淺談微電網中儲能與電能量管理係統應用

hth下载地址 陳聰

摘 要：傳(chuan) 統的電力係統在發電方麵高度集中，通常通過輸電網絡將電力和能量從(cong) 大型同步發電機和感應發電機單向輸送到用戶。然而，可再生分布式能源如風能、光伏、電池、生物質能、燃料電池和微型渦輪機的出現，有可能遏製對化石能源發電的依賴，並改變電網中能量流動的單向性。這些技術使實現本地電力可靠性和可持續能源利用成為(wei) 可能。當本地DER單元產(chan) 生足夠的電力時，某些地方可以從(cong) 主電網中斷開，形成一個(ge) 具有明確電氣邊界的相互連接的能源係統的自我可持續的“微電網”。微電網具有廣泛的應用前景。它可以作為(wei) 獨立或並網的供用電係統，為(wei) 偏遠地區、工業(ye) 園區、居民區等各類場景提供電力供應。同時，微電網還可以與(yu) 大電網進行互動，參與(yu) 電力市場的交易和調度，實現能源的多元化利用和節能減排。總之，微電網是一種具有重要意義(yi) 的分布式能源形式，它能夠實現電力電量的自我平衡和優(you) 化利用，為(wei) 未來的能源發展提供新的思路和方向。按照運行模式的不同，微電網可以分為(wei) 離網型和並網型，並網型微電網在正常條件下與(yu) 主網並網進行能量的雙向交流，一旦電網的品質或者質量不符合規定，就能及時切斷主網，實現自給自足。而離網型微電網是完*獨立的，不需要與(yu) 主網進行任何的連接，一般建設在偏遠的邊境或者海上的孤島，滿足當地基礎的供電的需求。

0引言

微電網與(yu) 常規配電網通常情況下並網運行，一旦在電網中檢測到故障或電能質量出現問題時便會(hui) 迅速與(yu) 電網斷開，轉為(wei) 獨立運行模式。微電網通常會(hui) 在係統中配置一定容量的儲(chu) 能裝置，以應對模式切換過程中可能會(hui) 出現的功率缺額，保證平穩過渡並維持係統穩定。由於(yu) 外界環境的變化和影響，新能源發電常常出現出力不穩定的情況，比如光伏發電在夜間、風力發電無風等情況。為(wei) 了應對這種情況，儲(chu) 能係統發揮重要作用，持續向係統中的用戶供電，確保電力供應的連續性。除了直接向係統中的用戶供電，儲(chu) 能還能起到參與(yu) 電力調峰、改善微電網電能質量、提升微電源性能等作用。

1微電網中常見儲(chu) 能類型

鑒於(yu) 微電網的特點及不同儲(chu) 能的作用及原理，配置在微電網中的儲(chu) 能裝置有著獨*的要求：能量密度大、功率密度大、高低溫性能良好、能適應一些特殊環境等。雖然不是所有種類的儲(chu) 能設備都能配置在微電網中，但儲(chu) 能在提高微電網運營能力方麵仍然起到重要作用。本章將介紹在微電網中實現高滲透和集成的集中種類儲(chu) 能的概述，研究不同儲(chu) 能技術的特點，分析各種儲(chu) 能在微電網中的作用。

1.1機械儲(chu) 能

機械儲(chu) 能按工作原理可以分為(wei) 勢能和動能兩(liang) 大類。其中勢能類包括壓縮氣體(ti) 儲(chu) 能、抽水蓄能，動能類典型的有飛輪儲(chu) 能。機械儲(chu) 能方法可以轉換並儲(chu) 存來自水流、波浪、潮汐的能量，在需要時隨時提供能量。

1.2飛輪儲(chu) 能

飛輪儲(chu) 能技術是一種機械儲(chu) 能方式。旨在有效地存儲(chu) 和釋放能量以滿足電力需求。其基本原理是通過高速旋轉的飛輪將電能轉化為(wei) 機械能，實現能量的臨(lin) 時儲(chu) 存，以備係統在需要時快速釋放。這項技術的起源可以追溯到20世紀50年代，當時人們(men) 提出利用飛輪進行能量存儲(chu) ，並在電動汽車領域進行了初步探索。然而，直到80年代，隨著磁懸浮技術、高強度碳素纖維以及現代電力電子技術的進步，飛輪儲(chu) 能技術才

得以真正實現應用。

現代飛輪儲(chu) 能係統的核心組件通常包括一個(ge) 巨大的可旋轉圓柱體(ti) ，它通過磁懸浮軸承係統支撐在定子上。當係統需要存儲(chu) 能量時，電動機啟動並使飛輪快速旋轉，將電能轉化為(wei) 機械能，從(cong) 而實現能量的儲(chu) 存。而在電力需求增加或電網故障時，飛輪則通過驅動發電機將儲(chu) 存的機械能轉換回電能，通過電力電子裝置對輸出電能進行調節，滿足負載的要求。

通過減少摩擦造成的能量損失，可以提高飛輪儲(chu) 能的整體(ti) 效率，而這可以通過在真空中旋轉飛輪或使用磁性軸承來實現。飛輪儲(chu) 能設備可以在微電網中提供即時有功功率支持。它具有不直接排放溫室氣體(ti) 、轉換效率高、功率密度高、壽命長（一般為(wei) 20年）等諸多優(you) 點。近年來飛輪儲(chu) 能設備也被廣泛配置於(yu) 各種電源。但飛輪儲(chu) 能仍存在一些缺點，例如由於(yu) 摩擦和空氣阻力而損失能量導致飛輪儲(chu) 能設備自放電率較高，每小時可達3%~20%，同時初始成本也較高。

1.3鉛酸蓄電池儲(chu) 能

鉛酸（PbA）電池是一種常見的電化學儲(chu) 能設備，廣泛應用於(yu) 汽車、不間斷電源、各種儲(chu) 能係統中，可以說是目前應用廣泛的儲(chu) 能係統。鉛酸蓄電池由一組正極（陽極）和負極（陰極）以及中間的電解液組成。正極一般采用過氧化鉛（PbO2），負極采用純鉛（Pb），電解液是稀硫酸溶液。鉛酸蓄電池具有較好的穩定性，能夠適用於(yu) 瞬時大電流的需求，能夠應用於(yu) 汽車啟動。同時還具有較低的製造成本，能夠大規模生產(chan) 。但傳(chuan) 統的鉛酸蓄電池電池循環壽命較短，需定期維護，並且電池成分中含有有害物質，須謹慎處理以防止造成環境汙染。

1.4鋰離子電池儲(chu) 能

鋰離子電池是近年來興(xing) 起的新型高能量二次電池。廣泛應用於(yu) 各種移動設備、電動汽車和各種儲(chu) 能係統中。鋰離子電池的工作原理是基於(yu) 鋰離子在正負極之間的移動。正極材料通常使用鋰鈷氧化物或鋰鐵磷酸鹽等、負極材料通常使用石墨。其具有較高能量密度、輕量化、低自放電率、無汙染的特點相較於(yu) 鉛酸蓄電池有更大優(you) 勢。鋰的快速反應性能和輕質的特性使其非常適合製造電池。但目前鋰離子電池由於(yu) 特殊包裝和內(nei) 部過充保護電路造成較高成本而無法大規模生產(chan) 。物理損傷(shang) 、電濫用（如短路和過充）以及暴露於(yu) 高溫下會(hui) 導致熱失控。這些安全問題和總體(ti) 成本是阻礙鋰離子電池在配電係統中廣泛使用的兩(liang) 個(ge) 主要因素。

2微電網的能量管理係統

與(yu) 傳(chuan) 統的配電係統相比，微電網關(guan) 鍵的特點是其連接到配電係統後能夠作為(wei) 一個(ge) 協調模塊進行控製和運行。對微電網各組成部分進行監測和控製是保證微電網穩定運行的關(guan) 鍵。對於(yu) 直流微電網，輸電電壓需要進行控製，而對於(yu) 交流微電網，輸電頻率和電壓都需要控製。微電網的能量管理係統應具有一定的運行目標，例如，應遵循經濟考慮，應保證計算機服務器和醫療設備等負載的不間斷運行，斷開和重新連接過程應無縫進行，微電網應能夠在一般故障情況下通過黑啟動。合適的微電網能量管理係統可以支持儲(chu) 能設備，以提高係統的可靠性和效率。將儲(chu) 能與(yu) 適當的能量管理係統結合使用可以提供以下功能。

1）電能質量/可靠性的調節：儲(chu) 能設備可用於(yu) 控製網絡中供電的質量，並管理諸如電壓不平衡、低功率因數、電壓/頻率發生偏移或供電不足等問題。

2）旋轉備用：儲(chu) 能設備可以在電網全部斷電的情況下提供備用電源。

3）能量轉移：在供應過剩時期存儲(chu) 的能量可以轉移到高需求和價(jia) 格高的時期使用。

4）調峰：儲(chu) 能可用於(yu) 在短期負載峰值期間向微電網供電，從(cong) 而減少更高功率水平的峰值需求，降低傳(chuan) 輸基礎設施的總體(ti) 所需容量和峰值電費。

5）套利：在電價(jia) 較低時儲(chu) 能，在電價(jia) 較高時放電，是提高係統效率，優(you) 化經濟效益的主要途徑之一。

6）黑啟動：意外事件可能導致整個(ge) 係統或單個(ge) 部分的供電中斷。在這種情況下，儲(chu) 能可用於(yu) 產(chan) 生有功功率，用於(yu) 激勵配電線路或作為(wei) 大型發電廠的啟動電源。微電網所采用的控製策略直接影響到係統的經濟可行性及其優(you) 布局和規模。微電網可以以兩(liang) 種模式運行：連接到主電網和孤立於(yu) 主電網。當並網時，微電網可與(yu) 主電網交換電力，保持電力穩定。而當處於(yu) 孤島模式時，沒有與(yu) 主電網的物理連接，需要儲(chu) 能來維持電力穩定。如上所述，微電網的能量管理係統的控製方法可以分為(wei) 不同的類別，具有儲(chu) 能的微電網可以采用集中式、分散式控製模式運行。

3集中式控製

在集中式控製的結構中，微電網能量管理係統發揮著大限度地提高微電網的經濟價(jia) 值和優(you) 化其運營的重要作用。能量管理係統的控製器接收局部控製器的反饋，並發送微電網的所有控製信號。信號由局部控製器接收，它們(men) 控製直流微電網中的電壓（或交流微電網中的電壓和頻率）並優(you) 化通過配電饋線的功率流。在並網模式下，局部控製器將服從(cong) 控製器的命令，而在孤島模式下，它們(men) 有完*的自主權來執行自己的行動。在這種控製方法中，分布式發電機組通常有一個(ge) 所有者，他想要優(you) 化所有分布式發電機組的運行和經濟標準。在這裏，控製器的主要作用是根據業(ye) 主或微電網管理人員預定義(yi) 的規則，決(jue) 定需要從(cong) 主電網導入的電量，並優(you) 化非關(guan) 鍵負載在關(guan) 鍵條件下的功能。集中式控製的優(you) 點是分工明確，設備成本低，容易執行控製整個(ge) 係統。但隨著分布式電源增加，會(hui) 對控製器的信息處理能力有較高要求，不容易拓展應用。

4分散式控製

與(yu) 集中控製結構相比，分散控製模式的主要目標是大限度地生產(chan) 電力，以滿足負荷需求，儲(chu) 存、向公用電網輸出多餘(yu) 的電力。在這種控製模式下，控製器在控製通信中並不起重要作用，而是像局部控製器、微源控製器這樣的低層控製器在微電網的穩定運行中提供支持。所有微源控製器相互競爭(zheng) ，以當前市場價(jia) 格為(wei) 決(jue) 定因素，通過管理運行和維護來滿足需求並大限度地向電網出口，從(cong) 而大化其產(chan) 量。微源和負載的自主性可以使用智能方法來處理。當微源和微負載具有不同的所有者和不同的目標，且各單元控製器的動作具有一定程度的智能時，這種控製結構是好的。通過在係統中使用分散式控製，減少控製器計算負擔，每個(ge) 局部控製器負責管理相對較小的子係統，降低整個(ge) 係統的複雜性。分散式控製模式使得分布式電源具有更高的靈活性。各個(ge) 局部控製器可以更迅速地響應局部變化，適應不同的環境和工況。即使控製器發生故障，分散式控製使得各個(ge) 局部控製器能夠獨立運行，從(cong) 而保證整個(ge) 係統的運行穩定性。這種冗餘(yu) 性有助於(yu) 防止單點故障引起的係統崩潰。

5hth下载地址Acrel-2000ES儲(chu) 能能量管理係統概述

5.1概述

hth下载地址Acrel-2000ES儲(chu) 能能量管理係統，專(zhuan) 門針對工商業(ye) 儲(chu) 能櫃、儲(chu) 能集裝箱研發的一款儲(chu) 能EMS，具有完善的儲(chu) 能監控與(yu) 管理功能,涵蓋了儲(chu) 能係統設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息,實現了數據采集、數據處理、數據存儲(chu) 、數據查詢與(yu) 分析、可視化監控、報警管理、統計報表等功能。在高級應用上支持能量調度,具備計劃曲線、削峰填穀、需量控製、防逆流等控製功能。

5.2係統結構

Acrel-2000ES，可通過直采或者通過通訊管理或串口服務器將儲(chu) 能櫃或者儲(chu) 能集裝箱內(nei) 部的設備接入係統

5.3接入設備

Acrel-2000ES，具備多種接口，多種協議對接的能力，支持多種設備接入。

5.4係統功能

5.4.1實時監測

係統人機界麵友好，能夠顯示儲(chu) 能櫃的運行狀態，實時監測 PCS、BMS 以及環境參數信息，如電參量、溫度、濕度等。實時顯示有關(guan) 故障、告警、收益等信息。

5.4.2設備監控

係統能夠實時監測 PCS、BMS、電表、空調、消防、除濕機等設備的運行狀態及運行模式。

PCS 監控：滿足儲(chu) 能變流器的參數與(yu) 限值設置；運行模式設置；實現儲(chu) 能變流器交直流側(ce) 電壓、電流、功率及充放電量參數的采集與(yu) 展示；實現 PCS 通訊狀態、啟停狀態、開關(guan) 狀態、 異常告警等狀態監測。

BMS 監控：滿足電池管理係統的參數與(yu) 限值設置；實現儲(chu) 能電池的電芯、電池簇的溫度、

電壓、電流的監測；實現電池充放電狀態、電壓、電流及溫度異常狀態的告警。

空調監控：滿足環境溫度的監測，可根據設置的閾值進行空調溫度的聯動調節，並實時監測空調的運行狀態及溫濕度數據，以曲線形式進行展示。

UPS 監控：滿足 UPS 的運行狀態及相關(guan) 電參量監測。

5.4.3 曲線報表

係統能夠對 PCS 充放電功率曲線、SOC 變換曲線、及電壓、電流、溫度等曆史曲線的查詢與(yu) 展示。

5.4.4策略配置

滿足儲(chu) 能係統設備參數的配置、電價(jia) 參數與(yu) 時段的設置、控製策略的選擇。目前支持的控製策略包含計劃曲線、削峰填穀、需量控製等。

5.4.5實時報警

儲(chu) 能能量管理係統具有實時告警功能，係統能夠對儲(chu) 能充放電越限、溫度越限、設備故障或通信故障等事件發出告警。

5.4.6事件查詢統計

儲(chu) 能能量管理係統能夠對遙信變位，溫濕度、電壓越限等事件記錄進行存儲(chu) 和管理，方便用戶對係統事件和報警進行曆史追溯，查詢統計、事故分析。

5.4.7遙控操作

可以通過每個(ge) 設備下麵的紅色按鈕對 PCS、風機、除濕機、空調控製器、照明等設備進行相應的控製，但是當設備未通信上時，控製按鈕會(hui) 顯示無效狀態。

5.4.8用戶權限管理

儲(chu) 能能量管理係統為(wei) 保障係統安全穩定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）。可以定義(yi) 不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為(wei) 係統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

5.4.9hth下载地址配套產(chan) 品

6 結語

本文研究了一種適用於(yu) 電動公交車充電站的預製艙式儲(chu) 能係統。不同於(yu) 傳(chuan) 統的儲(chu) 能係統，本係統采用模塊化設計思路，將主要設備集成在標準集裝箱內(nei) ，具有占地小、接線簡單、便於(yu) 運輸及安裝的特點，適用於(yu) 布置緊湊、缺少大型生產(chan) 綜合用房的城市電動公交車充電站，具有較好的應用推廣前景。除儲(chu) 能單元、變流單元等一次設備外，預製艙式儲(chu) 能係統同時集成了智能控製屏櫃，對整體(ti) 係統的運行環境、控製策略、安防等方麵進行集中監控，保障了預製艙式儲(chu) 能係統安全高效運行。

參考文獻

1. 王又佳，蔣雨哲.微電網中儲(chu) 能與(yu) 能量管理係統應用

[2] hth下载地址企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) 2022.5版.