摘要：实施“双碳”策略导致新能源的规模大幅度提升，对电力行业产生了深远的效应，充分利用电网中的各种可再生能源，已公认是应对能源需求和环境保护问题的策略之一。微电网中的光伏和风能发电系统展现出周期性和不稳定的特性，其产生的电力输出并不总是与本地负载需求相匹配，这为确保能源的有效利用带来了挑战。因此，基于智慧储能系统优化微电网能量以实现电力供应与负载需求之间的动态平衡。

关键词：智慧储能系统；微电网；能量管理

0引言

在可再生能源，如风能和太阳能的迅速发展中，将分布式电力通过智能微电网整合到智能电网中，已成为构建低碳智慧储能系统的主要策略。微电网能量管理的核心在于其智能化特性，使得传统的电力行业能够利用数字信息技术，将能源的科研、转换、传输、存储、分配等环节，与目标用户的多元化电力需求相结合，并通过智慧储能系统，实现准确供电、按需供电、协同供电以及互补供电的目标。通过准确的智慧储能系统，对多元化的电力供应进行合理的调度，以避免分散电力资源的无效消耗这对于建设环保节能的社会具有显著的促进作用，它已成为智能电力系统的核心要素。微电网的主旨在于提升分散电力资源的灵活性和效率，有效应对各种类型和数量的分散电力资源的接入挑战，既能协同运作于配电系统，也能独立运行。

1基于智慧储能系统的微电网能量管理结构

1.1集中式控制结构

在全局监管的架构中，微电网能量控制系统扮演着重要角色，显著增强了微电网的经济效能，同时也有助于优化智慧储能系统运行效率。集中式控制结构的核心调控装置接收各控制设备的反馈，同步地，集中式控制结构也发出控制指令以覆盖整个微电网。局部控制器则承担着接收和校正直流微电网电压的任务（或对交流微电网的电压和频率进行调整），并确保通过配电馈线的功率流得到优化。在并行运行模式中，控制器会遵照中央控制器的数据处理能力提出了更大的挑战，这在一定程度上限制了其扩展的潜力。

1.2分布式控制结构

在分布式控制策略中，关键目标是有效地产生电力，以适应负载的需求，并具备存储和释放超出常规供应的电力的能力。在这种控制架构中，控制器对通信控制的影响力相对有限，而基层的局部控制器和微源控制器对于确保微电网稳定运行发挥着至关重要的作用。各个微源控制器正在参与激烈的市场竞争，其价格动态由当前的市场估值所决定，这样的机制便于对其运行和维护进行有效管理，以确保提供必要的电力，同时较大限度地将其并入电力系统，以优化其生产效率，这种微源控制器与负载的独立性问题，可以通过应用智能技术来解决。当微源和微负载各自拥有独立的控制者并服务于不同的目标，且每个控制单元都具备一定的智能特性时，这种控制架构展现出优越性能。通过采用分布式控制策略，能够有效缓解控制器的计算负担，每个独立的控制器仅需管理更小的子系统，从而降低了整个系统的复杂性。此外，分散控制方法赋予了分布式电源高度的灵活性。各个独立的控制器能够对局部变化进行迅速响应，并且具备适应多种环境和运行状态的能力。更重要的是，即使控制器出现故障，分散控制的设计使得每个单独的控制器仍能维持独立运作，从而保证整个系统的稳定性，这种冗余功能的实现可以有效防止单一故障点造成整个系统功能的丧失。

2基于智慧储能系统的微电网能量管理系统

2.1系统设计

目前广泛应用的能源控制系统策略为分层控制技术，此策略对能源子网的运行管理产生深远影响。该方法有效地促进微源控制器与负荷控制器之间的集成与协作，以确保能源子网的稳定性、安全性，并提升其经济运行效率。微电网控制系统的主要职责可概括为数据传输、系统操作和人员交互三个方面。其中，用户能够直接参与的人员交互是系统的核心部分，被精细地划分为观察、操作和分析三大模块。具体内容如下：一，主要的监测阶段涉及了持续的观察，并采用了多级的分析模型，其中包括：全局数据层面（如下网电力、上网电量等）、集能器电气模拟层（如遥测、遥信）以及三方系统模型层（如光伏系统等）。二，系统控制主要表现为Auto与Manual两种不同的运营模式。在Auto模式下，依赖于自动化发电和管理策略；相反，Manual模式允许用户根据系统运行状况进行实时干预，包括远程操作、监控、权限控制以及安全审核等多元功能。所有操作均在确保安全性的前提下执行。为确保控制阶段的稳健性，需建立完善的控制策略专家库，以遵循特定设备操作规程。基础数据的监控和分析，该系统采取单一方法处理，而控制阶段则采取双重处理方式。能源子网具备自动和手动两种运行模式，而能源LAN则采取手动操作。然而无论采用何种模式，所有灵活配电能源管理系统都要遵循控制策略库的指导，并在安全审查体系的监管下运行。三，通过对系统历史数据的深入分析和整合，微电网的能源管理可以借助其发挥辅助决策的功能。

2.2数据采集与处理及通讯

2.2.1数据采集

在能源网络架构中，各个能源子网搜集的数据会进行整合。在能源子网的监控系统中，主要关注的参数包括来自直流领域的太阳能发电装置、直流微电站、充电设施、直流断路器以及直流负载设备的遥测和遥信信息。同时也涵盖了交流领域的外部供电设备、交流断路器、交流负载设备的数据，以及用于交流和直流转换的电力储能设备的远程监测参数。具体如下：一，遥感技术在光伏系统中广泛应用于监测电压、电流、功率因子、有效功率以及无效功率等多个方面；而远程信息处理则包括了对系统正常运行状态的监控以及可能存在的异常情况的识别。二，遥信量在交流和直流断路器的运行控制中包含了启动、关闭的操作状态，以及可能出现的异常状况。三，遥测技术包含了对交流和直流负荷的监测，涉及电压、电流、有功功率、无功功率等多个方面。四，远程电力集成器的监测范围包括交流和直流电源的电压及电流指标；同时也涵盖了一系列设备运行状态和潜在故障的详细信息。

2.2.2数据处理

一，远程数据采集与分析构成了电力系统运行的即时数字化映射，覆盖了各类逆变器、传输器、变频器、线路及主变压器的实时有效与无效负荷、电流、电压读数、主变压器的油温数据，以及整个系统的周期性波动等信息。二，对遥信数据的采集与处理，映射电厂的运行状态，主要包括：各开关的开闭位置、各刀闸的切换状态、发电机的启停状况、升压站开关的运行数据，以及主要变频器连接的状态、防止误操作的固定点监控、各通道操作状态，以及虚拟遥信的分析等。

2.2.3数据通讯

所研发的软件应兼容Modbus、104、103、101等标准通信协议；其应能依据预设的点号规范，有效地存储获取的数据以供即时访问；此外，该软件应集成数据转发功能，并支持配置为数据接收端进行数据传输操作。此软件需具备跨平台运行的特性，能顺利部署在通信管理系统或常规服务器上。

2.3优化策略

电力集能器的能量源为电力，同时配置了VSG以实现对负载的准确调控。在遭遇异常状况或特殊环境时，其能源管理系统会运用相应的控制策略，以保证系统的整体稳定性。该系统提供了Auto模式和Manual手动模式两种操作选择，依据从底层设备实时获取的数据，将选择优化的管理策略以维持系统的动态平衡。依据实际项目操作状况，运用推理技术辨识各种操作模式，进而制定相应的控制策略，构建一个控制策略模型库，并将其无缝集成到能源子网管理系统中。为确保能源管理系统的稳定性，实时数据采集与评价，同时须遵循操作专家的既定策略，并通过有效的通讯与监督保证系统运行的正常性。在策略执行过程中，借助流程手册和强制性审查，以确保所有策略的安全性与一致性。

2.3.1能量调度策略

主要的能源调度策略涉及准确地整合储能设备和交流供电系统，以维护系统的整体稳定性，同时有效利用太阳能，以实现优化的经济效益。该系统还具备即时解析操作数据的能力，能准确识别当前运行模式，随后自动选取并执行相应的操作策略。能量调度策略涉及稳定运行、问题解决及独立操作模型。两台电力集成系统依赖两个单独的电网进行常规运行，且其负荷供应基于这些电网。此外，光伏系统通过优化的协同控制策略被整合用于负荷管理。在日常操作中，无论是交流电网、光伏系统还是直流微网，都可能出现故障。一旦发生此类情况，要立即进行响应和故障排除，以保证对重要和敏感负荷的不间断电力供应。

2.3.2孤岛保护策略

在供电系统处于独立运行模式时，应停用能源调度子程序，启动电池的放电功能。在无外部电源供应的条件下，确保电池充电水平达到50%后，需切换至电池的备用模式，并执行相应的能源配置策略。换言之，一旦电力采集设备出现故障，无法向重要负荷供电，系统会自动断开与交流主网的连接，转由直流微网承担负荷的供电任务。此外，这些负载会与直流微网形成一个独立运行的闭环系统，即孤岛模式。孤岛运行确保直流微网能够持续稳定地向负载供电，同时也代表了系统内设备的离网运行状态。

2.3.3并网模式控制策略

在电网互联的环境中，微电网的电流水平和频率会受到主电网的影响。储能系统的主要任务是确保能量的稳定，以维持微电网的动态能量平衡，并有效利用可再生能源。在此过程中，可再生能源如风能、太阳能电池板等，会受到PQ（即恒定功率控制）的控制，以实现对微电源功率的准确跟踪。当负荷低于微电网可再生能源平均输出时，多余的能量将被转移到储能电池中，以保持其充足的电量储备。另外，当微电网的可再生能源发电能力不足以满足负荷需求时，储能变压器可以被调控以释放储能电池的储备电力。在这种情况下，电池将向电力系统提供额外的电力，同时允许微电网系统接受部分能量。关键的考虑因素是，储能系统的功率调整应具备快速响应的能力，以有效压制来自风能、太阳能等可再生能源的输出功率波动，从而确保电力供应的稳定性，取决于调度控制系统对储能逆变器的准确管理和储能转换器的双重调控功能。

2.3.4离网模式微电网控制策略

在并行运作的电力系统中，电力供应的稳定性和频率的稳定性主要取决于每个独立的微电源、储能设备以及微电网的运行状态。为了电力系统的稳定性，并优化能源的存储和分配策略，需要对微电源的传输电压进行准确调控，确保每个微电源接口的电压保持恒定，以此提升电力使用的效率和效果。

3Acrel-2000MG微电网能量管理系统概述

3.1概述

Acrel-2000MG微电网能量管理系统，是我司根据新型电力系统下微电网监控系统与微电网能量管理系统的要求，总结国内外的研究和生产的经验，专门研制出的企业微电网能量管理系统。本系统满足光伏系统、风力发电、储能系统以及充电桩的接入，进行数据采集分析，直接监视光伏、风能、储能系统、充电桩运行状态及健康状况，是一个集监控系统、能量管理为一体的管理系统。该系统在安全稳定的基础上以经济优化运行为目标，提升可再生能源应用，提高电网运行稳定性、补偿负荷波动；有效实现用户侧的需求管理、消除昼夜峰谷差、平滑负荷，提高电力设备运行效率、降低供电成本。为企业微电网能量管理提供安全、可靠、经济运行提供了全新的解决方案。

微电网能量管理系统应采用分层分布式结构，整个能量管理系统在物理上分为三个层：设备层、网络通信层和站控层。站级通信网络采用标准以太网及TCP/IP通信协议，物理媒介可以为光纤、网线、屏蔽双绞线等。系统支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

3.2技术标准

本方案遵循的标准有：

本技术规范书提供的设备应满足以下规定、法规和行业标准：

GB/T26802.1-2011工业控制计算机系统通用规范的1部分：通用要求

GB/T26806.2-2011工业控制计算机系统工业控制计算机基本平台2部分：性能评定方法

GB/T26802.5-2011工业控制计算机系统通用规范5部分：场地安全要求

GB/T26802.6-2011工业控制计算机系统通用规范6部分：验收大纲

GB/T2887-2011计算机场地通用规范

GB/T20270-2006信息安全技术网络基础安全技术要求

GB50174-2018电子信息系统机房设计规范

DL/T634.5101远动设备及系统5-101部分:传输规约基本远动任务配套标准

DL/T634.5104远动设备及系统5-104部分:传输规约采用标准传输协议子集的IEC60870-5-网络访问101

GB/T33589-2017微电网接入电力系统技术规定

GB/T36274-2018微电网能量管理系统技术规范

GB/T51341-2018微电网工程设计标准

GB/T36270-2018微电网监控系统技术规范

DL/T1864-2018型微电网监控系统技术规范

T/CEC182-2018微电网并网调度运行规范

T/CEC150-2018低压微电网并网一体化装置技术规范

T/CEC151-2018并网型交直流混合微电网运行与控制技术规范

T/CEC152-2018并网型微电网需求响应技术要求

T/CEC153-2018并网型微电网负荷管理技术导则

T/CEC182-2018微电网并网调度运行规范

T/CEC5005-2018微电网工程设计规范

NB/T10148-2019微电网的1部分：微电网规划设计导则

NB/T10149-2019微电网2部分：微电网运行导则

3.3适用场合

系统可应用于城市、高速公路、工业园区、工商业区、居民区、智能建筑、海岛、无电地区可再生能源系统监控和能量管理需求。

3.4型号说明

5系统功能

5.1实时监测

微电网能量管理系统人机界面友好，应能够以系统一次电气图的形式直观显示各电气回路的运行状态，实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息，动态监视各回路断路器、隔离开关等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。其中，各子系统回路电参量主要有：三相电流、三相电压、总有功功率、总无功功率、总功率因数、频率和正向有功电能累计值；状态参数主要有：开关状态、断路器故障脱扣告警等。

系统应可以对分布式电源、储能系统进行发电管理，使管理人员实时掌握发电单元的出力信息、收益信息、储能荷电状态及发电单元与储能单元运行功率设置等。

系统应可以对储能系统进行状态管理，能够根据储能系统的荷电状态进行及时告警，并支持定期的电池维护。

微电网能量管理系统的监控系统界面包括系统主界面，包含微电网光伏、风电、储能、充电桩及总体负荷组成情况，包括收益信息、天气信息、节能减排信息、功率信息、电量信息、电压电流情况等。根据不同的需求，也可将充电，储能及光伏系统信息进行显示。

图2系统主界面

子界面主要包括系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电桩信息、通讯状况及一些统计列表等。

5.1.1光伏界面

图3光伏系统界面

本界面用来展示对光伏系统信息，主要包括逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、并网柜电力监测及发电量统计、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、辐照度/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。

5.1.2储能界面

图4储能系统界面

本界面主要用来展示本系统的储能装机容量、储能当前充放电量、收益、SOC变化曲线以及电量变化曲线。

图5储能系统PCS参数设置界面

本界面主要用来展示对PCS的参数进行设置，包括开关机、运行模式、功率设定以及电压、电流的限值。

图6储能系统BMS参数设置界面

本界面用来展示对BMS的参数进行设置，主要包括电芯电压、温度保护限值、电池组电压、电流、温度限值等。

图7储能系统PCS电网侧数据界面

本界面用来展示对PCS电网侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数等。

图8储能系统PCS交流侧数据界面

本界面用来展示对PCS交流侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数、温度值等。同时针对交流侧的异常信息进行告警。

图9储能系统PCS直流侧数据界面

本界面用来展示对PCS直流侧数据，主要包括电压、电流、功率、电量等。同时针对直流侧的异常信息进行告警。

图10储能系统PCS状态界面

本界面用来展示对PCS状态信息，主要包括通讯状态、运行状态、STS运行状态及STS故障告警等。

图11储能电池状态界面

本界面用来展示对BMS状态信息，主要包括储能电池的运行状态、系统信息、数据信息以及告警信息等，同时展示当前储能电池的SOC信息。

图12储能电池簇运行数据界面

本界面用来展示对电池簇信息，主要包括储能各模组的电芯电压与温度，并展示当前电芯的大、小电压、温度值及所对应的位置。

5.1.3风电界面

图13风电系统界面

本界面用来展示对风电系统信息，主要包括逆变控制一体机直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、风速/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。

5.1.4充电桩界面

图14充电桩界面

本界面用来展示对充电桩系统信息，主要包括充电桩用电总功率、交直流充电桩的功率、电量、电量费用，变化曲线、各个充电桩的运行数据等。

5.1.5视频监控界面

图15微电网视频监控界面

本界面主要展示系统所接入的视频画面，且通过不同的配置，实现预览、回放、管理与控制等。

5.2发电预测

系统应可以通过历史发电数据、实测数据、未来天气预测数据，对分布式发电进行短期、超短期发电功率预测，并展示合格率及误差分析。根据功率预测可进行人工输入或者自动生成发电计划，便于用户对该系统新能源发电的集中管控。

图16光伏预测界面

5.3策略配置

系统应可以根据发电数据、储能系统容量、负荷需求及分时电价信息，进行系统运行模式的设置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期计划、需量控制、有序充电、动态扩容等。

图17策略配置界面

5.4运行报表

应能查询各子系统、回路或设备规定时间的运行参数，报表中显示电参量信息应包括：各相电流、三相电压、总功率因数、总有功功率、总无功功率、正向有功电能等。

图18运行报表

5.5实时报警

应具有实时报警功能，系统能够对各子系统中的逆变器、双向变流器的启动和关闭等遥信变位，及设备内部的保护动作或事故跳闸时应能发出告警，应能实时显示告警事件或跳闸事件，包括保护事件名称、保护动作时刻；并应能以弹窗、声音、短信和电话等形式通知相关人员。

图19实时告警

5.6历史事件查询

应能够对遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数、电芯温度（锂离子电池）、压力（液流电池）、光照、风速、气压越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。

图20历史事件查询

5.7电能质量监测

应可以对整个微电网系统的电能质量包括稳态状态和暂态状态进行持续监测，使管理人员实时掌握供电系统电能质量情况，以便及时发现和消除供电不稳定因素。

1）在供电系统主界面上应能实时显示各电能质量监测点的监测装置通信状态、各监测点的A/B/C相电压总畸变率、三相电压不平衡度和正序/负序/零序电压值、三相电流不平衡度和正序/负序/零序电流值；

2）谐波分析功能：系统应能实时显示A/B/C三相电压总谐波畸变率、A/B/C三相电流总谐波畸变率、奇次谐波电压总畸变率、奇次谐波电流总畸变率、偶次谐波电压总畸变率、偶次谐波电流总畸变率；应能以柱状图展示2-63次谐波电压含有率、2-63次谐波电压含有率、0.5～63.5次间谐波电压含有率、0.5～63.5次间谐波电流含有率；

3）电压波动与闪变：系统应能显示A/B/C三相电压波动值、A/B/C三相电压短闪变值、A/B/C三相电压长闪变值；应能提供A/B/C三相电压波动曲线、短闪变曲线和长闪变曲线；应能显示电压偏差与频率偏差；

4）功率与电能计量：系统应能显示A/B/C三相有功功率、无功功率和视在功率；应能显示三相总有功功率、总无功功率、总视在功率和总功率因素；应能提供有功负荷曲线，包括日有功负荷曲线（折线型）和年有功负荷曲线（折线型）；

5）电压暂态监测：在电能质量暂态事件如电压暂升、电压暂降、短时中断发生时，系统应能产生告警，事件能以弹窗、闪烁、声音、短信、电话等形式通知相关人员；系统应能查看相应暂态事件发生前后的波形。

6）电能质量数据统计：系统应能显示1min统计整2h存储的统计数据，包括均值、95%概率值、方均根值。

7）事件记录查看功能：事件记录应包含事件名称、状态（动作或返回）、波形号、越限值、故障持续时间、事件发生的时间。

图21微电网系统电能质量界面

5.8遥控功能

应可以对整个微电网系统范围内的设备进行远程遥控操作。系统维护人员可以通过管理系统的主界面完成遥控操作，并遵循遥控预置、遥控返校、遥控执行的操作顺序，可以及时执行调度系统或站内相应的操作命令。

图22遥控功能

5.9曲线查询

应可在曲线查询界面，可以直接查看各电参量曲线，包括三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、SOC、SOH、充放电量变化等曲线。

图23曲线查询

5.10统计报表

具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。对微电网与外部系统间电能量交换进行统计分析；对系统运行的节能、收益等分析；具备对微电网供电可靠性分析，包括年停电时间、年停电次数等分析；具备对并网型微电网的并网点进行电能质量分析。

图24统计报表

5.11网络拓扑图

系统支持实时监视接入系统的各设备的通信状态，能够完整的显示整个系统网络结构；可在线诊断设备通信状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。

图25微电网系统拓扑界面

本界面主要展示微电网系统拓扑，包括系统的组成内容、电网连接方式、断路器、表计等信息。

5.12通信管理

可以对整个微电网系统范围内的设备通信情况进行管理、控制、数据的实时监测。系统维护人员可以通过管理系统的主程序右键打开通信管理程序，然后选择通信控制启动所有端口或某个端口，快速查看某设备的通信和数据情况。通信应支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

图26通信管理

5.13用户权限管理

应具备设置用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控操作，运行参数修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

图27用户权限

5.14故障录波

应可以在系统发生故障时，自动准确地记录故障前、后过程的各相关电气量的变化情况，通过对这些电气量的分析、比较，对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行水平有着重要作用。其中故障录波共可记录16条，每条录波可触发6段录波，每次录波可记录故障前8个周波、故障后4个周波波形，总录波时间共计46s。每个采样点录波至少包含12个模拟量、10个开关量波形。

图28故障录波

5.15事故追忆

可以自动记录事故时刻前后一段时间的所有实时扫描数据，包括开关位置、保护动作状态、遥测量等，形成事故分析的数据基础。

用户可自定义事故追忆的启动事件，当每个事件发生时，存储事故前10个扫描周期及事故后10个扫描周期的有关点数据。启动事件和监视的数据点可由用户规定和随意修改。

图29事故追忆

6硬件及其配套产品

7结束语

总而言之，基于智慧储能系统的微电网能量控制系统，补偿了传统集中式管理的不足，从而保证了微电网能量系统的稳定运行和有效管理，优化策略促进了系统内分布式资源的协同效率，通过准确的能量管控，实现了对系统功率的准确调节，不仅提高微电网的运营性能，也为系统结构的进一步优化和调度评价提供了有价值的参考。