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安科瑞刘鸿鹏
摘要
本文探讨了微电网能量管理系统在现代储能物联网中的应用。随着能源危机和新能源技术的发展，微电网技术成为利用新能源电力的重要方向。微电网能量管理系统通过实时监控、智能预测、协调控制和经济调度等功能，优化能源使用，提高系统效率和可靠性。本文分析了微电网系统的组成、运行模式和应用场景，并探讨了其在工商业储能、充电站和偏远地区供电中的具体应用。研究表明，微电网能量管理系统在提升能源利用效率、降低用电成本和保障供电可靠性方面具有显著优势。
关键词：微电网；能量管理系统；储能物联网；新能源；协调控制；经济调度
引言
随着全球能源危机和新能源技术的快速发展，微电网技术成为利用新能源电力的重要方向。微电网能量管理系统通过实时监控、智能预测、协调控制和经济调度等功能，优化能源使用，提高系统效率和可靠性。本文旨在探讨微电网能量管理系统在现代储能物联网中的应用，分析其组成、运行模式和应用场景，并探讨其在工商业储能、充电站和偏远地区供电中的具体应用。
一、背景与需求
随着全球能源危机和用能需求的增加，新能源发电技术得到了广泛应用。然而，新能源的能量密度普遍偏低，且受地理位置和天气条件的影响较大，属于间歇式电源。微电网技术的提出，为利用这些新能源电力提供了重要的技术方向。微电网能量管理系统通过实时监控、智能预测、协调控制和经济调度等功能，优化能源使用，提高系统效率和可靠性。
电能紧张和电价上涨是企业面临的主要问题。企业可靠用电需求持续提升，而双碳目标下的能耗管控更加严格。拉闸限电、高温少雨等端天气导致负荷创新高，主电网电力可靠性降低。电力价格市场机制持续完善，代理购电价格上涨，电力峰谷价差扩大，企业用电降本需求持续增强。微电网技术的应用，可以有效缓解这些问题，提高电力系统的可靠性和经济性。
二、微电网系统的组成与运行模式
微电网系统由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置组成，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。根据运行模式，微电网可分为并网型和离网型。并网型微电网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。离网型微电网不与外部电网联网，实现电能自发自用，功率平衡微电网。
微电网系统的组成设备包括光伏发电系统、风力发电系统、储能系统和充电桩系统。光伏发电系统通过光伏阵列将太阳能转换为直流电能，再通过逆变器转换为交流电能。风力发电系统通过风力发电机组将风能转换为交流电能，经过控制器整流成直流电后输出给逆变电源，由逆变电源转换成稳定的交流电。储能系统主要由电池组、储能变流器（PCS）、电池管理系统（BMS）和能量管理系统（EMS）构成，负责电能的存储和释放。
2.2 风电储能
风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成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。
2.3 储能电池组
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；
2.4 储能电池阵列
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；
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。
2.5储能集装
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，确保电池系统具有转换效率及运作性能，同时具有安全可靠的保护措施。
三、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、有序管理和控制，满足微电网运行监视、安全分析智能化、调整控制瞻化、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。
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系统。其主要功能包括实时监测、能耗分析、智能预测、协调控制、经济调度和需求响应。系统特点包括平滑功率输出、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和实现源荷匹配效能。
微电网能量管理系统的核心功能包括实时监测、智能预测、协调控制和经济调度。实时监测功能可以对微电网的源、网、荷、储能系统、充电负荷进行实时监控和诊断告警。智能预测功能通过高精度数值气象预报和多维度同构异质BP、LSTM神经网络光功率预测方法，实现短期和超短期光伏功率预测。协调控制功能通过监视控制、功率分配、并离网切换、逆变器控制和功率跟踪，实现系统的稳定运行。经济调度功能通过需量控制、削峰填谷、备用电源和平抑波动等策略，保障用户的经济性与安全性。
3.1 控制逻辑
3.2 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
四、系统界面
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。
光伏储能监控
五、微电网能量管理系统的应用
微电网能量管理系统在现代储能物联网中的应用广泛，涵盖了工商业储能、充电站和偏远地区供电等多个域。在工商业储能中，微电网能量管理系统通过削峰填谷、谷电利用等策略，降低企业的用电成本，提高能源利用效率。例如，在商业楼宇和数据中心，通过在楼宇地下室或停车位部署储能系统，可以有效降低容量电费和峰谷差，节约用电成本。在工厂和产业园，利用闲置土地资源部署储能系统，通过负荷预测等控制算法，自动调整充放电策略，进一步节约电费。
在充电站应用中，微电网能量管理系统通过在充电桩之间部署储能系统，代替变压器扩容，满足瞬时的大功率充电需求。这不仅降低了充电设备对局部电网的冲击，还提高了充电站的运行效率和可靠性。例如，在电动汽车充电站，通过实时监测充电系统的电压、电流、功率及各充电桩运行状态，系统可以根据用电负荷柔性调节充电功率，确保充电过程的安全。
在偏远地区供电中，微电网能量管理系统通过离网型微电网技术，解决偏远地区的用电问题，提高供电可靠性。例如，在孤岛和边远地区，通过部署离网型微电网系统，可以实现电能的自发自用，保障关键负荷的供电，防范电网故障状态，提高配电网对新能源的消纳能力。这不仅提高了新能源的利用率，还降低了用能成本，提升了用能稳定性。
