安科瑞 陳聰

摘要：儲能技術在微電網中不僅僅是作為能源的緩沖裝置，還扮演著協(xié)調能源流動、優(yōu)化系統(tǒng)運行以及支持新型應用場景的多重角色。本文從儲能的全新應用方向展開探討，包括儲能在新型電網結構支持中的作用、其在靈活負荷管理中的潛力，以及對能源交易市場的創(chuàng)新支持。

關鍵詞：儲能技術；光儲系統(tǒng)；微電網

0.引言

隨著全球能源格局的加速轉型，低碳經濟和可持續(xù)發(fā)展的理念正深刻改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的運行模式。在“雙碳"戰(zhàn)略的推動下，構建以清潔能源為主體的新型電力系統(tǒng)成為當前能源行業(yè)的重要方向。相比傳統(tǒng)以化石能源為主的集中式電力系統(tǒng)，新型電力系統(tǒng)強調分布式能源、靈活負荷和儲能的深度融合，通過數(shù)字化和智能化技術的賦能，提升能源系統(tǒng)的運行效率和清潔化水平。在這一背景下，微電網作為新型電力系統(tǒng)的重要組成部分，以其“源網荷儲"一體化的技術優(yōu)勢，成為實現(xiàn)能源轉型和系統(tǒng)優(yōu)化的關鍵解決方案。

1.微電網關鍵技術中的儲能應用

1. 
   

1. 分布式儲能

由于大部分分布式發(fā)電具有間歇性與波動型，因此分布式儲能是微電網中不能或缺的部分。分布式儲能是微電網系統(tǒng)的“調節(jié)器"，能夠穩(wěn)定電力供應、*制振蕩、平衡負荷，提升微電網的可靠性與運行效率，為黑啟動提供支撐，可分為能量型儲能與功率型儲能。能量型儲能在微電網中可以平衡供需，保證長期穩(wěn)定供電；功率型儲能可為微電網提供快速的功率支持，穩(wěn)定頻率與電壓。

能量型儲能主要為鋰離子電池、鉛酸電池、液流電池等電化學儲能。能量型儲能的能量密度*高可達300~350Wh/kg，可實現(xiàn)數(shù)千到數(shù)萬次的充放電循環(huán)，充放電效率通常在90%以上，自放電率低，有利于長期儲能，適合長時間供電，支撐能量優(yōu)化調節(jié)，提升系統(tǒng)運行的可靠性與經濟性；功率型儲能主要為超*電容器儲能、飛輪儲能等，具有*高功率密度，可達3000~50000W/kg，充放電效率可達85%以上，其充放電循環(huán)次數(shù)可達105~106數(shù)量*，由于沒有化學反應過程，具有毫米*響應速度，可以快速*制頻率和電壓的波動。為保證微電網系統(tǒng)穩(wěn)定運行，具備更好的慣量響應速度與反應能力，持續(xù)降低成本、滿足多樣化的調節(jié)需求，新型分布式儲能的應用和混合儲能系統(tǒng)的構建是未來的發(fā)展趨勢。此外，未來的儲能設計應充分考慮安全性與可靠性，進一步降低微電網的運行風險。

1.2靈活負荷管理中的儲能應用

考慮到微電網的運行特性、分布式資源特點及儲能充放電能力等，微電網應根據負荷特性對其進行分*分類。根據重要性程度和可控性，優(yōu)先確保重要負荷的持續(xù)穩(wěn)定供電，而柔性負荷與可控負荷在用電高峰或緊急情況下，可以適當降低用電功率或短暫中斷供電。

通過對微電網負荷進行分*分類控制，提升需求側資源調節(jié)能力，有效降低系統(tǒng)建設冗余度，增強微電網的運行韌性，也利于更好地參與電力市場。在區(qū)域（省）*場景，作為電力市場交易的基礎聚合商，微電網與虛擬電廠、區(qū)塊鏈等技術的結合，配合電網統(tǒng)一調度，充分發(fā)揮電力電量的調節(jié)作用，增強各市場主體的積*性與競爭力，推動建立源網荷儲靈活*效互動的電力運行與市場交易體系，充分發(fā)揮電力市場對能源清潔低碳轉型的支撐作用，支撐電力系統(tǒng)的綠色轉型和可持續(xù)發(fā)展。

1.3能源交易市場中的創(chuàng)新支持

獨立型微電網能量管理主要目標是在保證微電網生存力的基礎上提高微電網的供電品質，*大限度滿足用戶需求；并網型微電網能量管理的目標是在保證供電可靠性的基礎上與配網靈活交互，高比例消納分布式清潔能源，還需要廣泛參加電力市場交易與綠色能源交易等。

微電網技術立足于新型電力系統(tǒng)局部，其概念與功能進一步明確，實現(xiàn)源網荷儲*效集成聚合，就地改善供電品質，就近實現(xiàn)功率互濟。微電網智能化、數(shù)字化發(fā)展，提升了其自主運行及與配電網靈活交互能力，配微協(xié)同，深度支撐與服務電力系統(tǒng)的運行優(yōu)化；微電網規(guī)模化、集群化發(fā)展，深刻影響并推動配電網形態(tài)改變，配微融合，有效提升電力系統(tǒng)對新能源、電動汽車等分布式資源的承載能力，顯著提升系統(tǒng)自愈能力；配微一體化，*面提高電力系統(tǒng)全域能量管控水平，有力支撐與推動面向分布式資源的現(xiàn)代市場交易機制的創(chuàng)新發(fā)展，助力新型電力系統(tǒng)的構建。

微電網技術將引發(fā)能源電力系統(tǒng)生產要素的深度融合，微電網有利于整合和優(yōu)化利用分布式資源，激發(fā)綠色創(chuàng)新各方面優(yōu)勢，*效參與電力輔助服務、電力市場交易、碳交易等，催生了微電網技術與人工智能、區(qū)塊鏈等新興技術持續(xù)深度融合，向智能化、數(shù)字化方向深度演進，有力促進電力系統(tǒng)向源網荷儲一體化的深度轉型，在更多領域與場景中實現(xiàn)廣泛應用。

2.安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)解決方案

2.1概述

安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)具有完善的儲能監(jiān)控與管理功能，涵蓋了儲能系統(tǒng)設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息，實現(xiàn)了數(shù)據采集、數(shù)據處理、數(shù)據存儲、數(shù)據查詢與分析、可視監(jiān)控、報警管理、統(tǒng)計報表等功能。在高*應用上支持能量調度，具備計劃曲線、削峰填谷、需量控制、備用電源等控制功能。系統(tǒng)對電池組性能進行實時監(jiān)測及歷史數(shù)據分析、根據分析結果采用智

能化的分配策略對電池組進行充放電控制，優(yōu)化了電池性能，提高電池壽命。系統(tǒng)支持Windows操作系統(tǒng)，數(shù)據庫采用SQLServer。本系統(tǒng)既可以用于儲能一體柜，也可以用于儲能集裝箱，是專門用于儲能設備管理的一套軟件系統(tǒng)平臺。

2.2適用場合

系統(tǒng)可應用于城市、高速公路、工業(yè)園區(qū)、工商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、智能建筑、海島、無電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。

2.2.1工商業(yè)儲能四大應用場景

1）工廠與商場：工廠與商場用電習慣明顯，安裝儲能以進行削峰填谷、需量管理，能夠降低用電成本，并充當后備電源應急；

2）光儲充電站：光伏自發(fā)自用、供給電動車充電站能源，儲能平抑大功率充電站對于電網的沖擊；

3）微電網：微電網具備可并網或離網運行的靈活性，以工業(yè)園區(qū)微網、海島微網、偏遠地區(qū)微網為主，儲能起到平衡發(fā)電供應與用電負荷的作用；

4）新型應用場景：工商業(yè)儲能積*探索融合發(fā)展新場景，已出現(xiàn)在數(shù)據*心、5G基站、換電重卡、港口岸電等眾多應用場景。

2.3系統(tǒng)結構

2.4系統(tǒng)功能

2.4.1實時監(jiān)測

微電網能量管理系統(tǒng)人機界面友好，應能夠以系統(tǒng)一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開關等合、分閘狀態(tài)及有關故障、告警等信號。其中，各子系統(tǒng)回路電參量主要有：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、頻率和正向有功電能累計值；狀態(tài)參數(shù)主要有：開關狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

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

系統(tǒng)應可以對儲能系統(tǒng)進行狀態(tài)管理，能夠根據儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)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(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面包括系統(tǒng)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(jié)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(tǒng)信息進行顯示。

圖2系統(tǒng)主界面

子界面主要包括系統(tǒng)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(tǒng)計列表等。

2.4.2光伏界面

圖3光伏系統(tǒng)界面

本界面用來展示對光伏系統(tǒng)信息，主要包括逆變器直流側、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(tǒng)計及分析、并網柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、輻照度/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據進行展示。

2.4.3儲能界面

圖4儲能系統(tǒng)界面

本界面主要用來展示本系統(tǒng)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(tǒng)PCS參數(shù)設置界面

本界面主要用來展示對PCS的參數(shù)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(tǒng)BMS參數(shù)設置界面

本界面用來展示對BMS的參數(shù)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(tǒng)PCS電網側數(shù)據界面

本界面用來展示對PCS電網側數(shù)據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等。

圖8儲能系統(tǒng)PCS交流側數(shù)據界面

本界面用來展示對PCS交流側數(shù)據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、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(tǒng)PCS直流側數(shù)據界面

本界面用來展示對PCS直流側數(shù)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(tǒng)PCS狀態(tài)界面

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

圖11儲能電池狀態(tài)界面

本界面用來展示對BMS狀態(tài)信息，主要包括儲能電池的運行狀態(tài)、系統(tǒng)信息、數(shù)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(shù)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*大、*小電壓、溫度值及所對應的位置。

2.4.4風電界面

圖13風電系統(tǒng)界面

本界面用來展示對風電系統(tǒng)信息，主要包括逆變控制一體機直流側、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(tǒng)計及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、風速/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據進行展示。

2.4.5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(tǒng)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(shù)據等。

2.4.6視頻監(jiān)控界面

圖15微電網視頻監(jiān)控界面

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

2.4..7發(fā)電預測

系統(tǒng)應可以通過歷史發(fā)電數(shù)據、實測數(shù)據、未來天氣預測數(shù)據，對分布式發(fā)電進行短期、超短期發(fā)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(fā)電計劃，便于用戶對該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。

圖16光伏預測界面

2.4.8策略配置

系統(tǒng)應可以根據發(fā)電數(shù)據、儲能系統(tǒng)容量、負荷需求及分時電價信息，進行系統(tǒng)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、有序充電、動態(tài)擴容等。

圖17策略配置界面

2.4.9運行報表

應能查詢各子系統(tǒng)、回路或設備*定時間的運行參數(shù)，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。

圖18運行報表

2.4.10實時報警

應具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠對各子系統(tǒng)中的逆變器、雙向變流器的啟動和關閉等遙信變位，及設備內部的保護動作或事故跳閘時應能發(fā)出告警，應能實時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護事件名稱、保護動作時刻；并應能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關人員。

圖19實時告警

2.4.11歷史事件查詢

應能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電芯溫度（鋰離子電池）、壓力（液流電池）、光照、風速、氣壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

圖20歷史事件查詢

2.4.12電能質量監(jiān)測

應可以對整個微電網系統(tǒng)的電能質量包括穩(wěn)態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進行持續(xù)監(jiān)測，使管理人員實時掌握供電系統(tǒng)電能質量情況，以便及時發(fā)現(xiàn)和消除供電不穩(wěn)定因素。

1）在供電系統(tǒng)主界面上應能實時顯示各電能質量監(jiān)測點的監(jiān)測裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度*分百和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度*分百和正序/負序/零序電流值；

2）諧波分析功能：系統(tǒng)應能實時顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率、A/B/C三相電流總諧波畸變率、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率、偶次諧波電壓總畸變率、偶次諧波電流總畸變率；應能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率、2-63次諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電流含有率；

3）電壓波動與閃變：系統(tǒng)應能顯示A/B/C三相電壓波動值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值；應能提供A/B/C三相電壓波動曲線、短閃變曲線和長閃變曲線；應能顯示電壓偏差與頻率偏差；

4）功率與電能計量：系統(tǒng)應能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應能顯示三相總有功功率、總無功功率、總視在功率和總功率因素；應能提供有功負荷曲線，包括日有功負荷曲線（折線型）和年有功負荷曲線（折線型）；

5）電壓暫態(tài)監(jiān)測：在電能質量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發(fā)生時，系統(tǒng)應能產生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關人員；系統(tǒng)應能查看相應暫態(tài)事件發(fā)生前后的波形。

6）電能質量數(shù)據統(tǒng)計：系統(tǒng)應能顯示1min統(tǒng)計整2h存儲的統(tǒng)計數(shù)據，包括均值、*大值、*小值、95%概率值、方均根值。

7）事件記錄查看功能：事件記錄應包含事件名稱、狀態(tài)（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續(xù)時間、事件發(fā)生的時間。

圖21微電網系統(tǒng)電能質量界面

2.4.13遙控功能

應可以對整個微電網系統(tǒng)范圍內的設備進行遠程遙控操作。系統(tǒng)維護人員可以通過管理系統(tǒng)的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預置、遙控返校、遙控執(zhí)行的操作順序，可以及時執(zhí)行調度系統(tǒng)或站內相應的操作命令。

圖22遙控功能

2.4.14曲線查詢

應可在曲線查詢界面，可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

圖23曲線查詢

2.4.15統(tǒng)計報表

具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。對微電網與外部系統(tǒng)間電能量交換進行統(tǒng)計分析；對系統(tǒng)運行的節(jié)能、收益等分析；具備對微電網供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數(shù)等分析；具備對并網型微電網的并網點進行電能質量分析。

圖24統(tǒng)計報表

2.4.16網絡拓撲圖

系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網絡結構；可在線診斷設備通信狀態(tài)，發(fā)生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

圖25微電網系統(tǒng)拓撲界面

本界面主要展示微電網系統(tǒng)拓撲，包括系統(tǒng)的組成內容、電網連接方式、斷路器、表計等信息。

2.4.17通信管理

可以對整個微電網系統(tǒng)范圍內的設備通信情況進行管理、控制、數(shù)據的實時監(jiān)測。系統(tǒng)維護人員可以通過管理系統(tǒng)的主程序右鍵打開通信管理程序，然后選擇通信控制啟動所有端口或某個端口，快速查看某設備的通信和數(shù)據情況。通信應支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

圖26通信管理

2.4.18用戶權限管理

應具備設置用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控操作，運行參數(shù)修改等）。可以定義不同*別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

圖27用戶權限

2.4.19故障錄波

應可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各相關電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力系統(tǒng)安全運行水平有著重要作用。其中故障錄波共可記錄16條，每條錄波可觸發(fā)6段錄波，每次錄波可記錄故障前8個周波、故障后4個周波波形，總錄波時間共計46s。每個采樣點錄波至少包含12個模擬量、10個開關量波形。

圖28故障錄波

2.4.20事故追憶

可以自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時掃描數(shù)據，包括開關位置、保護動作狀態(tài)、遙測量等，形成事故分析的數(shù)據基礎。

用戶可自定義事故追憶的啟動事件，當每個事件發(fā)生時，存儲事故前*個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關點數(shù)據。啟動事件和監(jiān)視的數(shù)據點可由用戶*定和隨意修改。

圖29事故追憶

3.系統(tǒng)硬件配置清單

4.結語

在全球范圍內，微電網已經在城市工業(yè)園區(qū)、農村偏遠地區(qū)以及災后恢復等場景中得到了廣泛的示范應用。例如，在我國山東長島的智能微電網群試點項目中，儲能技術的合理應用顯著提高了分布式能源的利用率和系統(tǒng)的供電可靠性；而在非洲的偏遠地區(qū)，微電網和儲能技術的結合有效解決了無電地區(qū)的基本用電問題，為當?shù)亟洕l(fā)展提供了重要支持。這些成功案例不僅驗證了微電網和儲能技術的實際效益，也為未來的技術推廣和規(guī)模化應用提供了寶貴經驗。

未來，隨著物聯(lián)網、人工智能和區(qū)塊鏈等前沿技術的引入，儲能技術與微電網的深度融合將進一步推動能源系統(tǒng)的智能化和數(shù)字化轉型。儲能技術的多樣化發(fā)展，例如混合儲能系統(tǒng)和多能互補技術的創(chuàng)新應用，也將為微電網在更復雜的能源環(huán)境中發(fā)揮作用奠定基礎。本文將從微電網的關鍵技術需求出發(fā)，圍繞儲能系統(tǒng)的規(guī)劃設計、運行調度和技術發(fā)展展開深入探討，旨在為微電網技術的持續(xù)優(yōu)化和應用場景的拓展提供理論支持和實踐參考。

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