储能技术在新型电力微电网系统中的应用

安科瑞 宣依依

　　摘要：随着“双碳"战略的推进，分布式能源和新型负荷的大规模接入对电力系统提出了新的挑战。微电网作为源网荷储一体化的新技术形态，以其灵活、*效、智能的特点成为新型电力系统的重要支撑。本文聚焦储能技术在微电网中的作用，探讨其在规划设计、能量管理、运行控制等方面的应用与优化，并展望储能与微电网的未来发展路径。

　　关键词：电力系统；储能技术；新能源

　　0.引言

　　2024年2月，在中共**能源局印发的《推进并网型微电网建设试行办法》中指出，微电网具有微型、清洁、自治、友好的特征，能够推动清洁低碳、安全*效的现代能源体系建设。

　　1.微电网关键技术中的储能应用

　　1.1规划与设计阶段的储能配置优化

　　微电网的规划设计是微电网系统构建的重要基础阶段。微电网规划设计的科学性与合理性，是充分发挥微网技术优势、实现规模化分布式新能源就地消纳、保证持续稳定供电、促进配微友好互动的关键前提。微电网规划设计主要涉及负荷预测技术、系统设计以及多目标优化技术等方面。微电网负荷预测包括电量需求和电力需求预测，由于规模较小，涵盖的区域与用户负荷有限，微电网负荷预测要更精细化，需要对微电网所在区域经济、社会发展以及用电习惯进行更为*准的判断，并考虑预期的负荷增长率，用于指导微电网的资源规划、容量扩展、网架结构设计等工作。

　　微电网负荷预测目前主要借鉴大电网负荷预测方法，如概率建模法、神经网络法、蒙特卡罗模拟法等，但均需要结合微电网自身特点进一步分析。对独立型微电网，应考虑微电网供电后负荷的非线性增长以及扩容等问题，确保独立型微电网能长期稳定运行；并网型微电网要考虑所接入配电网的运行状态及未来电网的扩展问题，*点关注提升分布式电源的消纳水平与供电品质。

　　1.2能量管理系统（EMS）中的储能调度

　　能量汇集与分配系统是微电网的“骨架"，负责汇集和传输不同来源的分布式电能，并将其分配到负载端，该部分主要包括变压器、母线、并网开关等。变压器、母线是电能汇集与分配的主要通道；并网开关能够实现灵活的并离网模式切换。控制与保护系统一般由就地控制器与**控制器。

　　**控制器*面监控和管理微电网，支撑微电网*效稳定运行。

　　目前，微电网组网系统中部分关键设备尚有欠缺，组网装置与电网灵活互动存在一定缺陷，现有变流装置在过载能力、耐受能力和主动支撑能力方面存在不足；控制与保护装备存在功能不完善、体积大、成本高等问题；通信标准不统一，不同厂商生产的设备间互操作困难，上述问题说明微电网的组网系统还有很大优化空间。

　　1.3微电网技术演进与发展

　　微电网是支撑电力系统构建的重要技术形态，是大电网的有益补充。当前微电网处于示范应用到逐步推广的阶段，技术需求与技术发展相互促进，工程数量和规模不断增长。在新型电力系统和能源互联网发展的推动下，微电网技术不断融合**技术，创新发展新的技术模式，在组网形式上，微电网结合光储直柔等技术，正从以交流为主向直流、交直流混合微电网形态转变；在功能集成上，微电网结合新型功率器件，正向集约化发展；在能源组成上，微电网正逐步融合多种能源形式，向多能耦合形态转变；在接入形式上，微电网结合集群调控等技术，从单一微电网向微电网集群形态转变；此外，微电网结合虚拟电厂、区块链等技术，推进电力系统向源网荷储一体化形态迅速演进。

　　构建交直流混合微电网网架时，根据供电可靠性、经济性以及供电制式的不同要求，选择合适的网架结构。交直流混合微电网能够减少交直流转换次数及能量损耗，提升整体效能，降低变换器的购置、运维成本。交直流子网之间一般既可以独立运行，也可以通过互联接口的协调控制实现功率双向流动，提高供电可靠性。未来交直流混合微电网的研究将主要集中在网架拓扑的优化、多端口互联变流器的设计、变流器的动态响应特性等方面，以期优化能量流动路径，实现功率在交直流子网之间的合理分配，进一步提升混合系统的鲁棒性与可靠性。依托863计划，国内*个商业化运营的交直流混合微电网项目—“浙江上虞交直流混合微网示范工程"已投入使用，该项目发挥了交流和直流微电网联合运行优势，具备多种运行模式灵活切换，实现了交直流混合微电网装备制造领域的突破。

　　随着供能对集约化与小型化需求的日益增加，以及电力电子技术特别是碳化硅等新型高功率半导体器件的快速发展，为微电网进一步电力电子化的发展奠定了基础。固态微电网，是一种利用新型功率器件进行系统集成，实现能量接入、转换、分配、控制和管理的一体化微电网系统。固态微电网使用高开关频率与低能量损耗的固态电子器件进行能量转换与系统集成，*大提升了转换效率；能够实现毫秒*的开关与控制，快速响应电源与负荷波动，保障系统的稳定性；模块化设计和多样化接口提供了*大的灵活性与可扩展性，能够*效集成不同类型的能源与负荷。固态微电网实现对功率半导体器件的高密度集成，减少了常规开关的使用，*大程度减少了传输与配电环节，降低了故障风险，提升了系统的可靠性与使用寿命。目前，固态微电网尚处于研发与探索阶段，但其在提高能源利用效率、增强可靠性、支持源网荷储深层次一体化发展等方面具有显著优势，是未来微电网发展的重要形式。

　　2.安科瑞Acrel-2000ES储能能量管理系统解决方案

　　2.1概述

　　安科瑞Acrel-2000ES储能能量管理系统具有完善的储能监控与管理功能，涵盖了储能系统设备(PCS、BMS、电表、消防、空调等)的详细信息，实现了数据采集、数据处理、数据存储、数据查询与分析、可视监控、报警管理、统计报表等功能。在高*应用上支持能量调度，具备计划曲线、削峰填谷、需量控制、备用电源等控制功能。系统对电池组性能进行实时监测及历史数据分析、根据分析结果采用智

　　能化的分配策略对电池组进行充放电控制，优化了电池性能，提高电池寿命。系统支持Windows操作系统，数据库采用SQLServer。本系统既可以用于储能一体柜，也可以用于储能集装箱，是专门用于储能设备管理的一套软件系统平台。

　　2.2适用场合

　　系统可应用于城市、高速公路、工业园区、工商业区、居民区、智能建筑、海岛、无电地区可再生能源系统监控和能量管理需求。

　　2.2.1工商业储能四大应用场景

　　1）工厂与商场：工厂与商场用电习惯明显，安装储能以进行削峰填谷、需量管理，能够降低用电成本，并充当后备电源应急；

　　2）光储充电站：光伏自发自用、供给电动车充电站能源，储能平抑大功率充电站对于电网的冲击；

　　3）微电网：微电网具备可并网或离网运行的灵活性，以工业园区微网、海岛微网、偏远地区微网为主，储能起到平衡发电供应与用电负荷的作用；

　　4）新型应用场景：工商业储能积*探索融合发展新场景，已出现在数据*心、5G基站、换电重卡、港口岸电等众多应用场景。

　　2.3系统结构

2.4系统功能

　　2.4.1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。

图2系统主界面

　　子界面主要包括系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电桩信息、通讯状况及一些统计列表等。

　　2.4.2光伏界面

图3光伏系统界面

　　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。

　　2.4.3储能界面

图4储能系统界面

　　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。

图5储能系统PCS参数设置界面

　　本界面主要用来展示对PCS的参数进行设置，包括开关机、运行模式、功率设定以及电压、电流的限值。

图6储能系统BMS参数设置界面

　　本界面用来展示对BMS的参数进行设置，主要包括电芯电压、温度保护限值、电池组电压、电流、温度限值等。

图7储能系统PCS电网侧数据界面

　　本界面用来展示对PCS电网侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数等。

图8储能系统PCS交流侧数据界面

　　本界面用来展示对PCS交流侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数、温度值等。同时针对交流侧的异常信息进行告警。

图9储能系统PCS直流侧数据界面

　　本界面用来展示对PCS直流侧数据，主要包括电压、电流、功率、电量等。同时针对直流侧的异常信息进行告警。

图10储能系统PCS状态界面

　　本界面用来展示对PCS状态信息，主要包括通讯状态、运行状态、STS运行状态及STS故障告警等。

图11储能电池状态界面

　　本界面用来展示对BMS状态信息，主要包括储能电池的运行状态、系统信息、数据信息以及告警信息等，同时展示当前储能电池的SOC信息。

图12储能电池簇运行数据界面

　　本界面用来展示对电池簇信息，主要包括储能各模组的电芯电压与温度，并展示当前电芯的*大、*小电压、温度值及所对应的位置。

　　2.4.4风电界面

图13风电系统界面

　　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。

　　2.4.5充电桩界面

图14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。

　　2.4.6视频监控界面

图15微电网视频监控界面

　　本界面主要展示系统所接入的视频画面，且通过不同的配置，实现预览、回放、管理与控制等。

　　2.4.7发电预测

　　系统应可以通过历史发电数据、实测数据、未来天气预测数据，对分布式发电进行短期、超短期发电功率预测，并展示合格率及误差分析。根据功率预测可进行人工输入或者自动生成发电计划，便于用户对该系统新能源发电的集中管控。

图16光伏预测界面

　　2.4.8策略配置

　　系统应可以根据发电数据、储能系统容量、负荷需求及分时电价信息，进行系统运行模式的设置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期计划、需量控制、有序充电、动态扩容等。

图17策略配置界面

　　2.4.9运行报表

　　应能查询各子系统、回路或设备*定时间的运行参数，报表中显示电参量信息应包括：各相电流、三相电压、总功率因数、总有功功率、总无功功率、正向有功电能等。

图18运行报表

　　2.4.10实时报警

　　应具有实时报警功能，系统能够对各子系统中的逆变器、双向变流器的启动和关闭等遥信变位，及设备内部的保护动作或事故跳闸时应能发出告警，应能实时显示告警事件或跳闸事件，包括保护事件名称、保护动作时刻；并应能以弹窗、声音、短信和电话等形式通知相关人员。

图19实时告警

　　2.4.11历史事件查询

　　应能够对遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数、电芯温度（锂离子电池）、压力（液流电池）、光照、风速、气压越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。

图20历史事件查询

　　2.4.12电能质量监测

　　应可以对整个微电网系统的电能质量包括稳态状态和暂态状态进行持续监测，使管理人员实时掌握供电系统电能质量情况，以便及时发现和消除供电不稳定因素。

　　1）在供电系统主界面上应能实时显示各电能质量监测点的监测装置通信状态、各监测点的A/B/C相电压总畸变率、三相电压不平衡度*分百和正序/负序/零序电压值、三相电流不平衡度*分百和正序/负序/零序电流值；

　　2）谐波分析功能：系统应能实时显示A/B/C三相电压总谐波畸变率、A/B/C三相电流总谐波畸变率、奇次谐波电压总畸变率、奇次谐波电流总畸变率、偶次谐波电压总畸变率、偶次谐波电流总畸变率；应能以柱状图展示2-63次谐波电压含有率、2-63次谐波电压含有率、0.5～63.5次间谐波电压含有率、0.5～63.5次间谐波电流含有率；

　　3）电压波动与闪变：系统应能显示A/B/C三相电压波动值、A/B/C三相电压短闪变值、A/B/C三相电压长闪变值；应能提供A/B/C三相电压波动曲线、短闪变曲线和长闪变曲线；应能显示电压偏差与频率偏差；

　　4）功率与电能计量：系统应能显示A/B/C三相有功功率、无功功率和视在功率；应能显示三相总有功功率、总无功功率、总视在功率和总功率因素；应能提供有功负荷曲线，包括日有功负荷曲线（折线型）和年有功负荷曲线（折线型）；

　　5）电压暂态监测：在电能质量暂态事件如电压暂升、电压暂降、短时中断发生时，系统应能产生告警，事件能以弹窗、闪烁、声音、短信、电话等形式通知相关人员；系统应能查看相应暂态事件发生前后的波形。

　　6）电能质量数据统计：系统应能显示1min统计整2h存储的统计数据，包括均值、*大值、*小值、95%概率值、方均根值。

　　7）事件记录查看功能：事件记录应包含事件名称、状态（动作或返回）、波形号、越限值、故障持续时间、事件发生的时间。

图21微电网系统电能质量界面

　　2.4.13遥控功能

　　应可以对整个微电网系统范围内的设备进行远程遥控操作。系统维护人员可以通过管理系统的主界面完成遥控操作，并遵循遥控预置、遥控返校、遥控执行的操作顺序，可以及时执行调度系统或站内相应的操作命令。

图22遥控功能

　　2.4.14曲线查询

　　应可在曲线查询界面，可以直接查看各电参量曲线，包括三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、SOC、SOH、充放电量变化等曲线。

图23曲线查询

　　2.4.15统计报表

　　具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。对微电网与外部系统间电能量交换进行统计分析；对系统运行的节能、收益等分析；具备对微电网供电可靠性分析，包括年停电时间、年停电次数等分析；具备对并网型微电网的并网点进行电能质量分析。

图24统计报表

　　2.4.16网络拓扑图

　　系统支持实时监视接入系统的各设备的通信状态，能够完整的显示整个系统网络结构；可在线诊断设备通信状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。

图25微电网系统拓扑界面

　　本界面主要展示微电网系统拓扑，包括系统的组成内容、电网连接方式、断路器、表计等信息。

　　2.4.17通信管理

　　可以对整个微电网系统范围内的设备通信情况进行管理、控制、数据的实时监测。系统维护人员可以通过管理系统的主程序右键打开通信管理程序，然后选择通信控制启动所有端口或某个端口，快速查看某设备的通信和数据情况。通信应支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

图26通信管理

　　2.4.18用户权限管理

　　应具备设置用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控操作，运行参数修改等）。可以定义不同*别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

图27用户权限

　　2.4.19故障录波

　　应可以在系统发生故障时，自动准确地记录故障前、后过程的各相关电气量的变化情况，通过对这些电气量的分析、比较，对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行水平有着重要作用。其中故障录波共可记录16条，每条录波可触发6段录波，每次录波可记录故障前8个周波、故障后4个周波波形，总录波时间共计46s。每个采样点录波至少包含12个模拟量、10个开关量波形。

图28故障录波

　　2.4.20事故追忆

　　可以自动记录事故时刻前后一段时间的所有实时扫描数据，包括开关位置、保护动作状态、遥测量等，形成事故分析的数据基础。

　　用户可自定义事故追忆的启动事件，当每个事件发生时，存储事故10个扫描周期及事故后10个扫描周期的有关点数据。启动事件和监视的数据点可由用户*定和随意修改。

图29事故追忆

　　3.系统硬件配置清单

　　4.结语

　　综上所述，储能系统在微电网的规划设计、能量管理和运行控制中，其合理应用能够大幅提升微电网的运行效率与稳定性。未来，随着人工智能、大数据和**储能材料的融合发展，储能技术将进一步推动微电网在新型电力系统中的广泛应用，为能源低碳化转型提供重要支持。

　　参考文献

　　[1]吴鸣，张楠春，梁英，刘海涛，季宇.新型电力系统背景下微电网技术研究与发展[J].

　　[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版.

　　[3]张智刚，康重庆．碳中和目标下构建新型电力系统的挑战与展望［J］.中国电机工程学报，2022，42（8）：2806-2818．