微电网能量监测管理自动化平台在现代物联网中的应用

安科瑞刘鸿鹏

摘要

本文探讨了微电网能量管理系统在现代储能物联网中的应用。随着能源危机和新能源技术的发展，微电网技术成为利用新能源电力的重要方向。微电网能量管理系统通过实时监控、智能预测、协调控制和经济调度等功能，优化能源使用，提高系统效率和可靠性。本文分析了微电网系统的组成、运行模式和应用场景，并探讨了其在工商业储能、充电站和偏远地区供电中的具体应用。研究表明，微电网能量管理系统在提升能源利用效率、降低用电成本和保障供电可靠性方面具有显著优势。

关键词：微电网；能量管理系统；储能物联网；新能源；协调控制；经济调度

引言

随着全球能源危机和新能源技术的快速发展，微电网技术成为利用新能源电力的重要方向。微电网能量管理系统通过实时监控、智能预测、协调控制和经济调度等功能，优化能源使用，提高系统效率和可靠性。本文旨在探讨微电网能量管理系统在现代储能物联网中的应用，分析其组成、运行模式和应用场景，并探讨其在工商业储能、充电站和偏远地区供电中的具体应用。

一、背景与需求

随着全球能源危机和用能需求的增加，新能源发电技术得到了广泛应用。然而，新能源的能量密度普遍偏低，且受地理位置和天气条件的影响较大，属于间歇式电源。微电网技术的提出，为利用这些新能源电力提供了重要的技术方向。微电网能量管理系统通过实时监控、智能预测、协调控制和经济调度等功能，优化能源使用，提高系统效率和可靠性。

电能紧张和电价上涨是企业面临的主要问题。企业可靠用电需求持续提升，而双碳目标下的能耗管控更加严格。拉闸限电、高温少雨等端天气导致负荷创新高，主电网电力可靠性降低。电力价格市场机制持续完善，代理购电价格上涨，电力峰谷价差扩大，企业用电降本需求持续增强。微电网技术的应用，可以有效缓解这些问题，提高电力系统的可靠性和经济性。

二、微电网系统的组成与运行模式

微电网系统由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置组成，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。根据运行模式，微电网可分为并网型和离网型。并网型微电网既可以与外部电网连接运行，也支持离网独立运行，以并网为主。离网型微电网不与外部电网联网，实现电能自发自用，功率平衡微电网。

微电网系统的组成设备包括光伏发电系统、风力发电系统、储能系统和充电桩系统。光伏发电系统通过光伏阵列将太阳能转换为直流电能，再通过逆变器转换为交流电能。风力发电系统通过风力发电机组将风能转换为交流电能，经过控制器整流成直流电后输出给逆变电源，由逆变电源转换成稳定的交流电。储能系统主要由电池组、储能变流器（PCS）、电池管理系统（BMS）和能量管理系统（EMS）构成，负责电能的存储和释放。

2.2 风电储能

风力发电机组将风能转换为交流电能，风力发电机输出的幅值、频率均不稳定的交流电，经过控制器整流成直流电后输出给逆变电源，由逆变电源转换成幅值、频率均稳定的交流电，经过电度表计量后，直接馈入直流电逆变为 AC380V、50Hz的三相交流电

（1）风力机组部分：捕获风能并将风能转化为交变电能；包括风力发电机组、塔架、地基、线缆等。

（2）并网控制部分： 控制风机系统的安全正常运行，内置整流模块输出直流电能，并对输出电压进行限制，保护后端逆变器；包括并网控制器、泄荷器、线缆等。

（3）逆变部分：将控制器输出的直流电逆变成交流电并将能量馈入电网，带升压变隔离；包括并网逆变器、线缆等。

（4）卸荷部分：实现智能控制风力发电机进行刹车停机，确保风力发电机在异常工况下的安全。

2.3 储能电池组

电化学储能系统主要由电池组、储能变流器（PCS）、电池管理系统（BMS）、能量管理系统（EMS）以及其他电气设备构成。

电池组是储能系统主要的构成部分；

电池管理系统主要负责电池的监测、评估、保护以及均衡等；

储能变流器可以控制储能电池组的充电和放电过程，进行交直流的变换。

能量管理系统负责数据采集、网络监控和能量调度等；

2.4 储能电池阵列

电池管理系统包含储能电池监控和电池管理系统两大部分，每套系统包含电池监测电路(CSC）、从电池管理单元(SBMU)、主电池管理单元(MBMU)、高压线路控制单元、储能柜预充电（并联）线路、高压检测单元、热管理单元、电流检测单元、急停系统、以及电池监控系统（PC）等。

电池模块、电池簇和电池阵列的储能系统宜采用三层架构的电池管理系统

电池管理系统功能：

实时监测电池的电和热相关的数据, 如电池簇总电压、电池单体电压或电芯组电压、电池簇电流、电池模块内部温度；

具有 SOC/SOH 、充放电电能量值的计算功能；

均衡功能；

电气保护功能；

预警功能；

自检功能；

参数整定与修改功能等。

2.5储能集装

储能系统多基于磷酸铁锂电池储能技术，磷酸铁锂电池具备安全可靠、放电深度和充放电倍率高等优势。电池单元采用模块化设计，采用标准20/40英尺集装箱，集装箱内具有空调、温控、消防、照明等保护系统，确保电池系统具有转换效率及运作性能，同时具有安全可靠的保护措施。

三、微电网能量管理系统

Acrel-2000MG微电网能量管理系统能够对微电网的源、网、荷、储能系统、充电负荷进行实时监控、诊断告警、全景分析、有序管理和控制，满足微电网运行监视、安全分析智能化、调整控制瞻化、全景分析动态化的需求，完成不同目标下光储充资源之间的灵活互动与经济优化运行，实现能源效益、经济效益和环境效益大化。

微电网能量管理系统是一套具有发电优化调度、负荷管理、实时监测并自动实现微电网同步等功能的能量管理系统。其主要功能包括实时监测、能耗分析、智能预测、协调控制、经济调度和需求响应。系统特点包括平滑功率输出、提升绿电使用率、削峰填谷、谷电利用、提高经济性、降低充电设备对局部电网的冲击、降低站内配电变压器容量和实现源荷匹配效能。

微电网能量管理系统的核心功能包括实时监测、智能预测、协调控制和经济调度。实时监测功能可以对微电网的源、网、荷、储能系统、充电负荷进行实时监控和诊断告警。智能预测功能通过高精度数值气象预报和多维度同构异质BP、LSTM神经网络光功率预测方法，实现短期和超短期光伏功率预测。协调控制功能通过监视控制、功率分配、并离网切换、逆变器控制和功率跟踪，实现系统的稳定运行。经济调度功能通过需量控制、削峰填谷、备用电源和平抑波动等策略，保障用户的经济性与安全性。

3.1 控制逻辑

3.2 核心功能

多种协议

支持多种规约协议，包括：Modbus TCP/RTU、DL/T645-07/97、IEC60870-5-101/103/104、MQTT、CDT、第三方协议定制等。

多种通讯方式

支持多种通信方式：串口、网口、WIFI、4G。

通信管理

提供通信通道配置、通信参数设定、通信运行监视和管理等。提供规约调试的工具，可监视收发原码、报文解析、通道状态等。

智能策略

系统支持自定义控制策略，如削峰填谷、需量控制、动态扩容、后备电源、平抑波动、有序充电、逆功率保护等策略，保障用户的经济性与安全性。

全量监控

覆盖传统EMS盲区，可接入多种协议和不同厂家设备实现统一监制，实现环境、安防、消防、视频监控、电能质量、计量、继电保护等多系统和设备的全量接入

四、系统界面

微电网能量管理系统包括系统主界面，包含微电网光伏、风电、储能、充电桩及总体负荷情况，体现系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电桩信息、告警信息、收益、环境等。

光伏储能监控

五、微电网能量管理系统的应用

​微电网能量管理系统在现代储能物联网中的应用广泛，涵盖了工商业储能、充电站和偏远地区供电等多个域。在工商业储能中，微电网能量管理系统通过削峰填谷、谷电利用等策略，降低企业的用电成本，提高能源利用效率。例如，在商业楼宇和数据中心，通过在楼宇地下室或停车位部署储能系统，可以有效降低容量电费和峰谷差，节约用电成本。在工厂和产业园，利用闲置土地资源部署储能系统，通过负荷预测等控制算法，自动调整充放电策略，进一步节约电费。

在充电站应用中，微电网能量管理系统通过在充电桩之间部署储能系统，代替变压器扩容，满足瞬时的大功率充电需求。这不仅降低了充电设备对局部电网的冲击，还提高了充电站的运行效率和可靠性。例如，在电动汽车充电站，通过实时监测充电系统的电压、电流、功率及各充电桩运行状态，系统可以根据用电负荷柔性调节充电功率，确保充电过程的安全。

在偏远地区供电中，微电网能量管理系统通过离网型微电网技术，解决偏远地区的用电问题，提高供电可靠性。例如，在孤岛和边远地区，通过部署离网型微电网系统，可以实现电能的自发自用，保障关键负荷的供电，防范电网故障状态，提高配电网对新能源的消纳能力。这不仅提高了新能源的利用率，还降低了用能成本，提升了用能稳定性。

结论

​微电网能量管理系统在现代储能物联网中的应用具有重要的现实意义和广阔的发展景。通过实时监控、智能预测、协调控制和经济调度等功能，微电网能量管理系统能够优化能源使用，提高系统效率和可靠性，降低用电成本，保障供电可靠性。未来，随着技术的不断更新和政策的持续支持，微电网能量管理系统将在更多域得到广泛应用，为实现能源的可持续发展和碳中和目标做出重要贡献。

审核编辑 黄宇