安科瑞 劉邁

　　摘要：隨著“雙碳"戰(zhàn)略的推進，分布式能源和新型負荷的大規(guī)模接入對電力系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)。微電網作為源網荷儲一體化的新技術形態(tài)，以其靈活、*效、智能的特點成為新型電力系統(tǒng)的重要支撐。本文聚焦儲能技術在微電網中的作用，探討其在規(guī)劃設計、能量管理、運行控制等方面的應用與優(yōu)化，并展望儲能與微電網的未來發(fā)展路徑。

　　關鍵詞：電力系統(tǒng)；儲能技術；新能源

　　0.引言

　　2024年2月，在中共**能源局印發(fā)的《推進并網型微電網建設試行辦法》中指出，微電網具有微型、清潔、自治、友好的特征，能夠推動清潔低碳、安全*效的現代能源體系建設。

　　1.微電網關鍵技術中的儲能應用

　　1.1規(guī)劃與設計階段的儲能配置優(yōu)化

　　微電網的規(guī)劃設計是微電網系統(tǒng)構建的重要基礎階段。微電網規(guī)劃設計的科學性與合理性，是充分發(fā)揮微網技術優(yōu)勢、實現規(guī)?；植际叫履茉淳偷叵{、保證持續(xù)穩(wěn)定供電、促進配微友好互動的關鍵前提。微電網規(guī)劃設計主要涉及負荷預測技術、系統(tǒng)設計以及多目標優(yōu)化技術等方面。微電網負荷預測包括電量需求和電力需求預測，由于規(guī)模較小，涵蓋的區(qū)域與用戶負荷有限，微電網負荷預測要更精細化，需要對微電網所在區(qū)域經濟、社會發(fā)展以及用電習慣進行更為*準的判斷，并考慮預期的負荷增長率，用于指導微電網的資源規(guī)劃、容量擴展、網架結構設計等工作。

　　微電網負荷預測目前主要借鑒大電網負荷預測方法，如概率建模法、神經網絡法、蒙特卡羅模擬法等，但均需要結合微電網自身特點進一步分析。對獨立型微電網，應考慮微電網供電后負荷的非線性增長以及擴容等問題，確保獨立型微電網能長期穩(wěn)定運行；并網型微電網要考慮所接入配電網的運行狀態(tài)及未來電網的擴展問題，*點關注提升分布式電源的消納水平與供電品質。

　　1.2能量管理系統(tǒng)（EMS）中的儲能調度

　　能量匯集與分配系統(tǒng)是微電網的“骨架"，負責匯集和傳輸不同來源的分布式電能，并將其分配到負載端，該部分主要包括變壓器、母線、并網開關等。變壓器、母線是電能匯集與分配的主要通道；并網開關能夠實現靈活的并離網模式切換?？刂婆c保護系統(tǒng)一般由就地控制器與**控制器。

　　**控制器*面監(jiān)控和管理微電網，支撐微電網*效穩(wěn)定運行。

　　目前，微電網組網系統(tǒng)中部分關鍵設備尚有欠缺，組網裝置與電網靈活互動存在一定缺陷，現有變流裝置在過載能力、耐受能力和主動支撐能力方面存在不足；控制與保護裝備存在功能不完善、體積大、成本高等問題；通信標準不統(tǒng)一，不同廠商生產的設備間互操作困難，上述問題說明微電網的組網系統(tǒng)還有很大優(yōu)化空間。

　　1.3微電網技術演進與發(fā)展

　　微電網是支撐電力系統(tǒng)構建的重要技術形態(tài)，是大電網的有益補充。當前微電網處于示范應用到逐步推廣的階段，技術需求與技術發(fā)展相互促進，工程數量和規(guī)模不斷增長。在新型電力系統(tǒng)和能源互聯網發(fā)展的推動下，微電網技術不斷融合**技術，創(chuàng)新發(fā)展新的技術模式，在組網形式上，微電網結合光儲直柔等技術，正從以交流為主向直流、交直流混合微電網形態(tài)轉變；在功能集成上，微電網結合新型功率器件，正向集約化發(fā)展；在能源組成上，微電網正逐步融合多種能源形式，向多能耦合形態(tài)轉變；在接入形式上，微電網結合集群調控等技術，從單一微電網向微電網集群形態(tài)轉變；此外，微電網結合虛擬電廠、區(qū)塊鏈等技術，推進電力系統(tǒng)向源網荷儲一體化形態(tài)迅速演進。

　　構建交直流混合微電網網架時，根據供電可靠性、經濟性以及供電制式的不同要求，選擇合適的網架結構。交直流混合微電網能夠減少交直流轉換次數及能量損耗，提升整體效能，降低變換器的購置、運維成本。交直流子網之間一般既可以獨立運行，也可以通過互聯接口的協調控制實現功率雙向流動，提高供電可靠性。未來交直流混合微電網的研究將主要集中在網架拓撲的優(yōu)化、多端口互聯變流器的設計、變流器的動態(tài)響應特性等方面，以期優(yōu)化能量流動路徑，實現功率在交直流子網之間的合理分配，進一步提升混合系統(tǒng)的魯棒性與可靠性。依托863計劃，國內*個商業(yè)化運營的交直流混合微電網項目—“浙江上虞交直流混合微網示范工程"已投入使用，該項目發(fā)揮了交流和直流微電網聯合運行優(yōu)勢，具備多種運行模式靈活切換，實現了交直流混合微電網裝備制造領域的突破。

　　隨著供能對集約化與小型化需求的日益增加，以及電力電子技術特別是碳化硅等新型高功率半導體器件的快速發(fā)展，為微電網進一步電力電子化的發(fā)展奠定了基礎。固態(tài)微電網，是一種利用新型功率器件進行系統(tǒng)集成，實現能量接入、轉換、分配、控制和管理的一體化微電網系統(tǒng)。固態(tài)微電網使用高開關頻率與低能量損耗的固態(tài)電子器件進行能量轉換與系統(tǒng)集成，*大提升了轉換效率；能夠實現毫秒*的開關與控制，快速響應電源與負荷波動，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性；模塊化設計和多樣化接口提供了*大的靈活性與可擴展性，能夠*效集成不同類型的能源與負荷。固態(tài)微電網實現對功率半導體器件的高密度集成，減少了常規(guī)開關的使用，*大程度減少了傳輸與配電環(huán)節(jié)，降低了故障風險，提升了系統(tǒng)的可靠性與使用壽命。目前，固態(tài)微電網尚處于研發(fā)與探索階段，但其在提高能源利用效率、增強可靠性、支持源網荷儲深層次一體化發(fā)展等方面具有顯著優(yōu)勢，是未來微電網發(fā)展的重要形式。

　　2.安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)解決方案

　　2.1概述

　　安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)具有完善的儲能監(jiān)控與管理功能，涵蓋了儲能系統(tǒng)設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息，實現了數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢與分析、可視監(jiān)控、報警管理、統(tǒng)計報表等功能。在高*應用上支持能量調度，具備計劃曲線、削峰填谷、需量控制、備用電源等控制功能。系統(tǒng)對電池組性能進行實時監(jiān)測及歷史數據分析、根據分析結果采用智

　　能化的分配策略對電池組進行充放電控制，優(yōu)化了電池性能，提高電池壽命。系統(tǒng)支持Windows操作系統(tǒng)，數據庫采用SQLServer。本系統(tǒng)既可以用于儲能一體柜，也可以用于儲能集裝箱，是專門用于儲能設備管理的一套軟件系統(tǒng)平臺。

　　2.2適用場合

　　系統(tǒng)可應用于城市、高速公路、工業(yè)園區(qū)、工商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、智能建筑、海島、無電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。

　　2.2.1工商業(yè)儲能四大應用場景

　　1）工廠與商場：工廠與商場用電習慣明顯，安裝儲能以進行削峰填谷、需量管理，能夠降低用電成本，并充當后備電源應急；

　　2）光儲充電站：光伏自發(fā)自用、供給電動車充電站能源，儲能平抑大功率充電站對于電網的沖擊；

　　3）微電網：微電網具備可并網或離網運行的靈活性，以工業(yè)園區(qū)微網、海島微網、偏遠地區(qū)微網為主，儲能起到平衡發(fā)電供應與用電負荷的作用；

　　4）新型應用場景：工商業(yè)儲能積*探索融合發(fā)展新場景，已出現在數據*心、5G基站、換電重卡、港口岸電等眾多應用場景。

　　2.3系統(tǒng)結構

2.4系統(tǒng)功能

　　2.4.1實時監(jiān)測

　　微電網能量管理系統(tǒng)人機界面友好，應能夠以系統(tǒng)一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開關等合、分閘狀態(tài)及有關故障、告警等信號。其中，各子系統(tǒng)回路電參量主要有：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數、頻率和正向有功電能累計值；狀態(tài)參數主要有：開關狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

　　系統(tǒng)應可以對分布式電源、儲能系統(tǒng)進行發(fā)電管理，使管理人員實時掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲能單元運行功率設置等。

　　系統(tǒng)應可以對儲能系統(tǒng)進行狀態(tài)管理，能夠根據儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進行及時告警，并支持定期的電池維護。

　　微電網能量管理系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面包括系統(tǒng)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(jié)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(tǒng)信息進行顯示。

圖2系統(tǒng)主界面

　　子界面主要包括系統(tǒng)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(tǒng)計列表等。

　　2.4.2光伏界面

圖3光伏系統(tǒng)界面

　　本界面用來展示對光伏系統(tǒng)信息，主要包括逆變器直流側、交流側運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、并網柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計、電站發(fā)電量年有效利用小時數統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、輻照度/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。

　　2.4.3儲能界面

圖4儲能系統(tǒng)界面

　　本界面主要用來展示本系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)PCS狀態(tài)界面

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

圖11儲能電池狀態(tài)界面

　　本界面用來展示對BMS狀態(tài)信息，主要包括儲能電池的運行狀態(tài)、系統(tǒng)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*大、*小電壓、溫度值及所對應的位置。

　　2.4.4風電界面

圖13風電系統(tǒng)界面

　　本界面用來展示對風電系統(tǒng)信息，主要包括逆變控制一體機直流側、交流側運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時數統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、風速/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。

　　2.4.5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(tǒng)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。

　　2.4.6視頻監(jiān)控界面

圖15微電網視頻監(jiān)控界面

　　本界面主要展示系統(tǒng)所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實現預覽、回放、管理與控制等。

　　2.4.7發(fā)電預測

　　系統(tǒng)應可以通過歷史發(fā)電數據、實測數據、未來天氣預測數據，對分布式發(fā)電進行短期、超短期發(fā)電功率預測，并展示合格率及誤差分析。根據功率預測可進行人工輸入或者自動生成發(fā)電計劃，便于用戶對該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。

圖16光伏預測界面

　　2.4.8策略配置

　　系統(tǒng)應可以根據發(fā)電數據、儲能系統(tǒng)容量、負荷需求及分時電價信息，進行系統(tǒng)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、需量控制、有序充電、動態(tài)擴容等。

圖17策略配置界面

　　2.4.9運行報表

　　應能查詢各子系統(tǒng)、回路或設備*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

　　2.4.10實時報警

　　應具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠對各子系統(tǒng)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(fā)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

　　2.4.11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(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

圖20歷史事件查詢

　　2.4.12電能質量監(jiān)測

　　應可以對整個微電網系統(tǒng)的電能質量包括穩(wěn)態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進行持續(xù)監(jiān)測，使管理人員實時掌握供電系統(tǒng)電能質量情況，以便及時發(fā)現和消除供電不穩(wěn)定因素。

　　1）在供電系統(tǒng)主界面上應能實時顯示各電能質量監(jiān)測點的監(jiān)測裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度*分百和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度*分百和正序/負序/零序電流值；

　　2）諧波分析功能：系統(tǒng)應能實時顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率、A/B/C三相電流總諧波畸變率、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率、偶次諧波電壓總畸變率、偶次諧波電流總畸變率；應能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率、2-63次諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電流含有率；

　　3）電壓波動與閃變：系統(tǒng)應能顯示A/B/C三相電壓波動值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值；應能提供A/B/C三相電壓波動曲線、短閃變曲線和長閃變曲線；應能顯示電壓偏差與頻率偏差；

　　4）功率與電能計量：系統(tǒng)應能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應能顯示三相總有功功率、總無功功率、總視在功率和總功率因素；應能提供有功負荷曲線，包括日有功負荷曲線（折線型）和年有功負荷曲線（折線型）；

　　5）電壓暫態(tài)監(jiān)測：在電能質量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發(fā)生時，系統(tǒng)應能產生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關人員；系統(tǒng)應能查看相應暫態(tài)事件發(fā)生前后的波形。

　　6）電能質量數據統(tǒng)計：系統(tǒng)應能顯示1min統(tǒng)計整2h存儲的統(tǒng)計數據，包括均值、*大值、*小值、95%概率值、方均根值。

　　7）事件記錄查看功能：事件記錄應包含事件名稱、狀態(tài)（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續(xù)時間、事件發(fā)生的時間。

圖21微電網系統(tǒng)電能質量界面

　　2.4.13遙控功能

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

圖22遙控功能

　　2.4.14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

　　2.4.15統(tǒng)計報表

　　具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。對微電網與外部系統(tǒng)間電能量交換進行統(tǒng)計分析；對系統(tǒng)運行的節(jié)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(tǒng)計報表

　　2.4.16網絡拓撲圖

　　系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網絡結構；可在線診斷設備通信狀態(tài)，發(fā)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(tǒng)拓撲界面

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

　　2.4.17通信管理

　　可以對整個微電網系統(tǒng)范圍內的設備通信情況進行管理、控制、數據的實時監(jiān)測。系統(tǒng)維護人員可以通過管理系統(tǒng)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ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

圖26通信管理

　　2.4.18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*別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

圖27用戶權限

　　2.4.19故障錄波

　　應可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各相關電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力系統(tǒng)安全運行水平有著重要作用。其中故障錄波共可記錄16條，每條錄波可觸發(fā)6段錄波，每次錄波可記錄故障前8個周波、故障后4個周波波形，總錄波時間共計46s。每個采樣點錄波至少包含12個模擬量、10個開關量波形。

圖28故障錄波

　　2.4.20事故追憶

　　可以自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時掃描數據，包括開關位置、保護動作狀態(tài)、遙測量等，形成事故分析的數據基礎。

　　用戶可自定義事故追憶的啟動事件，當每個事件發(fā)生時，存儲事故10個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關點數據。啟動事件和監(jiān)視的數據點可由用戶*定和隨意修改。

圖29事故追憶

　　3.系統(tǒng)硬件配置清單

　　4.結語

　　綜上所述，儲能系統(tǒng)在微電網的規(guī)劃設計、能量管理和運行控制中，其合理應用能夠大幅提升微電網的運行效率與穩(wěn)定性。未來，隨著人工智能、大數據和**儲能材料的融合發(fā)展，儲能技術將進一步推動微電網在新型電力系統(tǒng)中的廣泛應用，為能源低碳化轉型提供重要支持。

　　參考文獻

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