摘要  

隨著全球能源危機(jī)與“雙碳”政策的推進(jìn)，企業(yè)對(duì)低碳用電需求日益增長(zhǎng)。微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)通過(guò)整合光伏、儲(chǔ)能和負(fù)載管理，成為工商業(yè)儲(chǔ)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(chǔ)能電站中的優(yōu)化策略與經(jīng)濟(jì)價(jià)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(lái)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(dòng)性。這一特性對(duì)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(guò)整合光伏、儲(chǔ)能與負(fù)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(diǎn)

4.儲(chǔ)能電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景

4.1微電網(wǎng)系統(tǒng)：

由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)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(yùn)行，也支持離網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，以并網(wǎng)為主。

離網(wǎng)型：不與外部電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電能自發(fā)自用，功率平衡微電網(wǎng)。

4.3微電網(wǎng)——風(fēng)電

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為交流電能，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的幅值、頻率均不穩(wěn)定的交流電，經(jīng)過(guò)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(guò)電度表計(jì)量后，直接饋入直流電逆變?yōu)?AC380V、50Hz的三相交流電

4.3.1 風(fēng)力機(jī)組部分：捕獲風(fēng)能并將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為交變電能；包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、塔架、地基、線纜等。

4.3.2 并網(wǎng)控制部分： 控制風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的安全正常運(yùn)行，內(nèi)置整流模塊輸出直流電能，并對(duì)輸出值電壓進(jìn)行限制，保護(hù)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(shí)現(xiàn)智能控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行剎車停機(jī)，確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)在異常工況下的安全。

4.4微電網(wǎng)——儲(chǔ)能

電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由電池組、儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)主要的構(gòu)成部分；

電池管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)電池的監(jiān)測(cè)、評(píng)估、保護(hù)以及均衡等；

儲(chǔ)能變流器可以控制儲(chǔ)能電池組的充電和放電過(guò)程，進(jìn)行交直流的變換。

能量管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)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(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電能存儲(chǔ)和釋放主要載體，通過(guò)電池單體的串/并聯(lián)可實(shí)現(xiàn)電池系統(tǒng)容量的擴(kuò)大，即大容量電池系統(tǒng)。其成組方式：先由多個(gè)電池單體經(jīng)串/并聯(lián)后形成電池模塊（BatteryModule，BM），再將多個(gè)電池模塊串聯(lián)成電池串，再由多個(gè)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(duì)電池系統(tǒng)的充放電功能，并實(shí)現(xiàn)兩種工作模式的切換；

二是通過(guò)控制策略為系統(tǒng)提供雙向可控的有功、無(wú)功功率，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)有功、無(wú)功功率平衡；

三是通過(guò)相關(guān)控制策略實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)用功能，如黑啟動(dòng)、削峰填谷、功率平滑、低電壓穿越等；

四是根據(jù)PCS拓?fù)浣Y(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(guò)相關(guān)控制策略實(shí)現(xiàn)對(duì)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(chǔ)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(cè)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(chǔ)能柜預(yù)充電（并聯(lián)）線路、高壓檢測(cè)單元、熱管理單元、電流檢測(cè)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(jì)算功能；

均衡功能；

電氣保護(hù)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(chǔ)能系統(tǒng)——集裝箱

儲(chǔ)能系統(tǒng)多基于磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)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(shì)。電池單元采用模塊化設(shè)計(jì)，采用標(biāo)準(zhǔn)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(hù)系統(tǒng)，確保電池系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)換效率及運(yùn)作性能，同時(shí)具有安全可靠的保護(hù)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(chǔ)能裝置、可控負(fù)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(yùn)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(shí)時(shí)監(jiān)控、智能預(yù)測(cè)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(guò)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(yáng)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(chǔ)能系統(tǒng)：由電池組、儲(chǔ)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(tái)：利用智能算法，根據(jù)電價(jià)、負(fù)載需求等調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行策略。  

5.2微電網(wǎng)并網(wǎng)要求

微電網(wǎng)宜采用單個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)接入系統(tǒng)。當(dāng)有兩個(gè)及以上與外部電網(wǎng)的并網(wǎng)點(diǎn)時(shí)，在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)確保只有一個(gè)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài)。

當(dāng)高、低兩電壓均具備接入條件時(shí)，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(chǔ)能系統(tǒng)、充電負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、診斷告警、全景分析、有序管理控制，通過(guò)在企業(yè)內(nèi)部的源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、充的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝安科瑞自主研發(fā)的各類監(jiān)測(cè)、分析、保護(hù)、治理裝置；通過(guò)控制、計(jì)量、通信等技術(shù)，將分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、可控負(fù)荷、電動(dòng)汽車、電能路由器聚合在一起；平臺(tái)根據(jù)電網(wǎng)價(jià)格、用電負(fù)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(chǔ)能、充電樁、逆變器等系統(tǒng)與設(shè)備，滿足微電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)視安全分析智能化、調(diào)整控制瞻化、全景分析動(dòng)態(tài)化的需求，完成不同目標(biāo)下光儲(chǔ)充資源之間的靈活互動(dòng)與經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行，確保企業(yè)微電網(wǎng)始終安全、可靠、節(jié)約、經(jīng)濟(jì)、低碳的運(yùn)行。

6.2 核心功能  

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：對(duì)光伏、儲(chǔ)能設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，保障系統(tǒng)安全運(yùn)行。  

經(jīng)濟(jì)調(diào)度：通過(guò)削峰填谷與負(fù)荷管理降低電力成本。  

智能預(yù)測(cè)：基于氣象預(yù)報(bào)與歷史數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)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(chǔ)能充放電策略，優(yōu)化電網(wǎng)互動(dòng)。

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(jì)性；

降低充電設(shè)備對(duì)局部電網(wǎng)的沖擊；

降低站內(nèi)配電變壓器容量；

實(shí)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(jiǎn)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(yùn)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(bào)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(dòng)態(tài)擴(kuò)容、后備電源、平抑波動(dòng)、有序充電、逆功率保護(hù)等策略，保障用戶的經(jīng)濟(jì)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(shí)現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)制，實(shí)現(xiàn)環(huán)境、安防、消防、視頻監(jiān)控、電能質(zhì)量、計(jì)量、繼電保護(hù)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(fēng)電、儲(chǔ)能、充電樁及總體負(fù)荷情況，體現(xiàn)系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風(fēng)電信息、儲(chǔ)能信息、充電樁信息、告警信息、收益、環(huán)境等。

8. 儲(chǔ)能電站的應(yīng)用場(chǎng)景  

微電網(wǎng)技術(shù)在工商業(yè)儲(chǔ)能域具備多樣化的應(yīng)用價(jià)值。 

8.1 優(yōu)化企業(yè)用能  

通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)平滑光伏發(fā)電波動(dòng)，并利用低谷電儲(chǔ)能、高峰電放電，企業(yè)可實(shí)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(fù)載的應(yīng)急電力保障，適用于端天氣或電網(wǎng)故障場(chǎng)景。

8.3 綠色低碳發(fā)展  

光伏發(fā)電與儲(chǔ)能的結(jié)合降低了企業(yè)的化石能源消耗，同時(shí)提升了綠色能源的利用率。

9. 應(yīng)用案例分析  

9.1 江陰風(fēng)光儲(chǔ)充微電網(wǎng)系統(tǒng)  

該系統(tǒng)結(jié)合118kW光伏、50kW/100kWh儲(chǔ)能及多臺(tái)充電樁，采用并網(wǎng)模式滿足內(nèi)部負(fù)荷需求，同時(shí)通過(guò)峰谷套利模式實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)化。  

- 功能：削峰填谷、備用電源  

- 成果：顯著降低電費(fèi)，提高新能源消納率。

9.2 武漢某電氣光儲(chǔ)微電網(wǎng)系統(tǒng)  

該項(xiàng)目結(jié)合100kW光伏和70kW/140kWh儲(chǔ)能，運(yùn)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(shí)優(yōu)化用電成本。  

10. 未來(lái)展望  

隨著儲(chǔ)能技術(shù)及光伏發(fā)電成本的進(jìn)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(dòng)下，其將成為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要手段。未來(lái)發(fā)展應(yīng)聚焦以下幾點(diǎn)：  

1. 提升智能化水平：采用算法提高發(fā)電與用能預(yù)測(cè)精度。  

2.增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)性：通過(guò)規(guī)?；?yīng)降低系統(tǒng)建設(shè)成本。  

3. 政策支持：加強(qiáng)對(duì)分布式新能源項(xiàng)目的補(bǔ)貼與扶持力度。

結(jié)論  

光伏能量管理系統(tǒng)通過(guò)對(duì)光伏、儲(chǔ)能及負(fù)載的調(diào)控，賦能工商業(yè)儲(chǔ)能電站的低碳與運(yùn)營(yíng)。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(hù)做出了積貢獻(xiàn)。未來(lái)，通過(guò)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。