安科瑞风光储微电网能量管理系统应用

安科瑞 徐浩竣

江苏安科瑞电器制造有限公司

随着全球对可持续发展和环境保护的重视，微电网作为一种新型的网络结构，正逐步成为电力系统的重要组成部分。微电网能量管理系统（Micro-grid Energy Management System, MEMS）作为微电网技术的核心，其应用越来越广泛，并在提升能源利用效率、保障电力供应可靠性方面发挥着重要作用。

微电网概述

微电网是由一组微电源、负荷、储能系统和控制装置构成的自治系统，能够实现自我控制、保护和管理。它既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行，为偏远地区、工业园区、居民区等多种场景提供电力供应。微电网的主要特征包括微型、清洁、自治和友好。其电压等级通常在35kV及以下，系统容量最大不超过20MW，可再生能源装机容量占比超过50%，系统综合能源利用效率在70%以上。

微电网能量管理系统的功能

微电网能量管理系统是一套具有发电优化调度、负荷管理、实时监测并自动实现微电网同步等功能的能量管理软件。其主要功能包括：

发电优化调度：根据负荷需求和能源资源情况，优化分布式电源的发电计划，提高能源利用效率。

负荷管理：通过实时监控和智能预测，调整负荷需求，实现电力供需平衡。

实时监测：对微电网内的电力电量状态进行全天候数据采集和分析，确保系统稳定运行。

自动同步：在并网模式下，自动实现微电网与大电网的同步运行，确保电能质量。

微电网能量管理系统的应用案例

江阴风光储充微电网系统：微电网能量管理系统，是我司根据新型电力系统下微电网监控系统与微电网能量管理系统的要求，总结国内外的研究和生产的先进经验，专门研制出的企业微电网能量管理系统。本系统满足光伏系统、风力发电、储能系统以及充电桩的接入，全天候进行数据采集分析，直接监视光伏、风能、储能系统、充电桩运行状态及健康状况，是一个集监控系统、能量管理为一体的管理系统。该系统在安全稳定的基础上以经济优化运行为目标，促进可再生能源应用，提高电网运行稳定性、补偿负荷波动；有效实现用户侧的需求管理、消除昼夜峰谷差、平滑负荷，提高电力设备运行效率、降低供电成本。为企业微电网能量管理提供安全、可靠、经济运行提供了全新的解决方案。

微电网能量管理系统应采用分层分布式结构，整个能量管理系统在物理上分为三个层：设备层、网络通信层和站控层。站级通信网络采用标准以太网及TCP/IP通信协议，物理媒介可以为光纤、网线、屏蔽双绞线等。系统支持Modbus RTU、Modbus TCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT 等通信规约。该系统采用0.4kV并网，光伏配合储能系统满足内部需求，实现峰谷套利、备用电源等运行模式。Acrel-2000MG微电网能量管理系统实现了对光伏、风电、储能系统以及充电桩等设备的接入和监控，提高了电网运行稳定性和设备运行效率。

荷兰Bronsbergen假日公园微电网：该微电网采用集中控制的方式，通过全球移动通信系统（GSM）与调度中心交流，实现了微电网并网和孤网的无缝切换，提高了供电可靠性。

德国Am Steinweg微电网：由PoMS系统控制，具有配电网管理、分布式电源管理和需求侧管理等功能，通过分层式结构进行信息的交流与传输，提高了系统的智能化水平。

微电网能量管理系统的未来发展

随着云计算、物联网、大数据和人工智能等技术的深入发展，微电网能量管理系统将越来越智能化和高效化。未来，MEMS将具备以下发展趋势：

智能化控制：通过能源管理系统和自动控制技术，实现对电力的精确调配和控制，提高微电网的效率和响应速度。

多能联供：微电网将不仅提供电力服务，还将通过多能联供的方式，如与气体、水资源等供应系统相结合，提供更全面的能源服务。

地域定制化：根据区域特点和用户需求进行定制，实现更好的能源管理效果。

系统互联：微电网将和主电网、其他微电网、电动汽车等形成更加互联的系统，实现更高效、更可靠的能源供应和管理。

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：

图1 典型微电网能量管理系统组网方式

2 1. 系统功能

2.1 实时监测

微电网能量管理系统人机界面友好，应能够以系统一次电气图的形式直观显示各电气回路的运行状态，实时监测光伏、风电、储能、充电桩等各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息，动态监视各回路断路器、隔离开关等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。其中，各子系统回路电参量主要有：相电压、线电压、三相电流、有功/无功功率、视在功率、功率因数、频率、有功/无功电度、频率和正向有功电能累计值；状态参数主要有：开关状态、断路器故障脱扣告警等。

系统可以对分布式电源、储能系统进行发电管理，使管理人员实时掌握发电单元的出力信息、收益信息、储能荷电状态及发电单元与储能单元运行功率设置等。

系统可以对储能系统进行状态管理，能够根据储能系统的荷电状态进行及时告警，并支持定期的电池维护。

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，主要包括逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、并网柜电力监测及发电量统计、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、辐照度/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；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 风电界面

图 13风电系统界面

本界面用来展示对风电系统信息，主要包括逆变控制一体机直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、风速/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；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。

2.1.1.4 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。

2.1.1.5 视频监控界面

图 15 微电网视频监控界面

本界面主要展示系统所接入的视频画面，且通过不同的配置，实现预览、回放、管理与控制等。

2.2 发电预测

系统应可以通过历史发电数据、实测数据、未来天气预测数据，对分布式发电进行短期、超短期发电功率预测，并展示合格率及误差分析。根据功率预测可进行人工输入或者自动生成发电计划，便于用户对该系统新能源发电的集中管控。

图 16 光伏预测界面

2.3 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、需量控制、防逆流、有序充电、动态扩容等。

1，无新能源消纳

没有配备光伏，BESS即用以下策略，当市电异常时，储能离网运行，SOC 剩余电量不满足离网需求情况下需要EMS控制来启动柴发，市电正常则回到并网。

2，有新能源消纳

自发自用 光伏发电优先提供给负载，当光伏功率大于负载功率时，多余的电量给BESS 充电，当光伏功率小于负载功率时，光伏和 BESS 放电同时给负载供电，当光伏和 BESS 放电都不满足负载功率时，光伏、BESS 和市电同时给负载供电。

电池优先 光伏发电优先给 BESS 充电，多余的能量给负载，PV 不足以供给电池和负载时，电网给负载提供剩余能量。

具体策略根据项目实际情况（如储能柜数量、负载功率、光伏系统能力等）进行接口适配和策略调整，同时支持定制化需求。

结论

微电网能量管理系统作为微电网技术的核心，在提升能源利用效率、保障电力供应可靠性方面发挥着重要作用。随着技术的不断进步和应用场景的日益丰富，MEMS将在未来能源系统中占据更加重要的地位。我们期待微电网在新能源、新技术的支持下，不断发展和创新，为实现可持续发展和环境保护做出更大贡献。

审核编辑 黄宇