【解决方案】新能源智能微电网EMS能量的管理

宋兵兵

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

1 背景

 随着全球能源危机、用能增加以及新能源技术的增加，新能源发电越来越广，并逐步形成新型能源与电力市场，但新能源的能量密度普遍偏低，进行大功率发电还需要挑选适合的位置场地，因此属于间歇式电源。而微电网技术的提出，为高*利用这些新能源电力提供了重要的技术方向。

2 微电网系统

1）组成

 由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。

2）特征

（1）微型

电压等级：35kV及以下为主

系统容量：*大用电负荷原则上≤20MW

（2）清洁

可再生能源装机容量占比50%以上

系统综合能源利用效率在70%以上

（3）自治

具有独立运行的控制系统；

独立运行时保障不低于2小时连续供电

与外部电网年交换电量一般不超过年用电量的50%

（4）友好

交换功率和交换时段具有可控性；

与并入电网实现备用、调峰、需求侧响应等双向服务

3)应用场景

孤岛、边远地区：解决偏远地区用电问题

大电网较弱区：提高供电可靠性、保证关键负荷供电、防范电网故障状态

需求较高园区：提高配电网对新能源的消纳能力、提高新能源的利用率、降低用能成本、提升用能稳定性、服务保障电网质量

4）子系统

（1）光伏

并网型：既可以与外部电网连接运行，也支持离网独立运行，以并网为主。

离网型：不与外部电网联网，实现电能自发自用，功率平衡微电网。

（2）风电

 力发电机组将风能转换为交流电能，风力发电机输出的幅值、频率均不稳定的交流电，经过控制器整流成直流电后输出给逆变电源，由逆变电源转换成幅值、频率均稳定的交流电，经过电度表计量后，直接馈入直流电逆变为 AC380V、50Hz的三相交流电。

（1）风力机组部分：捕获风能并将风能转化为交变电能；包括风力发电机组、塔架、地基、线缆等。

（2）并网控制部分： 控制风机系统的安全正常运行，内置整流模块输出直流电能，并对输出*高电压进行限制，保护后端逆变器；包括并网控制器、泄荷器、线缆等。

（3）逆变部分：将控制器输出的直流电逆变交流电并将能量馈入电网，带升压变隔离；包括并网逆变器、线缆等。

（4）卸荷部分：实现智能控制风力发电机进行刹车停机，确保风力发电机在异常工况下的安全。

（3）储能

 电化学储能系统主要由电池组、储能变流器（PCS）、电池管理系统（BMS）、能量管理系统（EMS）以及其他电气设备构成。

 电池组是储能系统主要的构成部分；

 电池管理系统主要负责电池的监测、评估、保护以及均衡等；

 储能变流器可以控制储能电池组的充电和放电过程，进行交直流的变换。

 能量管理系统负责数据采集、网络监控和能量调度等；

电池单元

 电池系统是储能系统实现电能存储和释放主要载体，通过电池单体的串/并联可实现电池系统容量的扩大，即大容量电池系统。其成组方式：先由多个电池单体经串/并联后形成电池模块（BatteryModule，BM），再将多个电池模块串联成电池串，*后由多个电池串经并联而成。

PCS

主要功能：

一是两种不同工作模式下（并/离网模式）对电池系统的充放电功能，并实现两种工作模式的切换；

二是通过控制策略为系统提供双向可控的有功、无功功率，实现系统有功、无功功率平衡；

三是通过相关控制策略实现系统*级应用功能，如黑启动、削峰填谷、功率平滑、低电压穿越等；

四是根据PCS拓扑结构（如单级AC/DC、双级AC/DC+DC/DC、单级并联、双级并联、级联多电平结构等），通过相关控制策略实现对电池系统电压和荷电状态的均衡管理等

BMS

 电池管理系统包含储能电池监控和电池管理系统两大部分，每套系统包含电池监测电路(CSC）、从电池管理单元(SBMU)、主电池管理单元(MBMU)、高压线路控制单元、储能柜预充电（并联）线路、高压检测单元、热管理单元、电流检测单元、急停系统、以及电池监控系统（PC）等。

 电池模块、电池簇和电池阵列的储能系统宜采用三层架构的电池管理系统

电池管理系统功能：

实时监测电池的电和热相关的数据, 如电池簇总电压、电池单体电压或电芯组电压、电池簇电流、电池模块内部温度；

具有 SOC/SOH 、充放电电能量值的计算功能；

高*均衡功能；

电气保护功能；

预警功能；

自检功能；

参数整定与修改功能等。

集装箱

 储能系统多基于磷酸铁锂电池储能技术，磷酸铁锂电池具备安全可靠、放电深度和充放电倍率高等优势。电池单元采用模块化设计，采用标准20/40英尺集装箱，集装箱内具有空调、温控、消防、照明等保护系统，确保电池系统具有优的转换效率及运作性能，同时具有安全可靠的保护措施。

5）工程商业储能

商业楼宇/数据中心

 在楼宇地下室或者停车位部署储能，通过降低容量电费和峰谷差节约用电成本。

充电站

 在充电桩之间部署储能，代替变压器扩容满足瞬时的大功率充电需求。

工厂/产业园

 利用闲置土地资源部署储能，通过负荷预测等控制算法，自动调整充放电策略节约电费。

3 微电网系统结构

交流母线微电网--并网型

交流母线微电网--离网型

直流母线微电网

4 微电网能量管理系统

 Acrel-2000MG微电网能量管理系统能够对微电网的源、网、荷、储能系统、充电负荷进行实时监控、诊断告警、全景分析、有序管理和高*控制，满足微电网运行监视全*化、安全分析智能化、调整控制前瞻化、全景分析动态化的需求，完成不同目标下光储充资源之间的灵活互动与经济优化运行，实现能源效益、经济效益和环境效益*大化。

1）主要功能：实时监测；能耗分析；智能预测；协调控制；经济调度；需求响应。

2）系统特点：平滑功率输出，提升绿电使用率；削峰填谷、谷电利用，提高经济性；降低充电设备对局部电网的冲击；降低站内配电变压器容量；实现源荷*高匹配效能。

3）核心功能

多种协议

 支持多种规约协议，包括：Modbus TCP/RTU、DL/T645-07/97、IEC60870-5-101/103/104、MQTT、CDT、第三方协议定制等。

多种通讯方式

 支持多种通信方式：串口、网口、WIFI、4G。

通信管理

 提供通信通道配置、通信参数设定、通信运行监视和管理等。提供规约调试的工具，可监视收发原码、报文解析、通道状态等。

智能策略

 系统支持自定义控制策略，如削峰填谷、需量控制、动态扩容、后备电源、平抑波动、有序充电、逆功率保护等策略，保障用户的经济性与安全性。

全量监控

 覆盖传统EMS盲区，可接入多种协议和不同厂家设备实现统一监制，实现环境、安防、消防、视频监控、电能质量、计量、继电保护等多系统和设备的全量接入。

4）

微电网能量管理系统包括系统主界面，包含微电网光伏、风电、储能、充电桩及总体负荷情况，体现系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电桩信息、告警信息、收益、环境等。

储能监控

系统综合数据：电参量数据、充放电量数据、节能减排数据；

运行模式：峰谷模式、计划曲线、需量控制等；

统计电量、收益等数据；

储能系统功率曲线、充放电量对比图，实时掌握储能系统的整体运行水平。

光伏监控

光伏系统总出力情况

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，识别低效发电电站；

发电收益统计(补贴收益、并网收益)

辐照度/风力/环境温湿度监测

并网电能质量监测及分析

光伏预测

 以海量发电和环境数据为根源；以高精度数值气象预报为基础；采用多维度同构异质BP、LSTM神经网络；光功率预测方法时间分辨率：15min；超短期未来4h预测精度＞90%，短期未来72h预测精度＞80%

风电监控

风力发电系统总出力情况

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，识别低效发电电站；

发电收益统计(补贴收益、并网收益)

风力/风速/气压/环境温湿度监测

并网电能质量监测及分析

充电桩系统

实时监测充电系统的充电电压、电流、功率及各充电桩运行状态；

统计各充电桩充电量、电费等；

针对异常信息进行故障告警；

根据用电负荷柔性调节充电功率。

电能质量

 对整个系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续性的监测。如电压谐波、电压闪变、电压不平衡等稳态数据和电压暂升/暂降、电压中断暂态数据进行监测分析及录波展示，并对电压、电流瞬变进行监测。

 作者简介：宋兵兵，男，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要研究中低压综合保护及绝缘监测系统， QQ：3007723194 。