儲能技術在新型電力微電網系統中的應用

摘要：隨著“雙碳"戰略的推進，分布式能源和新型負荷的大規模接入對電力系統提出了新的挑戰。微電網作為源網荷儲一體化的新技術形態，以其靈活、*效、智能的特點成為新型電力系統的重要支撐。本文聚焦儲能技術在微電網中的作用，探討其在規劃設計、能量管理、運行控制等方面的應用與優化，并展望儲能與微電網的未來發展路徑。

關鍵詞：電力系統；儲能技術；新能源

0.引言

2024年2月，在中共**能源局印發的《推進并網型微電網建設試行辦法》中指出，微電網具有微型、清潔、自治、友好的特征，能夠推動清潔低碳、安全*效的現代能源體系建設。

1.微電網關鍵技術中的儲能應用

1.1規劃與設計階段的儲能配置優化

微電網的規劃設計是微電網系統構建的重要基礎階段。微電網規劃設計的科學性與合理性，是充分發揮微網技術優勢、實現規模化分布式新能源就地消納、保證持續穩定供電、促進配微友好互動的關鍵前提。微電網規劃設計主要涉及負荷預測技術、系統設計以及多目標優化技術等方面。微電網負荷預測包括電量需求和電力需求預測，由于規模較小，涵蓋的區域與用戶負荷有限，微電網負荷預測要更精細化，需要對微電網所在區域經濟、社會發展以及用電習慣進行更為*準的判斷，并考慮預期的負荷增長率，用于指導微電網的資源規劃、容量擴展、網架結構設計等工作。

微電網負荷預測目前主要借鑒大電網負荷預測方法，如概率建模法、神經網絡法、蒙特卡羅模擬法等，但均需要結合微電網自身特點進一步分析。對獨立型微電網，應考慮微電網供電后負荷的非線性增長以及擴容等問題，確保獨立型微電網能長期穩定運行；并網型微電網要考慮所接入配電網的運行狀態及未來電網的擴展問題，*點關注提升分布式電源的消納水平與供電品質。

1.2能量管理系統（EMS）中的儲能調度

能量匯集與分配系統是微電網的“骨架"，負責匯集和傳輸不同來源的分布式電能，并將其分配到負載端，該部分主要包括變壓器、母線、并網開關等。變壓器、母線是電能匯集與分配的主要通道；并網開關能夠實現靈活的并離網模式切換。控制與保護系統一般由就地控制器與**控制器。

**控制器*面監控和管理微電網，支撐微電網*效穩定運行。

目前，微電網組網系統中部分關鍵設備尚有欠缺，組網裝置與電網靈活互動存在一定缺陷，現有變流裝置在過載能力、耐受能力和主動支撐能力方面存在不足；控制與保護裝備存在功能不完善、體積大、成本高等問題；通信標準不統一，不同廠商生產的設備間互操作困難，上述問題說明微電網的組網系統還有很大優化空間。

1.3微電網技術演進與發展

微電網是支撐電力系統構建的重要技術形態，是大電網的有益補充。當前微電網處于示范應用到逐步推廣的階段，技術需求與技術發展相互促進，工程數量和規模不斷增長。在新型電力系統和能源互聯網發展的推動下，微電網技術不斷融合**技術，創新發展新的技術模式，在組網形式上，微電網結合光儲直柔等技術，正從以交流為主向直流、交直流混合微電網形態轉變；在功能集成上，微電網結合新型功率器件，正向集約化發展；在能源組成上，微電網正逐步融合多種能源形式，向多能耦合形態轉變；在接入形式上，微電網結合集群調控等技術，從單一微電網向微電網集群形態轉變；此外，微電網結合虛擬電廠、區塊鏈等技術，推進電力系統向源網荷儲一體化形態迅速演進。

構建交直流混合微電網網架時，根據供電可靠性、經濟性以及供電制式的不同要求，選擇合適的網架結構。交直流混合微電網能夠減少交直流轉換次數及能量損耗，提升整體效能，降低變換器的購置、運維成本。交直流子網之間一般既可以獨立運行，也可以通過互聯接口的協調控制實現功率雙向流動，提高供電可靠性。未來交直流混合微電網的研究將主要集中在網架拓撲的優化、多端口互聯變流器的設計、變流器的動態響應特性等方面，以期優化能量流動路徑，實現功率在交直流子網之間的合理分配，進一步提升混合系統的魯棒性與可靠性。依托863計劃，國內*個商業化運營的交直流混合微電網項目—“浙江上虞交直流混合微網示范工程"已投入使用，該項目發揮了交流和直流微電網聯合運行優勢，具備多種運行模式靈活切換，實現了交直流混合微電網裝備制造領域的突破。

隨著供能對集約化與小型化需求的日益增加，以及電力電子技術特別是碳化硅等新型高功率半導體器件的快速發展，為微電網進一步電力電子化的發展奠定了基礎。固態微電網，是一種利用新型功率器件進行系統集成，實現能量接入、轉換、分配、控制和管理的一體化微電網系統。固態微電網使用高開關頻率與低能量損耗的固態電子器件進行能量轉換與系統集成，*大提升了轉換效率；能夠實現毫秒*的開關與控制，快速響應電源與負荷波動，保障系統的穩定性；模塊化設計和多樣化接口提供了*大的靈活性與可擴展性，能夠*效集成不同類型的能源與負荷。固態微電網實現對功率半導體器件的高密度集成，減少了常規開關的使用，*大程度減少了傳輸與配電環節，降低了故障風險，提升了系統的可靠性與使用壽命。目前，固態微電網尚處于研發與探索階段，但其在提高能源利用效率、增強可靠性、支持源網荷儲深層次一體化發展等方面具有顯著優勢，是未來微電網發展的重要形式。

2.安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統解決方案

2.1概述

安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統具有完善的儲能監控與管理功能，涵蓋了儲能系統設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息，實現了數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢與分析、可視監控、報警管理、統計報表等功能。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。系統對電池組性能進行實時監測及歷史數據分析、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，優化了電池性能，提高電池壽命。系統支持Windows操作系統，數據庫采用SQLServer。本系統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平臺。

2.2適用場合

系統可應用于城市、高速公路、工業園區、工商業區、居民區、智能建筑、海島、無電地區可再生能源系統監控和能量管理需求。

2.2.1工商業儲能四大應用場景

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，以工業園區微網、海島微網、偏遠地區微網為主，儲能起到平衡發電供應與用電負荷的作用；

4）新型應用場景：工商業儲能積*探索融合發展新場景，已出現在數據*心、5G基站、換電重卡、港口岸電等眾多應用場景。

2.3系統結構

2.4系統功能

2.4.1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：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數、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。

系統應可以對分布式電源、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。

系統應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。

2.4.2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。

2.4.3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*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。

2.4.5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。

2.4.6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。

2.4.7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

2.4.8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、有序充電、動態擴容等。

圖17策略配置界面

2.4.9運行報表

應能查詢各子系統、回路或設備*定時間的運行參數，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、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，系統能夠對各子系統中的逆變器、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、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，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

圖20歷史事件查詢

2.4.12電能質量監測

應可以對整個微電網系統的電能質量包括穩態狀態和暫態狀態進行持續監測，使管理人員實時掌握供電系統電能質量情況，以便及時發現和消除供電不穩定因素。

1）在供電系統主界面上應能實時顯示各電能質量監測點的監測裝置通信狀態、各監測點的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）電壓暫態監測：在電能質量暫態事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發生時，系統應能產生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關人員；系統應能查看相應暫態事件發生前后的波形。

6）電能質量數據統計：系統應能顯示1min統計整2h存儲的統計數據，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（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續時間、事件發生的時間。

圖21微電網系統電能質量界面

2.4.13遙控功能

應可以對整個微電網系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。系統維護人員可以通過管理系統的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預置、遙控返校、遙控執行的操作順序，可以及時執行調度系統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、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

圖23曲線查詢

2.4.15統計報表

具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節點的用電情況，即該節點進線用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。對微電網與外部系統間電能量交換進行統計分析；對系統運行的節能、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統計報表

2.4.16網絡拓撲圖

系統支持實時監視接入系統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通信狀態，發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微電網系統拓撲界面

本界面主要展示微電網系統拓撲，包括系統的組成內容、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范圍內的設備通信情況進行管理、控制、數據的實時監測。系統維護人員可以通過管理系統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

應可以在系統發生故障時，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據，包括開關位置、保護動作狀態、遙測量等，形成事故分析的數據基礎。

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

圖29事故追憶

3.系統硬件配置清單

4.結語

綜上所述，儲能系統在微電網的規劃設計，其合理應用能夠大幅提升微電網的運行效率與穩定性。未來，隨著人工智能、大數據和**儲能材料的融合發展，儲能技術將進一步推動微電網在新型電力系統中的廣泛應用，為能源低碳化轉型提供重要支持。

參考文獻

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