光储直柔微电网能量管理系统解决方案

概述

Acrel-2000MG光储直柔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先进经验，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、储能系统以及充电桩的接入，全天候进行数据采集分析，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，促进可再生能源应用，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Modbus RTU、Modbus TCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT 等通信规约。

拓扑图如下：

方案目标

系统应通过光储直柔微电网能量管理系统、通讯网络和计算机软件，实现供微电网系统在运行过程中的数据采集、运行监视、运行管理和优化控制、事故记录和分析、继电保护等，完成企业微电网的安全、高效、经济运行管理。系统应由站控管理层、网络通讯层和现场设备层构成。

1) 数据采集及处理：通过光伏发电设备、储能设备、充电桩、负荷及辅助设备等实时采集现场各种电参数、开关量及温度量、电能抄表值等；

2) 实时监控：实时监控微电网系统的综合数据、系统性能、功率辐射曲线、上网电量与发电量、系统损耗等，及时掌握微电网系统的整体运行水平，包括对光伏逆变器、储能变流器、充电桩、主接线、通讯状态等的实时监控；

3) 画面显示：各子系统的发用电信息与状态、各回路的合、分状态、变位信息、保护设备动作及复归信息、交直流系统及所用变系统的信息、各测量值的实时数据、系统拓扑、各种告警、运行曲线、环境数据等信息；

4) 智能控制策略：包括峰谷策略、最大需量策略、平滑出力、计划曲线策略、防逆流策略、自定义控制策略等；

5) 记录功能：具有电压、电流、功率、电能以及事故、告警事件等各种历史数据的存储功能，以供查询、分析、打印；

6) 报警处理：用户可以根据自己的需要分类筛选有关报警，并将报警归纳于不同的报警窗口。同时通过告警异常事件进行管理，为设备性能的评估、准确判断故障、提供支持；通过事故追忆和事故重演，可分析事故发生原因，避免事故的再次发生，保证系统安全稳定运行；

7) 应具有完善的用户权限管理功能，避免越权操作，同时支持对操作密码进行设置，为系统的遥控/遥调等操作安全性提供保障；

8) 曲线分析功能：可以曲线形式展示实时数据库和历史数据库中的模拟量、电度量数据，以便分析其当前运行状态及有关历史趋势；

报表统计功能：通过报表，可以方便分析供电系统及各回路运行参数，形成运行日报、月报、电能统计日报、月报、年报。

设计范围

根据客户需求及项目实际情况，本项目智能化设计一套Acrel-2000MG微电网能量管理系统。

本项目建议设置直流母线，实现光伏、储能、充电桩通过直流直接交互，因直流电源（新能源）本身具备不可靠的特性，因此需要通过AC/DC模块并入交流母线，作为充电桩电源的重要补充，相关设计由相关厂家负责。

本方案重点解决光伏发电功率控制、充能充放策略以及充电桩有序充电控制等，因此对此处不再赘述。

控制策略

Ø 自发自用：过设置PCC点的功率值，系统控制PCC点功率稳定在设置值。在这种状态下，系统处于自发自用的状态下，即：1）当分布式电源输出功率大于负载功率时，不能被负载消耗时，增加负载或储能系统充电。2）当分布式电源输出功率小于负载功率时，不够负载消耗时，减少负载（或者调节充电功率）或者储能系统对负载放电。

Ø 削峰填谷：1）根据用户用电规律，设置峰值和谷值，当电网功率大于峰值时，储能系统放电，以此来降低负荷高峰；当电网功率小于谷值时，储能系统充电，以此来填补负荷低谷，使发电、用电趋于平衡。2)根据分布式电源发电规律，设置峰值和谷值，当电网功率大于峰值时，储能系统充电，以此来降低发电高峰；当电网功率小于谷值时，储能系统放电，以此来填补发电低谷，使发电、用电趋于平衡。

Ø 需量控制：在光伏系统出力的情况下，如果负荷功率仍然超过设置的需量功率，则控制储能系统出力，平抑超出需量部分的功率，增加系统的经济性。

Ø 有序充电：在变压器容量范围内进行充电，如果充电功率接近变压容量限值，优先控制光伏最大功率输出或储能进行放电，如果光储仍不满足充电需求，则进行降功率运行，直至切除部分充电桩（改变充电行为），对于充电桩的切除按照后充先切，先来后切的方式进行有序的充电。（有些是以充电时间与充电功率为控制变量，以充电费用或者峰谷差最小为目标）

Ø 平抑波动：根据负荷的用电功率变化，进行充放电的控制，如功率变化率大于某个设定值，进行放电，主要用于降低电网冲击

Ø 力调控制：跟踪关口功率因数，控制储能PCS连续调节无功功率输出

Ø 电池维护策略：定期对电池进行一次100%DOD深充深放循环；通过系统下发指令，更改BMS的充满和放空保护限值，以满足100%DOD充放，系统按照正常调度策略运行

软件功能

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。

光伏界面

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。

储能界面

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。

风电界面

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。

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。