【解決方案】新能源智能微電網EMS能量的管理

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

1 背景

 隨著全球能源危機、用能增加以及新能源技術的增加，新能源發(fā)電越來越廣，并逐步形成新型能源與電力市場，但新能源的能量密度普遍偏低，進行大功率發(fā)電還需要挑選適合的位置場地，因此屬于間歇式電源。而微電網技術的提出，為高*利用這些新能源電力提供了重要的技術方向。

2 微電網系統

1）組成

 由分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、相關負荷和監(jiān)控、保護裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統，是一個能夠實現自我控制、保護和管理的自治系統。

2）特征

（1）微型

電壓等級：35kV及以下為主

系統容量：*大用電負荷原則上≤20MW

（2）清潔

可再生能源裝機容量占比50%以上

系統綜合能源利用效率在70%以上

（3）自治

 

具有獨立運行的控制系統；

獨立運行時保障不低于2小時連續(xù)供電

與外部電網年交換電量一般不超過年用電量的50%

（4）友好

 

交換功率和交換時段具有可控性；

與并入電網實現備用、調峰、需求側響應等雙向服務

3)應用場景

孤島、邊遠地區(qū)：解決偏遠地區(qū)用電問題

大電網較弱區(qū)：提高供電可靠性、保證關鍵負荷供電、防范電網故障狀態(tài)

需求較高園區(qū)：提高配電網對新能源的消納能力、提高新能源的利用率、降低用能成本、提升用能穩(wěn)定性、服務保障電網質量

4）子系統

（1）光伏

并網型：既可以與外部電網連接運行，也支持離網獨立運行，以并網為主。

離網型：不與外部電網聯網，實現電能自發(fā)自用，功率平衡微電網。

（2）風電

 力發(fā)電機組將風能轉換為交流電能，風力發(fā)電機輸出的幅值、頻率均不穩(wěn)定的交流電，經過控制器整流成直流電后輸出給逆變電源，由逆變電源轉換成幅值、頻率均穩(wěn)定的交流電，經過電度表計量后，直接饋入直流電逆變?yōu)?AC380V、50Hz的三相交流電。

（1）風力機組部分：捕獲風能并將風能轉化為交變電能；包括風力發(fā)電機組、塔架、地基、線纜等。

（2）并網控制部分： 控制風機系統的安全正常運行，內置整流模塊輸出直流電能，并對輸出*高電壓進行限制，保護后端逆變器；包括并網控制器、泄荷器、線纜等。

（3）逆變部分：將控制器輸出的直流電逆變交流電并將能量饋入電網，帶升壓變隔離；包括并網逆變器、線纜等。

（4）卸荷部分：實現智能控制風力發(fā)電機進行剎車停機，確保風力發(fā)電機在異常工況下的安全。

（3）儲能

 電化學儲能系統主要由電池組、儲能變流器（PCS）、電池管理系統（BMS）、能量管理系統（EMS）以及其他電氣設備構成。

 電池組是儲能系統主要的構成部分；

 電池管理系統主要負責電池的監(jiān)測、評估、保護以及均衡等；

 儲能變流器可以控制儲能電池組的充電和放電過程，進行交直流的變換。

 能量管理系統負責數據采集、網絡監(jiān)控和能量調度等；

電池單元

 電池系統是儲能系統實現電能存儲和釋放主要載體，通過電池單體的串/并聯可實現電池系統容量的擴大，即大容量電池系統。其成組方式：先由多個電池單體經串/并聯后形成電池模塊（BatteryModule，BM），再將多個電池模塊串聯成電池串，*后由多個電池串經并聯而成。

PCS

主要功能：

一是兩種不同工作模式下（并/離網模式）對電池系統的充放電功能，并實現兩種工作模式的切換；

二是通過控制策略為系統提供雙向可控的有功、無功功率，實現系統有功、無功功率平衡；

三是通過相關控制策略實現系統*級應用功能，如黑啟動、削峰填谷、功率平滑、低電壓穿越等；

四是根據PCS拓撲結構（如單級AC/DC、雙級AC/DC+DC/DC、單級并聯、雙級并聯、級聯多電平結構等），通過相關控制策略實現對電池系統電壓和荷電狀態(tài)的均衡管理等

BMS

 電池管理系統包含儲能電池監(jiān)控和電池管理系統兩大部分，每套系統包含電池監(jiān)測電路(CSC）、從電池管理單元(SBMU)、主電池管理單元(MBMU)、高壓線路控制單元、儲能柜預充電（并聯）線路、高壓檢測單元、熱管理單元、電流檢測單元、急停系統、以及電池監(jiān)控系統（PC）等。

 電池模塊、電池簇和電池陣列的儲能系統宜采用三層架構的電池管理系統

電池管理系統功能：

實時監(jiān)測電池的電和熱相關的數據, 如電池簇總電壓、電池單體電壓或電芯組電壓、電池簇電流、電池模塊內部溫度；

具有 SOC/SOH 、充放電電能量值的計算功能；

高*均衡功能；

電氣保護功能；

預警功能；

自檢功能；

參數整定與修改功能等。

集裝箱

 儲能系統多基于磷酸鐵鋰電池儲能技術，磷酸鐵鋰電池具備安全可靠、放電深度和充放電倍率高等優(yōu)勢。電池單元采用模塊化設計，采用標準20/40英尺集裝箱，集裝箱內具有空調、溫控、消防、照明等保護系統，確保電池系統具有優(yōu)的轉換效率及運作性能，同時具有安全可靠的保護措施。

5）工程商業(yè)儲能

商業(yè)樓宇/數據中心

 在樓宇地下室或者停車位部署儲能，通過降低容量電費和峰谷差節(jié)約用電成本。

充電站

 在充電樁之間部署儲能，代替變壓器擴容滿足瞬時的大功率充電需求。

工廠/產業(yè)園

 利用閑置土地資源部署儲能，通過負荷預測等控制算法，自動調整充放電策略節(jié)約電費。

3 微電網系統結構

交流母線微電網--并網型

交流母線微電網--離網型

直流母線微電網

4 微電網能量管理系統

 Acrel-2000MG微電網能量管理系統能夠對微電網的源、網、荷、儲能系統、充電負荷進行實時監(jiān)控、診斷告警、全景分析、有序管理和高*控制，滿足微電網運行監(jiān)視全*化、安全分析智能化、調整控制前瞻化、全景分析動態(tài)化的需求，完成不同目標下光儲充資源之間的靈活互動與經濟優(yōu)化運行，實現能源效益、經濟效益和環(huán)境效益*大化。

1）主要功能：實時監(jiān)測；能耗分析；智能預測；協調控制；經濟調度；需求響應。

2）系統特點：平滑功率輸出，提升綠電使用率；削峰填谷、谷電利用，提高經濟性；降低充電設備對局部電網的沖擊；降低站內配電變壓器容量；實現源荷*高匹配效能。

3）核心功能

多種協議

 支持多種規(guī)約協議，包括：Modbus TCP/RTU、DL/T645-07/97、IEC60870-5-101/103/104、MQTT、CDT、第三方協議定制等。

多種通訊方式

 支持多種通信方式：串口、網口、WIFI、4G。

通信管理

 提供通信通道配置、通信參數設定、通信運行監(jiān)視和管理等。提供規(guī)約調試的工具，可監(jiān)視收發(fā)原碼、報文解析、通道狀態(tài)等。

智能策略

 系統支持自定義控制策略，如削峰填谷、需量控制、動態(tài)擴容、后備電源、平抑波動、有序充電、逆功率保護等策略，保障用戶的經濟性與安全性。

全量監(jiān)控

 覆蓋傳統EMS盲區(qū)，可接入多種協議和不同廠家設備實現統一監(jiān)制，實現環(huán)境、安防、消防、視頻監(jiān)控、電能質量、計量、繼電保護等多系統和設備的全量接入。

4）

微電網能量管理系統包括系統主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷情況，體現系統主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、告警信息、收益、環(huán)境等。

儲能監(jiān)控

系統綜合數據：電參量數據、充放電量數據、節(jié)能減排數據；

運行模式：峰谷模式、計劃曲線、需量控制等；

統計電量、收益等數據；

儲能系統功率曲線、充放電量對比圖，實時掌握儲能系統的整體運行水平。

光伏監(jiān)控

光伏系統總出力情況

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)電量統計及分析

并網柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統計

電站發(fā)電量年有效利用小時數統計，識別低效發(fā)電電站；

發(fā)電收益統計(補貼收益、并網收益)

輻照度/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測

并網電能質量監(jiān)測及分析

光伏預測

 以海量發(fā)電和環(huán)境數據為根源；以高精度數值氣象預報為基礎；采用多維度同構異質BP、LSTM神經網絡；光功率預測方法時間分辨率：15min；超短期未來4h預測精度＞90%，短期未來72h預測精度＞80%

風電監(jiān)控

風力發(fā)電系統總出力情況

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)電量統計及分析

并網柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統計

電站發(fā)電量年有效利用小時數統計，識別低效發(fā)電電站；

發(fā)電收益統計(補貼收益、并網收益)

風力/風速/氣壓/環(huán)境溫濕度監(jiān)測

并網電能質量監(jiān)測及分析

充電樁系統

實時監(jiān)測充電系統的充電電壓、電流、功率及各充電樁運行狀態(tài)；

統計各充電樁充電量、電費等；

針對異常信息進行故障告警；

根據用電負荷柔性調節(jié)充電功率。

電能質量

 對整個系統范圍內的電能質量和電能可靠性狀況進行持續(xù)性的監(jiān)測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩(wěn)態(tài)數據和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態(tài)數據進行監(jiān)測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進行監(jiān)測。