安科瑞 徐浩竣

江蘇安科瑞電器制造有限公司

隨著全球對可持續發展和環境保護的重視，微電網作為一種新型的網絡結構，正逐步成為電力系統的重要組成部分。微電網能量管理系統（Micro-grid Energy Management System, MEMS）作為微電網技術的核心，其應用越來越廣泛，并在提升能源利用效率、保障電力供應可靠性方面發揮著重要作用。

微電網概述

微電網是由一組微電源、負荷、儲能系統和控制裝置構成的自治系統，能夠實現自我控制、保護和管理。它既可以與外部電網并網運行，也可以孤立運行，為偏遠地區、工業園區、居民區等多種場景提供電力供應。微電網的主要特征包括微型、清潔、自治和友好。其電壓等級通常在35kV及以下，系統容量最大不超過20MW，可再生能源裝機容量占比超過50%，系統綜合能源利用效率在70%以上。

微電網能量管理系統的功能

微電網能量管理系統是一套具有發電優化調度、負荷管理、實時監測并自動實現微電網同步等功能的能量管理軟件。其主要功能包括：

發電優化調度：根據負荷需求和能源資源情況，優化分布式電源的發電計劃，提高能源利用效率。

負荷管理：通過實時監控和智能預測，調整負荷需求，實現電力供需平衡。

實時監測：對微電網內的電力電量狀態進行全天候數據采集和分析，確保系統穩定運行。

自動同步：在并網模式下，自動實現微電網與大電網的同步運行，確保電能質量。

微電網能量管理系統的應用案例

江陰風光儲充微電網系統：微電網能量管理系統，是我司根據新型電力系統下微電網監控系統與微電網能量管理系統的要求，總結國內外的研究和生產的先進經驗，專門研制出的企業微電網能量管理系統。本系統滿足光伏系統、風力發電、儲能系統以及充電樁的接入，全天候進行數據采集分析，直接監視光伏、風能、儲能系統、充電樁運行狀態及健康狀況，是一個集監控系統、能量管理為一體的管理系統。該系統在安全穩定的基礎上以經濟優化運行為目標，促進可再生能源應用，提高電網運行穩定性、補償負荷波動；有效實現用戶側的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷，提高電力設備運行效率、降低供電成本。為企業微電網能量管理提供安全、可靠、經濟運行提供了全新的解決方案。

微電網能量管理系統應采用分層分布式結構，整個能量管理系統在物理上分為三個層：設備層、網絡通信層和站控層。站級通信網絡采用標準以太網及TCP/IP通信協議，物理媒介可以為光纖、網線、屏蔽雙絞線等。系統支持Modbus RTU、Modbus TCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT 等通信規約。該系統采用0.4kV并網，光伏配合儲能系統滿足內部需求，實現峰谷套利、備用電源等運行模式。Acrel-2000MG微電網能量管理系統實現了對光伏、風電、儲能系統以及充電樁等設備的接入和監控，提高了電網運行穩定性和設備運行效率。

荷蘭Bronsbergen假日公園微電網：該微電網采用集中控制的方式，通過全球移動通信系統（GSM）與調度中心交流，實現了微電網并網和孤網的無縫切換，提高了供電可靠性。

德國Am Steinweg微電網：由PoMS系統控制，具有配電網管理、分布式電源管理和需求側管理等功能，通過分層式結構進行信息的交流與傳輸，提高了系統的智能化水平。

微電網能量管理系統的未來發展

隨著云計算、物聯網、大數據和人工智能等技術的深入發展，微電網能量管理系統將越來越智能化和高效化。未來，MEMS將具備以下發展趨勢：

智能化控制：通過能源管理系統和自動控制技術，實現對電力的精確調配和控制，提高微電網的效率和響應速度。

多能聯供：微電網將不僅提供電力服務，還將通過多能聯供的方式，如與氣體、水資源等供應系統相結合，提供更全面的能源服務。

地域定制化：根據區域特點和用戶需求進行定制，實現更好的能源管理效果。

系統互聯：微電網將和主電網、其他微電網、電動汽車等形成更加互聯的系統，實現更高效、更可靠的能源供應和管理。

1.1 系統架構

本平臺采用分層分布式結構進行設計，即站控層、網絡層和設備層，詳細拓撲結構如下：

圖1 典型微電網能量管理系統組網方式

2 1. 系統功能

2.1 實時監測

微電網能量管理系統人機界面友好，應能夠以系統一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態，實時監測光伏、風電、儲能、充電樁等各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各回路斷路器、隔離開關等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。其中，各子系統回路電參量主要有：相電壓、線電壓、三相電流、有功/無功功率、視在功率、功率因數、頻率、有功/無功電度、頻率和正向有功電能累計值；狀態參數主要有：開關狀態、斷路器故障脫扣告警等。

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

系統可以對儲能系統進行狀態管理，能夠根據儲能系統的荷電狀態進行及時告警，并支持定期的電池維護。

微電網能量管理系統的監控系統界面包括系統主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節能減排信息、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，儲能及光伏系統信息進行顯示。

圖2 系統主界面

子界面主要包括系統主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統計列表等。

2.1.1.1 光伏界面

圖 3 光伏系統界面

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

2.1.1.2 儲能界面

圖 4 儲能系統界面

本界面主要用來展示本系統的儲能裝機容量、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PCS狀態界面

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

圖 11 儲能電池狀態界面

本界面用來展示對BMS狀態信息，主要包括儲能電池的運行狀態、系統信息、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，并展示當前電芯的最大、最小電壓、溫度值及所對應的位置。

2.1.1.3 風電界面

圖 13風電系統界面

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

2.1.1.4 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。

2.1.1.5 視頻監控界面

圖 15 微電網視頻監控界面

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

2.2 發電預測

系統應可以通過歷史發電數據、實測數據、未來天氣預測數據，對分布式發電進行短期、超短期發電功率預測，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電計劃，便于用戶對該系統新能源發電的集中管控。

圖 16 光伏預測界面

2.3 策略配置

系統應可以根據發電數據、儲能系統容量、負荷需求及分時電價信息，進行系統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、防逆流、有序充電、動態擴容等。

1，無新能源消納

沒有配備光伏，BESS即用以下策略，當市電異常時，儲能離網運行，SOC 剩余電量不滿足離網需求情況下需要EMS控制來啟動柴發，市電正常則回到并網。

2，有新能源消納

自發自用 光伏發電優先提供給負載，當光伏功率大于負載功率時，多余的電量給BESS 充電，當光伏功率小于負載功率時，光伏和 BESS 放電同時給負載供電，當光伏和 BESS 放電都不滿足負載功率時，光伏、BESS 和市電同時給負載供電。

電池優先 光伏發電優先給 BESS 充電，多余的能量給負載，PV 不足以供給電池和負載時，電網給負載提供剩余能量。

具體策略根據項目實際情況（如儲能柜數量、負載功率、光伏系統能力等）進行接口適配和策略調整，同時支持定制化需求。

結論

微電網能量管理系統作為微電網技術的核心，在提升能源利用效率、保障電力供應可靠性方面發揮著重要作用。隨著技術的不斷進步和應用場景的日益豐富，MEMS將在未來能源系統中占據更加重要的地位。我們期待微電網在新能源、新技術的支持下，不斷發展和創新，為實現可持續發展和環境保護做出更大貢獻。

審核編輯 黃宇