光伏储能电能计量系统在企业自建电网中的应用

摘要

随着全球能源危机与“双碳”政策的推进，企业对低碳用电需求日益增长。微电网能量管理系统通过整合光伏、储能和负载管理，成为工商业储能电站发展的重要技术方向。本文基于微电网技术及其典型应用案例，探讨光伏能量管理系统在工商业储能电站中的优化策略与经济价值。

1. 引言

随着新能源的普及，光伏发电成为绿色能源的重要来源。然而，其发电受制于天气、昼夜等自然条件，具有间歇性和波动性。这一特性对工商业用户的可靠供电及用电成本提出了挑战。微电网能量管理系统通过整合光伏、储能与负载管理，为利用光伏发电提供了解决方案。

2.背景与需求

3.企业的需求与痛点

4.储能电网能量管理系统的应用场景

4.1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、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。

4.2分类

并网型：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：不与外部电网联网，实现电能自发自用，功率平衡微电网。

4.3微电网——风电

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

4.3.1 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。

4.3.2 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，并对输出值电压进行限制，保护后端逆变器；包括并网控制器、泄荷器、线缆等。

4.3.3 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。

4.3.4 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。

4.4微电网——储能

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；

电池系统是储能系统实现电能存储和释放主要载体，通过电池单体的串/并联可实现电池系统容量的扩大，即大容量电池系统。其成组方式：先由多个电池单体经串/并联后形成电池模块（BatteryModule，BM），再将多个电池模块串联成电池串，再由多个电池串经并联而成。

主要功能：

一是两种不同工作模式下（并/离网模式）对电池系统的充放电功能，并实现两种工作模式的切换；

二是通过控制策略为系统提供双向可控的有功、无功功率，实现系统有功、无功功率平衡；

三是通过相关控制策略实现系统应用功能，如黑启动、削峰填谷、功率平滑、低电压穿越等；

四是根据PCS拓扑结构（如单AC/DC、双AC/DC+DC/DC、单并联、双并联、联多电平结构等），通过相关控制策略实现对电池系统电压和荷电状态的均衡管理等

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。

4.5储能系统——集装箱

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。

5. 微电网能量管理系统概述

微电网是一种集成分布式能源、储能装置、可控负载及监控设备的自治系统，可在并网或离网模式下运行。其核心能量管理系统（EMS）能够实现发电优化调度、实时监控、智能预测与协调控制。

5.1 系统结构

光伏能量管理系统通过整合以下关键组件完成能量调度：

5.1.1光伏发电模块：将太阳能转化为电能，支持全额上网、自发自用等多种模式。

5.1.2储能系统：由电池组、储能变流器（PCS）及电池管理系统（BMS）构成，用于削峰填谷、功率平滑和备用电源。

5.1.3能量管理平台：利用智能算法，根据电价、负载需求等调整系统运行策略。

5.2微电网并网要求

微电网宜采用单个并网点接入系统。当有两个及以上与外部电网的并网点时，在并网运行时，应确保只有一个并网开关处于闭合状态。

当高、低两电压均具备接入条件时，可采用低电压等接入，但不应低于微电网内值电压等。

5.3微电网特征

6.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、有序管理控制，通过在企业内部的源、网、荷、储、充的各个关键节点安装安科瑞自主研发的各类监测、分析、保护、治理装置；通过控制、计量、通信等技术，将分布式电源、储能系统、可控负荷、电动汽车、电能路由器聚合在一起；平台根据电网价格、用电负荷、电网调度指令等情况，灵活调整微电网控制策略并下发给储能、充电桩、逆变器等系统与设备，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，确保企业微电网始终安全、可靠、节约、经济、低碳的运行。

6.2 核心功能

实时监测：对光伏、储能设备运行状态进行监控，保障系统安全运行。

经济调度：通过削峰填谷与负荷管理降低电力成本。

智能预测：基于气象预报与历史数据，预测光伏发电量，提高系统稳定性。

需求响应：灵活调整储能充放电策略，优化电网互动。

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；

实现源荷匹配效能。

6.3控制架构

6.4相关控制策略

6.5功能简介

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。

7.界面介绍

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。

8. 储能电站的应用场景

微电网技术在工商业储能域具备多样化的应用价值。

8.1 优化企业用能

通过储能系统平滑光伏发电波动，并利用低谷电储能、高峰电放电，企业可实现用能成本的显著降低。

8.2 确保供电可靠性

微电网在离网模式下提供关键负载的应急电力保障，适用于端天气或电网故障场景。

8.3 绿色低碳发展

光伏发电与储能的结合降低了企业的化石能源消耗，同时提升了绿色能源的利用率。

9. 应用案例分析

9.1 江阴风光储充微电网系统

该系统结合118kW光伏、50kW/100kWh储能及多台充电桩，采用并网模式满足内部负荷需求，同时通过峰谷套利模式实现经济效益优化。

- 功能：削峰填谷、备用电源

- 成果：显著降低电费，提高新能源消纳率。

9.2 武汉某电气光储微电网系统

该项目结合100kW光伏和70kW/140kWh储能，运行模式包括削峰填谷和紧急备用电源，为企业提供稳定的电力供应，同时优化用电成本。

10. 未来展望

随着储能技术及光伏发电成本的进一步降低，微电网能量管理系统将广泛应用于工商业域。在政策引导与技术推动下，其将成为实现“双碳”目标的重要手段。未来发展应聚焦以下几点：

1. 提升智能化水平：采用算法提高发电与用能预测精度。

2.增强经济性：通过规模化效应降低系统建设成本。

3. 政策支持：加强对分布式新能源项目的补贴与扶持力度。

结论

光伏能量管理系统通过对光伏、储能及负载的调控，赋能工商业储能电站的低碳与运营。其不仅优化了企业用能模式，还为能源安全及环境保护做出了积贡献。未来，通过技术创新与政策支持，光伏能量管理系统将在企业发展中发挥更重要的作用。

审核编辑 黄宇