯接口。

2.2.1.4 ★有序充电★

在配电网、光伏、储能以及负荷之间进行充分的信息交互和分层控制，全面感知配变负荷变化趋势，动态调整负荷功率，优化配变负荷运行曲线,实现削峰填谷。既满足用户供电需求，又提升了配电网设备和发电设备的利用率，降低了电网和发电设备投资。

目前安科瑞能做的：在分布式电源最大化运行的情况下，当并网点下网功率超过需量功率或者并网点的功率限值时，通过储能快速放电（有容量的情况下），来满足负荷侧的需求。

2.3 运行报表

应能查询各子系统、回路或设备指定时间的运行参数，报表中显示电参量信息应包括：各相电流、三相电压、总功率因数、总有功功率、总无功功率、正向有功电能等。

 

图 18 运行报表

2.4 实时报警

应具有实时报警功能，系统能够对各子系统中的逆变器、双向变流器的启动和关闭等遥信变位，及设备内部的保护动作或事故跳闸时应能发出告警，应能实时显示告警事件或跳闸事件，包括保护事件名称、保护动作时刻；并应能以弹窗、声音、短信和电话等形式通知相关人员。

 

图 19 实时告警

2.5 历史事件查询

应能够对遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数、电芯温度（锂离子电池）、压力（液流电池）、光照、风速、气压越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。

 

图 20 历史事件查询

2.6  遥控功能

应可以对整个微电网系统范围内的设备进行远程遥控操作。系统维护人员可以通过管理系统的主界面完成遥控操作，并遵循遥控预置、遥控返校、遥控执行的操作顺序，可以及时执行调度系统或站内相应的操作命令。

 

图 22 遥控功能

2.7  曲线查询

应可在曲线查询界面，可以直接查看各电参量曲线，包括三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、SOC、SOH、充放电量变化等曲线。

 

图 23 曲线查询

 

2.8  统计报表

具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。对微电网与外部系统间电能量交换进行统计分析；对系统运行的节能、收益等分析；具备对微电网供电可靠性分析，包括年停电时间、年停电次数等分析；具备对并网型微电网的并网点进行电能质量分析。

 

图 24 统计报表

2.9  网络拓扑图

系统支持实时监视接入系统的各设备的通信状态，能够完整的显示整个系统网络结构；可在线诊断设备通信状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。

 

图 25 微电网系统拓扑界面

本界面主要展示微电网系统拓扑，包括系统的组成内容、电网连接方式、断路器、表计等信息。

2.10  通信管理

可以对整个微电网系统范围内的设备通信情况进行管理、控制、数据的实时监测。系统维护人员可以通过管理系统的主程序右键打开通信管理程序，然后选择通信控制启动所有端口或某个端口，快速查看某设备的通信和数据情况。通信应支持Modbus RTU、Modbus TCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104 、MQTT等通信规约。

 

图 26 通信管理

2.11  用户权限管理

应具备设置用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控操作，运行参数修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。