光-储-充协同的光伏直流微电网拓扑优化与能量路由策略

易允恒 安科瑞电气股份有限公司

摘要

微电网作为新型电力系统的重要组成部分，其技术集成与协同优化能力直接影响能源转型效率。本文以安科瑞EMS3.0微电网智慧能源平台为研究对象，针对江苏省常州市高比例可再生能源渗透场景，提出“云-边-端协同架构+多目标动态优化算法”的解决方案。通过实证分析工业园区与城市交通微电网案例，验证平台在能效提升（综合成本降低28%）、碳排管理（年减碳12万吨）及碳资产金融化（质押融资1.2亿元）等方面的技术优势，为绿色低碳产业链构建提供理论支撑与实践范式。

关键词：微电网；源网荷储一体化；动态优化算法；碳资产金融化；安科瑞EMS3.0

1. 引言

1.1 研究背景

全球能源转型背景下，微电网因其灵活性与低碳性成为新型电力系统的核心单元。江苏省作为中国能源消费大省（2022年能源消费总量占全国6.8%），提出2025年可再生能源装机占比超40%的目标（《江苏省“十四五”能源发展规划》），亟需解决高比例可再生能源并网带来的波动性与经济性矛盾。常州市凭借光伏、储能产业集聚优势（2023年产值突破2000亿元），成为江苏省微电网技术试点与产业链协同的先行区。

1.2 研究现状与问题

现有研究多聚焦于微电网局部优化（如光伏预测、储能调度），但缺乏系统性技术集成与产业链协同视角。主要问题包括：

数据异构性：多源设备协议差异导致协同控制困难（Zhou et al., 2022）；

动态响应不足：传统EMS依赖固定策略，难以适应实时电价与负荷变化（Li et al., 2021）；

碳资产价值缺失：企业碳排数据颗粒度粗，无法对接碳交易市场（IPCC, 2023）。

1.3 研究贡献

本文提出安科瑞EMS3.0平台的技术架构与算法模型，并通过常州市实证验证其三大创新：

多协议兼容的边缘控制器设计；

基于强化学习的多目标动态优化算法；

碳排核算与金融化服务集成。

2. 技术架构与核心算法

2.1 系统架构设计

EMS3.0采用“云-边-端”三级架构（图1）：

终端层：兼容Modbus、IEC 61850等12类工业协议，实现光伏逆变器（华为、阳光电源）、储能系统（宁德时代、比亚迪）等设备数据毫秒级采集；

边缘层：部署ACCU-100协调控制器，支持断网自治与本地策略执行（控制周期≤100ms）；

平台层：基于Kubernetes容器化技术构建，支持千节点并发数据处理与AI模型动态部署。

2.2 多目标动态优化算法

2.3 碳排精准核算引擎

基于生命周期评价（LCA）方法，构建符合ISO 14067标准的碳排模型：

实时采集设备级能耗数据（误差<1%）；

嵌入江苏省重点行业排放因子库（涵盖电力、制造、交通等8大类）；

生成MRV报告并自动对接江苏碳交中心API接口。

3. 实证分析与应用成效

3.1 案例1：常州千亿级光伏产业园

场景特点：装机容量50MW光伏、20MWh储能、200台充电桩，年用电量10.2亿kWh。

实施效果（2022-2023年）：

指标	优化前	优化后	提升幅度
绿电占比	42%	65%	+23%
用电成本	0.75元/kWh	0.54元/kWh	-28%
供电可靠性	99.92%	99.99%	+0.07%
年减碳量	8.5万吨	12.0万吨	+41%

3.2 案例2：常州光储充一体化公交枢纽

技术亮点：

V2G双向互动：150台公交车日均调峰电量1.2万kWh，年收益218万元；

碳普惠机制：通过平台生成减排凭证，累计兑换碳积分35万分（1积分=1元）。

对比分析：与传统充电站相比，单位电量碳强度下降62%（图2）。

4. 讨论与启示

4.1 技术优势验证

动态响应能力：EMS3.0较传统EMS策略优化周期缩短80%（从1小时至15分钟）；

经济性突破：投资回收期从8.5年降至5.2年（基于常州项目IRR测算）；

政策适配性：100%满足江苏省《源网荷储一体化实施细则》技术要求。

4.2 产业链协同效应

制造端：带动本地储能PCS、智能电表等设备销售额增长37%（2023年数据）；

服务端：催生碳咨询、绿色认证等新兴业态，常州新增相关企业56家；

金融端：碳配额质押融资规模突破5亿元，平均融资成本下降1.2%。

5. 结论与展望

安科瑞EMS3.0平台通过技术创新与场景化应用，验证了微电网在能源转型中的核心价值。未来研究方向包括：

氢能耦合：探索“光伏制氢-燃料电池”多能互补模式；

区块链赋能：构建去中心化碳资产交易平台；

跨区域协同：参与长三角虚拟电厂联盟，实现更大范围资源优化配置。

审核编辑 黄宇