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(shù)的不斷進步，新能源發(fā)電正變得越來越普遍，并逐漸構(gòu)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(xiàn)大規(guī)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(fā)電往往呈現(xiàn)出間歇性。微電網(wǎng)技術(shù)的提出，為有效利用這些間歇性新能源電力提供了關(guān)鍵性的技術(shù)解決方案。

需求

1.電價上漲：企業(yè)用電降本需求持續(xù)增強

電力價格市場機制持續(xù)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(yè)可靠用電需求持續(xù)提升

? 雙碳下企業(yè)能耗管控嚴

? 拉閘限電

? 高溫少雨極duan天氣

? 負荷創(chuàng)新高

? 主電網(wǎng)電力可靠性降低

3.電力改革：企業(yè)微電網(wǎng)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(wǎng)等新興市場主體參與現(xiàn)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(yè)用戶有200萬戶以上，有建設(shè)或改造微電網(wǎng)的潛力

? 按照規(guī)模約1-2MW建設(shè)，潛在市場總空間可達20萬億元

解決方案

概述

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)是我司研制的，滿足光伏、儲能和充電樁接入需求的監(jiān)控與能量管理一體化系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)全天候數(shù)據(jù)采集與分析，監(jiān)控關(guān)鍵設(shè)備運行狀態(tài)，旨在經(jīng)濟優(yōu)化運行，促進可再生能源利用，提升電網(wǎng)穩(wěn)定性，實現(xiàn)需求管理，降低供電成本。系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，包含設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層和站控層，支持多種通信協(xié)議，確保企業(yè)微電網(wǎng)的安全、可靠和經(jīng)濟運行。

系統(tǒng)功能需求

1)                      數(shù)據(jù)采集及處理：通過光伏、儲能設(shè)備、充電樁、負荷及輔助設(shè)備等實時采集現(xiàn)場各種電參數(shù)、電能抄表值等；

2)                      實時監(jiān)控：實時監(jiān)控微電網(wǎng)系統(tǒng)的綜合數(shù)據(jù)、系統(tǒng)性能、功率輻射曲線、發(fā)電量、系統(tǒng)損耗等，及時掌握微電網(wǎng)系統(tǒng)的整體運行水平，包括對光伏并網(wǎng)柜、儲能變流器、充電樁、主接線、通訊狀態(tài)等的實時監(jiān)控；

3)                      畫面顯示：各子系統(tǒng)的發(fā)用電信息與狀態(tài)、保護設(shè)備動作及復(fù)歸信息、交直流系統(tǒng)及所用變系統(tǒng)的信息、各測量值的實時數(shù)據(jù)、系統(tǒng)拓撲、各種告警、運行曲線、環(huán)境數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的存儲功能，以供查詢、分析、打印；

6)                      報警處理：用戶可以根據(jù)自己的需要分類篩選有關(guān)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(shè)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(fā)生原因，避免事故的再次發(fā)生，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行；

7)                      應(yīng)具有完善的用戶權(quán)限管理功能，避免越權(quán)操作，同時支持對操作密碼進行設(shè)置，為系統(tǒng)的遙控/遙調(diào)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(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫中的模擬量、電度量數(shù)據(jù)，以便分析其當前運行狀態(tài)及有關(guān)歷史趨勢；

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

1.1                      系統(tǒng)架構(gòu)

本平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，即站控層、網(wǎng)絡(luò)層和設(shè)備層，詳細拓撲結(jié)構(gòu)如下：

2                      1. 系統(tǒng)功能

2.1                      實時監(jiān)測

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的用戶界面設(shè)計應(yīng)追求友好性，以便能夠以系統(tǒng)一次電氣圖的形式直觀展示各電氣回路的運行狀態(tài)。該系統(tǒng)需實時監(jiān)測各回路的電壓、電流、功率、功率因數(shù)等關(guān)鍵電參數(shù)信息，并動態(tài)跟蹤回路中斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備的合閘與分閘狀態(tài)，同時監(jiān)控相關(guān)的故障和告警信號。具體而言，子系統(tǒng)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(shù)、頻率以及正向有功電能的累計值；狀態(tài)參數(shù)則涵蓋開關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

此外，該系統(tǒng)應(yīng)具備對分布式電源和儲能系統(tǒng)進行發(fā)電管理的能力，使管理人員能夠?qū)崟r掌握發(fā)電單元的輸出功率、收益情況、儲能荷電狀態(tài)以及發(fā)電單元與儲能單元的運行功率設(shè)置等信息。

系統(tǒng)還應(yīng)能夠?qū)δ芟到y(tǒng)進行狀態(tài)管理，根據(jù)儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)及時發(fā)出告警，并支持定期的電池維護工作。

微電網(wǎng)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(wǎng)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(jù)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。

2.1.1.1                      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，主要包括光伏的裝機容量、收益、發(fā)電量、環(huán)境信息；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進行展示。

2.1.1.2                      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(shù)設(shè)置界面

本界面主要用來展示對PCS的參數(shù)進行設(shè)置，包括開關(guān)機、運行模式、功率設(shè)定以及電壓、電流的限值。

圖 6 儲能系統(tǒng)BMS參數(shù)設(shè)置界面

本界面用來展示對BMS的參數(shù)進行設(shè)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(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等。

圖 8 儲能系統(tǒng)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、溫度值等。同時針對交流側(cè)的異常信息進行告警。

圖 9 儲能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側(cè)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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，并展示當前電芯的最大、最小電壓、溫度值及所對應(yīng)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(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(shù)據(jù)等。

2.2                      策略配置

系統(tǒng)應(yīng)可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、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(shè)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(tài)擴容等。

圖 17 策略配置界面

2.2.1.1                      削峰填谷

儲充系統(tǒng)中，在分布式發(fā)電系統(tǒng)最da化出力的情況下，當分布式發(fā)電功率大于負荷功率而出現(xiàn)余量時，多余電量優(yōu)先存儲到儲能系統(tǒng)，并在分布式發(fā)電功率小于負荷功率時，儲能系統(tǒng)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(wǎng)的電量，發(fā)揮更大的經(jīng)濟價值，最da化降低用電成本，同時幫助企業(yè)減少碳排放。

?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"。

?場景二

在上午或者下午太陽光較強時間段，光伏高發(fā)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。

?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(tài)擴容

并網(wǎng)運行時，在分布式發(fā)電系統(tǒng)最da化出力的情況下，EMS 監(jiān)測變壓器的帶載率，如果監(jiān)測到有大負荷沖擊，導致變壓器滿載或過載，控制儲能系統(tǒng)放電來削減峰值功率，從而達到動態(tài)擴容的效果。

2.2.1.3                      需求響應(yīng)

需求側(cè)響應(yīng)確切來說是電網(wǎng)行為，憑借能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，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(yōu)化控制參與電網(wǎng)運行。電網(wǎng)公司通過調(diào)度業(yè)主儲能系統(tǒng)的容量來實現(xiàn)對電網(wǎng)整體負荷供需平衡的調(diào)節(jié)。電網(wǎng)租借儲能系統(tǒng)出工出力，是有償付費行為，用戶可通過參與需求側(cè)響應(yīng)獲取收益。MG系統(tǒng)預(yù)留與聚合商、電網(wǎng)平臺的通訊接口。

2.2.1.4                      ★有序充電★

在配電網(wǎng)、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(tài)調(diào)整負荷功率，優(yōu)化配變負荷運行曲線,實現(xiàn)削峰填谷。既滿足用戶供電需求，又提升了配電網(wǎng)設(shè)備和發(fā)電設(shè)備的利用率，降低了電網(wǎng)和發(fā)電設(shè)備投資。

目前安科瑞能做的：在分布式電源最da化運行的情況下，當并網(wǎng)點下網(wǎng)功率超過需量功率或者并網(wǎng)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(cè)的需求。

2.3                      運行報表

應(yīng)能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備指ding時間的運行參數(shù)，報表中顯示電參量信息應(yīng)包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、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(yīng)具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠?qū)?/span>各子系統(tǒng)中的逆變器、雙向變流器的啟動和關(guān)閉等遙信變位，及設(shè)備內(nèi)部的保護動作或事故跳閘時應(yīng)能發(fā)出告警，應(yīng)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(yīng)能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關(guān)人員。

圖 19 實時告警

2.5                      歷史事件查詢

應(yīng)能夠?qū)b信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)、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

2.6                       遙控功能

應(yīng)可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)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(yù)置、遙控返校、遙控執(zhí)行的操作順序，可以及時執(zhí)行調(diào)度系統(tǒng)或站內(nèi)相應(yīng)的操作命令。

圖 22 遙控功能

2.7                       曲線查詢

應(yīng)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(shù)、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

圖 23 曲線查詢

2.8                       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(nèi)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(wǎng)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(wǎng)供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數(shù)等分析；具備對并網(wǎng)型微電網(wǎng)的并網(wǎng)點進行電能質(zhì)量分析。

圖 24 統(tǒng)計報表

2.9                       網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

圖 25 微電網(wǎng)系統(tǒng)拓撲界面

本界面主要展示微電網(wǎng)系統(tǒng)拓撲，包括系統(tǒng)的組成內(nèi)容、電網(wǎng)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(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進行管理、控制、數(shù)據(jù)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(shè)備的通信和數(shù)據(jù)情況。通信應(yīng)支持Modbus RTU、Modbus TCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104 、MQTT等通信規(guī)約。

圖 26 通信管理

2.11                       用戶權(quán)限管理

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