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摘要
隨著全球能源危機與“雙碳”政策的推進，企業(yè)對低碳用電需求日益增長。微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)通過整合光伏、儲能和負載管理，成為工商業(yè)儲能電站發(fā)展的重要技術(shù)方向。本文基于微電網(wǎng)技術(shù)及其典型應(yīng)用案例，探討光伏能量管理系統(tǒng)在工商業(yè)儲能電站中的優(yōu)化策略與經(jīng)濟價值。
1. 引言
隨著新能源的普及，光伏發(fā)電成為綠色能源的重要來源。然而，其發(fā)電受制于天氣、晝夜等自然條件，具有間歇性和波動性。這一特性對工商業(yè)用戶的可靠供電及用電成本提出了挑戰(zhàn)。微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)通過整合光伏、儲能與負載管理，為利用光伏發(fā)電提供了解決方案。
2.背景與需求
3.企業(yè)的需求與痛點
4.儲能電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的應(yīng)用場景
4.1微電網(wǎng)系統(tǒng)：
由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負荷和監(jiān)控、保護裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)。
4.2分類
并網(wǎng)型：既可以與外部電網(wǎng)連接運行，也支持離網(wǎng)獨立運行，以并網(wǎng)為主。
離網(wǎng)型：不與外部電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)電能自發(fā)自用，功率平衡微電網(wǎng)。
4.3微電網(wǎng)——風電
風力發(fā)電機組將風能轉(zhuǎn)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(jīng)過控制器整流成直流電后輸出給逆變電源，由逆變電源轉(zhuǎn)換成幅值、頻率均穩(wěn)定的交流電，經(jīng)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
4.3.1 風力機組部分：捕獲風能并將風能轉(zhuǎn)化為交變電能；包括風力發(fā)電機組、塔架、地基、線纜等。
4.3.2 并網(wǎng)控制部分： 控制風機系統(tǒng)的安全正常運行，內(nèi)置整流模塊輸出直流電能，并對輸出值電壓進行限制，保護后端逆變器；包括并網(wǎng)控制器、泄荷器、線纜等。
4.3.3 逆變部分：將控制器輸出的直流電逆變成交流電并將能量饋入電網(wǎng)，帶升壓變隔離；包括并網(wǎng)逆變器、線纜等。
4.3.4 卸荷部分：實現(xiàn)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。
4.4微電網(wǎng)——儲能
電化學儲能系統(tǒng)主要由電池組、儲能變流器（PCS）、電池管理系統(tǒng)（BMS）、能量管理系統(tǒng)（EMS）以及其他電氣設(shè)備構(gòu)成。
電池組是儲能系統(tǒng)主要的構(gòu)成部分；
電池管理系統(tǒng)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(tǒng)負責數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和能量調(diào)度等；
電池系統(tǒng)是儲能系統(tǒng)實現(xiàn)電能存儲和釋放主要載體，通過電池單體的串/并聯(lián)可實現(xiàn)電池系統(tǒng)容量的擴大，即大容量電池系統(tǒng)。其成組方式：先由多個電池單體經(jīng)串/并聯(lián)后形成電池模塊（BatteryModule，BM），再將多個電池模塊串聯(lián)成電池串，再由多個電池串經(jīng)并聯(lián)而成。
主要功能：
一是兩種不同工作模式下（并/離網(wǎng)模式）對電池系統(tǒng)的充放電功能，并實現(xiàn)兩種工作模式的切換；
二是通過控制策略為系統(tǒng)提供雙向可控的有功、無功功率，實現(xiàn)系統(tǒng)有功、無功功率平衡；
三是通過相關(guān)控制策略實現(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)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(jù)PCS拓撲結(jié)構(gòu)（如單AC/DC、雙AC/DC+DC/DC、單并聯(lián)、雙并聯(lián)、聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)等），通過相關(guān)控制策略實現(xiàn)對電池系統(tǒng)電壓和荷電狀態(tài)的均衡管理等
電池管理系統(tǒng)包含儲能電池監(jiān)控和電池管理系統(tǒng)兩大部分，每套系統(tǒng)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(yù)充電（并聯(lián)）線路、高壓檢測單元、熱管理單元、電流檢測單元、急停系統(tǒng)、以及電池監(jiān)控系統(tǒng)（PC）等。
電池管理系統(tǒng)功能：
實時監(jiān)測電池的電和熱相關(guān)的數(shù)據(jù), 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(nèi)部溫度；
具有 SOC/SOH 、充放電電能量值的計算功能；
均衡功能；
電氣保護功能；
預(yù)警功能；
自檢功能；
參數(shù)整定與修改功能等。
4.5儲能系統(tǒng)——集裝箱
儲能系統(tǒng)多基于磷酸鐵鋰電池儲能技術(shù)，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(shè)計，采用標準20/40英尺集裝箱，集裝箱內(nèi)具有空調(diào)、溫控、消防、照明等保護系統(tǒng)，確保電池系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)換效率及運作性能，同時具有安全可靠的保護措施。
5. 微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)概述
微電網(wǎng)是一種集成分布式能源、儲能裝置、可控負載及監(jiān)控設(shè)備的自治系統(tǒng)，可在并網(wǎng)或離網(wǎng)模式下運行。其核心能量管理系統(tǒng)（EMS）能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電優(yōu)化調(diào)度、實時監(jiān)控、智能預(yù)測與協(xié)調(diào)控制。
5.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
光伏能量管理系統(tǒng)通過整合以下關(guān)鍵組件完成能量調(diào)度：
5.1.1光伏發(fā)電模塊：將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，支持全額上網(wǎng)、自發(fā)自用等多種模式。
5.1.2儲能系統(tǒng)：由電池組、儲能變流器（PCS）及電池管理系統(tǒng)（BMS）構(gòu)成，用于削峰填谷、功率平滑和備用電源。
5.1.3能量管理平臺：利用智能算法，根據(jù)電價、負載需求等調(diào)整系統(tǒng)運行策略。
5.2微電網(wǎng)并網(wǎng)要求
微電網(wǎng)宜采用單個并網(wǎng)點接入系統(tǒng)。當有兩個及以上與外部電網(wǎng)的并網(wǎng)點時，在并網(wǎng)運行時，應(yīng)確保只有一個并網(wǎng)開關(guān)處于閉合狀態(tài)。
當高、低兩電壓均具備接入條件時，可采用低電壓等接入，但不應(yīng)低于微電網(wǎng)內(nèi)值電壓等。
5.3微電網(wǎng)特征
6.微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)
Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)能夠?qū)ξ㈦娋W(wǎng)的源、網(wǎng)、荷、儲能系統(tǒng)、充電負荷進行實時監(jiān)控、診斷告警、全景分析、有序管理控制，通過在企業(yè)內(nèi)部的源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關(guān)鍵節(jié)點安裝安科瑞自主研發(fā)的各類監(jiān)測、分析、保護、治理裝置；通過控制、計量、通信等技術(shù)，將分布式電源、儲能系統(tǒng)、可控負荷、電動汽車、電能路由器聚合在一起；平臺根據(jù)電網(wǎng)價格、用電負荷、電網(wǎng)調(diào)度指令等情況，靈活調(diào)整微電網(wǎng)控制策略并下發(fā)給儲能、充電樁、逆變器等系統(tǒng)與設(shè)備，滿足微電網(wǎng)運行監(jiān)視安全分析智能化、調(diào)整控制瞻化、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(jīng)濟優(yōu)化運行，確保企業(yè)微電網(wǎng)始終安全、可靠、節(jié)約、經(jīng)濟、低碳的運行。
6.2 核心功能
實時監(jiān)測：對光伏、儲能設(shè)備運行狀態(tài)進行監(jiān)控，保障系統(tǒng)安全運行。
經(jīng)濟調(diào)度：通過削峰填谷與負荷管理降低電力成本。
智能預(yù)測：基于氣象預(yù)報與歷史數(shù)據(jù)，預(yù)測光伏發(fā)電量，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
需求響應(yīng)：靈活調(diào)整儲能充放電策略，優(yōu)化電網(wǎng)互動。
平滑功率輸出，提升綠電使用率；
削峰填谷、谷電利用，提高經(jīng)濟性；
降低充電設(shè)備對局部電網(wǎng)的沖擊；
降低站內(nèi)配電變壓器容量；
實現(xiàn)源荷匹配效能。
6.3控制架構(gòu)
6.4相關(guān)控制策略
6.5功能簡介
多種協(xié)議
支持多種規(guī)約協(xié)議，包括：Modbus TCP/RTU、DL/T645-07/97、IEC60870-5-101/103/104、MQTT、CDT、第三方協(xié)議定制等。
多種通訊方式
支持多種通信方式：串口、網(wǎng)口、WIFI、4G。
通信管理
提供通信通道配置、通信參數(shù)設(shè)定、通信運行監(jiān)視和管理等。提供規(guī)約調(diào)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(tǒng)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(jīng)濟性與安全性。
全量監(jiān)控
覆蓋傳統(tǒng)EMS盲區(qū)，可接入多種協(xié)議和不同廠家設(shè)備實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)制，實現(xiàn)環(huán)境、安防、消防、視頻監(jiān)控、電能質(zhì)量、計量、繼電保護等多系統(tǒng)和設(shè)備的全量接入。
7.界面介紹
微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)包括系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷情況，體現(xiàn)系統(tǒng)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。
8. 儲能電站的應(yīng)用場景
微電網(wǎng)技術(shù)在工商業(yè)儲能域具備多樣化的應(yīng)用價值。
8.1 優(yōu)化企業(yè)用能
通過儲能系統(tǒng)平滑光伏發(fā)電波動，并利用低谷電儲能、高峰電放電，企業(yè)可實現(xiàn)用能成本的顯著降低。
8.2 確保供電可靠性
微電網(wǎng)在離網(wǎng)模式下提供關(guān)鍵負載的應(yīng)急電力保障，適用于端天氣或電網(wǎng)故障場景。
8.3 綠色低碳發(fā)展
光伏發(fā)電與儲能的結(jié)合降低了企業(yè)的化石能源消耗，同時提升了綠色能源的利用率。
9. 應(yīng)用案例分析
9.1 江陰風光儲充微電網(wǎng)系統(tǒng)
該系統(tǒng)結(jié)合118kW光伏、50kW/100kWh儲能及多臺充電樁，采用并網(wǎng)模式滿足內(nèi)部負荷需求，同時通過峰谷套利模式實現(xiàn)經(jīng)濟效益優(yōu)化。
- 功能：削峰填谷、備用電源
- 成果：顯著降低電費，提高新能源消納率。
9.2 武漢某電氣光儲微電網(wǎng)系統(tǒng)
該項目結(jié)合100kW光伏和70kW/140kWh儲能，運行模式包括削峰填谷和緊急備用電源，為企業(yè)提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)，同時優(yōu)化用電成本。
10. 未來展望
隨著儲能技術(shù)及光伏發(fā)電成本的進一步降低，微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)將廣泛應(yīng)用于工商業(yè)域。在政策引導(dǎo)與技術(shù)推動下，其將成為實現(xiàn)“雙碳”目標的重要手段。未來發(fā)展應(yīng)聚焦以下幾點：
1. 提升智能化水平：采用算法提高發(fā)電與用能預(yù)測精度。
2.增強經(jīng)濟性：通過規(guī)?；?yīng)降低系統(tǒng)建設(shè)成本。
3. 政策支持：加強對分布式新能源項目的補貼與扶持力度。
結(jié)論
光伏能量管理系統(tǒng)通過對光伏、儲能及負載的調(diào)控，賦能工商業(yè)儲能電站的低碳與運營。其不僅優(yōu)化了企業(yè)用能模式，還為能源安全及環(huán)境保護做出了積貢獻。未來，通過技術(shù)創(chuàng)新與政策支持，光伏能量管理系統(tǒng)將在企業(yè)發(fā)展中發(fā)揮更重要的作用。
