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淺談微電網(wǎng)的戶用儲能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
任運業(yè)
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要：為了更好地協(xié)調(diào)和控制以家庭為單位的微電網(wǎng)能量利用，對基于微網(wǎng)的戶用儲能系統(tǒng)進行研究。針對戶用儲能系統(tǒng)中的工作模式、儲能電池組容量配置、電池管理系統(tǒng)設(shè)計、能量管理系統(tǒng)設(shè)計進行研究，并通過掛網(wǎng)試運行進行測試驗證。測試驗證結(jié)果表明，所設(shè)計的戶用儲能系統(tǒng)對入戶功率具有有效可靠的調(diào)節(jié)能力，能有效的進行能量控制。
關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；戶用儲能；能量管理電池管理系統(tǒng)（BMS）；試驗驗證
?0 引言
近年來，近年來國內(nèi)外的戶用儲能市場開始井噴，尤其是國外市場已經(jīng)非常火熱。戶用儲能系統(tǒng)相當于一個小型的儲能電站，在用電低峰時段，可對其中電池組進行充電，用以在用電高峰時段或斷電情況下使用，從而達到削峰填谷的效果，同時可以用來均衡家用用電負荷，節(jié)省家庭電費開支。結(jié)合各城區(qū)及城市電網(wǎng)可形成微電網(wǎng)，實現(xiàn)離/并網(wǎng)的雙模式運行，根據(jù)負荷、儲能能量、電網(wǎng)、和電價進行運行策略的調(diào)整，來實現(xiàn)系統(tǒng)運行優(yōu)化和用戶收益較大化。因此，對戶用儲能系統(tǒng)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究具有重大意義和經(jīng)濟價值，也符合的“雙碳"政策和目標。當前國內(nèi)外相關(guān)研究機構(gòu)均對戶用儲能系統(tǒng)，開展了相關(guān)研究，已有部分項目完成了成功試點。為了更好地協(xié)調(diào)和控制以家庭為單位的微電網(wǎng)能量利用，本文對基于微電網(wǎng)的戶用儲能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進行研究。
戶用儲能系統(tǒng)可劃分為離網(wǎng)、并網(wǎng)、并離網(wǎng)切換型三類。并離網(wǎng)切換型應(yīng)對不同工況和抗外部干擾能力強，供電可靠性高，并且具有靈活的管理系統(tǒng)。可根據(jù)電網(wǎng)、負荷、儲能及電價進行運行策略調(diào)整，用電低谷期自行充電，以備用電高峰或斷電時使用，提高了用戶的收益。
并離網(wǎng)切換型戶用儲能系統(tǒng)主要構(gòu)成部件有雙向儲能變流器、儲能電池組、并網(wǎng)及計量設(shè)備、公共電網(wǎng)、負載設(shè)備、光伏組件。目前儲能系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)方式可分為交流并網(wǎng)型和直流并網(wǎng)型兩類。圖1和圖2分別為兩種并網(wǎng)類型的拓撲結(jié)構(gòu)，戶用儲能系統(tǒng)根據(jù)容量配置級別，通常采用直流耦合拓撲結(jié)構(gòu)，并且方便接入光伏擴展組件。
針對戶用儲能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究，本文從系統(tǒng)工作模式、儲能系統(tǒng)容量配置、電池管理系統(tǒng)（BMS）、能量管理系統(tǒng)（EMS）等方面開展研究。
2.1 系統(tǒng)工作模式
戶用儲能系統(tǒng)存在充電、放電以及待機三種工作模式，通過對儲能系統(tǒng)以及各用電負荷運行狀態(tài)的檢測，進行不同模式切換。在未接入光伏的運行情況下，戶用儲能系統(tǒng)的工作模式主要依據(jù)家庭負載總功率以及電池SOC情況作為控制切換條件。
如圖3所示，設(shè)定家庭總負載功率PN，當家庭所有負載的功率處于PN 范圍內(nèi)時，戶用儲能系統(tǒng)投入供電模式一（充電模式），家庭所有負荷全部由市電供電，同時通過高電對儲能系統(tǒng)組進行充電，直至充滿或高于SOC上限值時，系統(tǒng)切換為待機工作模式。
如圖4所示，當家庭所有的負載功率超過PN時，戶用儲能系統(tǒng)投入供電模式二（放電模式），家庭所有負荷由儲能系統(tǒng)和市電同時供電，直至電池量較低或低于SOC下限值時，提示降低輸出功率至PN以下，系統(tǒng)切換為待機工作模式。
2.2 儲能電池組容量配置
在儲能電池組的容量配置上，主要考慮兩個因素：
根據(jù)用戶用電的整體需求，對儲能電池組的容量配置進行分析與確定。戶用儲能系統(tǒng)容量主要根據(jù)戶用總負荷大小決定，需保證特殊情況下必要用電設(shè)備的正常運行，所以在配置容量時，需考慮系統(tǒng)的自給時間，即離網(wǎng)戶用儲能系統(tǒng)在沒有任何外界能量來源時，僅由儲能電池組進行電能輸送，仍可保證所有設(shè)備正常運行的時長。
（2）儲能電池通過串并聯(lián)組合實現(xiàn)所需的電壓等級和儲能容量，串并聯(lián)方式需要依據(jù)實際需求合理設(shè)置。具體計算公式如下：
Q ? P /V (1)
N串 ?V /V0 (2)
N并 ? Q / Q0 (3)
式中，P為儲能系統(tǒng)配置的總能量（kWh），Q為系統(tǒng)中儲能電池組的額定容量（Ah），Q0為電池單體的額定容量，V為電池組的額定工作電壓，V0為電池的單體額定工作電壓，N串和N并分別為儲能電池組的串、并聯(lián)數(shù)量。
2.3 電池管理系統(tǒng)設(shè)計（BMS系統(tǒng)）
BMS系統(tǒng)由電池組的管理終端BMU和電池單體管理終端BCU組成兩級構(gòu)架，如圖5所示。
BCU作為儲能系統(tǒng)的基礎(chǔ)管理功能單元，主要負責電池單體中電量、溫度、電流、電壓等信息進行采集，并通過通訊將采集的數(shù)據(jù)上傳給BMU。BMU通過對BCU上傳的數(shù)據(jù)進行整理和分析，下發(fā)控制指令，實現(xiàn)電池單體之間SOC均衡，并適配合理的溫控策略，對出現(xiàn)異常的電池組發(fā)出報警進行保護。
BMS系統(tǒng)對電池組的控制功能主要有：對電池單體的溫度、電流和電壓進行檢測，同時與儲能變流器以及上位機進行通信，可對電池組提供過充、過放、過流、過溫、適中保護及告警等功能。
2.4 能量管理系統(tǒng)設(shè)計
戶用儲能系統(tǒng)中EMS的設(shè)計一般采用戶用能量管理系統(tǒng)（HEMS）模式，這種模式在結(jié)構(gòu)上對分散型用戶具有較好的適配性，每戶儲能系統(tǒng)獨立構(gòu)成，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖6所示。采集模塊輸送實時能量信息至EMS控制核心，并儲存于數(shù)據(jù)庫，控制器通過對數(shù)據(jù)分析處理，選取優(yōu)化控制策略，對儲能系統(tǒng)進行管理。用戶可通過人機交互界面、移動終端查詢系統(tǒng)相關(guān)信息，并可以對儲能系統(tǒng)進行操作。EMS可以與電網(wǎng)進行雙向的信息交互，上傳本地的用電信息，下載實時電價。
3 Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)概述
3.1概述
Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，是我司根據(jù)新型電力系統(tǒng)下微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)與微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的要求，總結(jié)國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的經(jīng)驗，專門研制出的企業(yè)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)滿足光伏系統(tǒng)、風力發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電樁的接入，進行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、風能、儲能系統(tǒng)、充電樁運行狀態(tài)及健康狀況，是一個集監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理為一體的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上以經(jīng)濟優(yōu)化運行為目標，提升可再生能源應(yīng)用，提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性、補償負荷波動；有效實現(xiàn)用戶側(cè)的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷，提高電力設(shè)備運行效率、降低供電成本。為企業(yè)微電網(wǎng)能量管理提供安全、可靠、經(jīng)濟運行提供了全新的解決方案。
微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)應(yīng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，整個能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個層：設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層和站控層。站級通信網(wǎng)絡(luò)采用標準以太網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議，物理媒介可以為光纖、網(wǎng)線、屏蔽雙絞線等。系統(tǒng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。
3.2技術(shù)標準
本方案遵循的標準有：
本技術(shù)規(guī)范書提供的設(shè)備應(yīng)滿足以下規(guī)定、法規(guī)和行業(yè)標準：
GB/T26802.1-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范的1部分：通用要求
GB/T26806.2-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)工業(yè)控制計算機基本平臺2部分：性能評定方法
GB/T26802.5-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范5部分：場地安全要求
GB/T26802.6-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范6部分：驗收大綱
GB/T2887-2011計算機場地通用規(guī)范
GB/T20270-2006信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)安全技術(shù)要求
GB50174-2018電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范
DL/T634.5101遠動設(shè)備及系統(tǒng)5-101部分:傳輸規(guī)約基本遠動任務(wù)配套標準
DL/T634.5104遠動設(shè)備及系統(tǒng)5-104部分:傳輸規(guī)約采用標準傳輸協(xié)議子集的IEC60870-5-網(wǎng)絡(luò)訪問101
GB/T33589-2017微電網(wǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定
GB/T36274-2018微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范
GB/T51341-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計標準
GB/T36270-2018微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范
DL/T1864-2018型微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范
T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)度運行規(guī)范
T/CEC150-2018低壓微電網(wǎng)并網(wǎng)一體化裝置技術(shù)規(guī)范
T/CEC151-2018并網(wǎng)型交直流混合微電網(wǎng)運行與控制技術(shù)規(guī)范
T/CEC152-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)需求響應(yīng)技術(shù)要求
T/CEC153-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)負荷管理技術(shù)導(dǎo)則
T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)度運行規(guī)范
T/CEC5005-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計規(guī)范
NB/T10148-2019微電網(wǎng)的1部分：微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則
NB/T10149-2019微電網(wǎng)2部分：微電網(wǎng)運行導(dǎo)則
3.3適用場合
系統(tǒng)可應(yīng)用于城市、高速公路、工業(yè)園區(qū)、工商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、智能建筑、海島、無電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。
3.4型號說明
本平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，即站控層、網(wǎng)絡(luò)層和設(shè)備層，詳細拓撲結(jié)構(gòu)如下：
圖1典型微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)組網(wǎng)方式
5.1實時監(jiān)測
微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機界面友好，應(yīng)能夠以系統(tǒng)一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開關(guān)等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。其中，各子系統(tǒng)回路電參量主要有：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、頻率和正向有功電能累計值；狀態(tài)參數(shù)主要有：開關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。
系統(tǒng)應(yīng)可以對分布式電源、儲能系統(tǒng)進行發(fā)電管理，使管理人員實時掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲能單元運行功率設(shè)置等。
系統(tǒng)應(yīng)可以對儲能系統(tǒng)進行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進行及時告警，并支持定期的電池維護。
微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面包括系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節(jié)能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據(jù)不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統(tǒng)信息進行顯示。
圖2系統(tǒng)主界面
子界面主要包括系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計列表等。
5.1.1光伏界面
圖3光伏系統(tǒng)界面
本界面用來展示對光伏系統(tǒng)信息，主要包括逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、輻照度/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進行展示。
5.1.2儲能界面
圖4儲能系統(tǒng)界面
本界面主要用來展示本系統(tǒng)的儲能裝機容量、儲能當前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。
圖5儲能系統(tǒng)PCS參數(shù)設(shè)置界面
本界面主要用來展示對PCS的參數(shù)進行設(shè)置，包括開關(guān)機、運行模式、功率設(shè)定以及電壓、電流的限值。
圖6儲能系統(tǒng)BMS參數(shù)設(shè)置界面
本界面用來展示對BMS的參數(shù)進行設(shè)置，主要包括電芯電壓、溫度保護限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。
圖7儲能系統(tǒng)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)界面
本界面用來展示對PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等。
圖8儲能系統(tǒng)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)界面
本界面用來展示對PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、溫度值等。同時針對交流側(cè)的異常信息進行告警。
圖9儲能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面
本界面用來展示對PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側(cè)的異常信息進行告警。
圖10儲能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面
本界面用來展示對PCS狀態(tài)信息，主要包括通訊狀態(tài)、運行狀態(tài)、STS運行狀態(tài)及STS故障告警等。
圖11儲能電池狀態(tài)界面
本界面用來展示對BMS狀態(tài)信息，主要包括儲能電池的運行狀態(tài)、系統(tǒng)信息、數(shù)據(jù)信息以及告警信息等，同時展示當前儲能電池的SOC信息。
圖12儲能電池簇運行數(shù)據(jù)界面
本界面用來展示對電池簇信息，主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當前電芯的大、小電壓、溫度值及所對應(yīng)的位置。
5.1.3風電界面
圖13風電系統(tǒng)界面
本界面用來展示對風電系統(tǒng)信息，主要包括逆變控制一體機直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、風速/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進行展示。
5.1.4充電樁界面
圖14充電樁界面
本界面用來展示對充電樁系統(tǒng)信息，主要包括充電樁用電總功率、交直流充電樁的功率、電量、電量費用，變化曲線、各個充電樁的運行數(shù)據(jù)等。
5.1.5視頻監(jiān)控界面
圖15微電網(wǎng)視頻監(jiān)控界面
本界面主要展示系統(tǒng)所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實現(xiàn)預(yù)覽、回放、管理與控制等。
5.2發(fā)電預(yù)測
系統(tǒng)應(yīng)可以通過歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)、未來天氣預(yù)測數(shù)據(jù)，對分布式發(fā)電進行短期、超短期發(fā)電功率預(yù)測，并展示合格率及誤差分析。根據(jù)功率預(yù)測可進行人工輸入或者自動生成發(fā)電計劃，便于用戶對該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。
圖16光伏預(yù)測界面
5.3策略配置
系統(tǒng)應(yīng)可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、儲能系統(tǒng)容量、負荷需求及分時電價信息，進行系統(tǒng)運行模式的設(shè)置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計劃、需量控制、有序充電、動態(tài)擴容等。
圖17策略配置界面
5.4運行報表
應(yīng)能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備規(guī)定時間的運行參數(shù)，報表中顯示電參量信息應(yīng)包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。
圖18運行報表
應(yīng)具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠?qū)Ω髯酉到y(tǒng)中的逆變器、雙向變流器的啟動和關(guān)閉等遙信變位，及設(shè)備內(nèi)部的保護動作或事故跳閘時應(yīng)能發(fā)出告警，應(yīng)能實時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護事件名稱、保護動作時刻；并應(yīng)能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關(guān)人員。
圖19實時告警
應(yīng)能夠?qū)b信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電芯溫度（鋰離子電池）、壓力（液流電池）、光照、風速、氣壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。
圖20歷史事件查詢
應(yīng)可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量包括穩(wěn)態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進行持續(xù)監(jiān)測，使管理人員實時掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況，以便及時發(fā)現(xiàn)和消除供電不穩(wěn)定因素。
1）在供電系統(tǒng)主界面上應(yīng)能實時顯示各電能質(zhì)量監(jiān)測點的監(jiān)測裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度和正序/負序/零序電流值；
2）諧波分析功能：系統(tǒng)應(yīng)能實時顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率、A/B/C三相電流總諧波畸變率、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率、偶次諧波電壓總畸變率、偶次諧波電流總畸變率；應(yīng)能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率、2-63次諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電流含有率；
3）電壓波動與閃變：系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相電壓波動值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值；應(yīng)能提供A/B/C三相電壓波動曲線、短閃變曲線和長閃變曲線；應(yīng)能顯示電壓偏差與頻率偏差；
4）功率與電能計量：系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應(yīng)能顯示三相總有功功率、總無功功率、總視在功率和總功率因素；應(yīng)能提供有功負荷曲線，包括日有功負荷曲線（折線型）和年有功負荷曲線（折線型）；
5）電壓暫態(tài)監(jiān)測：在電能質(zhì)量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發(fā)生時，系統(tǒng)應(yīng)能產(chǎn)生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關(guān)人員；系統(tǒng)應(yīng)能查看相應(yīng)暫態(tài)事件發(fā)生前后的波形。
6）電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計：系統(tǒng)應(yīng)能顯示1min統(tǒng)計整2h存儲的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，包括均值、95%概率值、方均根值。
7）事件記錄查看功能：事件記錄應(yīng)包含事件名稱、狀態(tài)（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續(xù)時間、事件發(fā)生的時間。
圖21微電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量界面
應(yīng)可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進行遠程遙控操作。系統(tǒng)維護人員可以通過管理系統(tǒng)的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預(yù)置、遙控返校、遙控執(zhí)行的操作順序，可以及時執(zhí)行調(diào)度系統(tǒng)或站內(nèi)相應(yīng)的操作命令。
圖22遙控功能
應(yīng)可在曲線查詢界面，可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。
圖23曲線查詢
具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。對微電網(wǎng)與外部系統(tǒng)間電能量交換進行統(tǒng)計分析；對系統(tǒng)運行的節(jié)能、收益等分析；具備對微電網(wǎng)供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數(shù)等分析；具備對并網(wǎng)型微電網(wǎng)的并網(wǎng)點進行電能質(zhì)量分析。
圖24統(tǒng)計報表
系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。
圖25微電網(wǎng)系統(tǒng)拓撲界面
本界面主要展示微電網(wǎng)系統(tǒng)拓撲，包括系統(tǒng)的組成內(nèi)容、電網(wǎng)連接方式、斷路器、表計等信息。
可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進行管理、控制、數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。系統(tǒng)維護人員可以通過管理系統(tǒng)的主程序右鍵打開通信管理程序，然后選擇通信控制啟動所有端口或某個端口，快速查看某設(shè)備的通信和數(shù)據(jù)情況。通信應(yīng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。
圖26通信管理
應(yīng)具備設(shè)置用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控操作，運行參數(shù)修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
圖27用戶權(quán)限
應(yīng)可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各相關(guān)電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力系統(tǒng)安全運行水平有著重要作用。其中故障錄波共可記錄16條，每條錄波可觸發(fā)6段錄波，每次錄波可記錄故障前8個周波、故障后4個周波波形，總錄波時間共計46s。每個采樣點錄波至少包含12個模擬量、10個開關(guān)量波形。
圖28故障錄波
可以自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時掃描數(shù)據(jù)，包括開關(guān)位置、保護動作狀態(tài)、遙測量等，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
用戶可自定義事故追憶的啟動事件，當每個事件發(fā)生時，存儲事故qian10個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關(guān)點數(shù)據(jù)。啟動事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點可由用戶規(guī)定和隨意修改。
圖29事故追憶
6硬件及其配套產(chǎn)品
序號 | 設(shè)備 | 型號 | 圖片 | 說明 |
1 | 能量管理系統(tǒng) | Acrel-2000MG |
| 內(nèi)部設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，由通信管理機、工業(yè)平板電腦、串口服務(wù)器、遙信模塊及相關(guān)通信輔件組成。 數(shù)據(jù)采集、上傳及轉(zhuǎn)發(fā)至服務(wù)器及協(xié)同控制裝置。 策略控制:計劃曲線、需量控制、削峰填谷、備用電源等 |
2 | 顯示器 | 25.1英寸液晶顯示器 |
| 系統(tǒng)軟件顯示載體 |
3 | UPS電源 | UPS2000-A-2-KTTS |
| 為監(jiān)控主機提供后備電源 |
4 | 打印機 | HP108AA4 |
| 用以打印操作記錄，參數(shù)修改記錄、參數(shù)越限、復(fù)限，系統(tǒng)事故，設(shè)備故障，保護運行等記錄，以召喚打印為主要方式 |
5 | 音箱 | R19U |
| 播放報警事件信息 |
6 | 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機 | D-LINKDES-1016A16 |
| 提供16口百兆工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機解決了通信實時性、網(wǎng)絡(luò)安全性、本質(zhì)安全與安全防爆技術(shù)等技術(shù)問題 |
7 | GPS時鐘 | ATS1200GB |
| 利用gps同步衛(wèi)星信號，接收1pps和串口時間信息，將本地的時鐘和gps衛(wèi)星上面的時間進行同步 |
8 | 交流計量電表 | AMC96L-E4/KC |
| 電力參數(shù)測量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率,頻率、功率因數(shù)等)、復(fù)費率電能計量、 四象限電能計量、諧波分析以及電能監(jiān)測和考核管理。多種外圍接口功能:帶有RS485/MODBUS-RTU協(xié)議:帶開關(guān)量輸入和繼電器輸出可實現(xiàn)斷路器開關(guān)的"遜信“和“遙控"的功能 |
9 | 直流計量電表 | PZ96L-DE |
| 可測量直流系統(tǒng)中的電壓、電流、功率、正向與反向電能。可帶RS485通訊接口、模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、開關(guān)量輸入/輸出等功能 |
10 | 電能質(zhì)量監(jiān)測 | APView500 |
| 實時監(jiān)測電壓偏差、頻率俯差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、諾波等電能質(zhì)量，記錄各類電能質(zhì)量事件,定位擾動源。 |
11 | 防孤島裝置 | AM5SE-IS |
| 防孤島保護裝置，當外部電網(wǎng)停電后斷開和電網(wǎng)連接 |
12 | 箱變測控裝置 | AM6-PWC |
| 置針對光伏、風能、儲能升壓變不同要求研發(fā)的集保護，測控，通訊一體化裝置，具備保護、通信管理機功能、環(huán)網(wǎng)交換機功能的測控裝置 |
13 | 通信管理機 | ANet-2E851 |
| 能夠根據(jù)不同的采集規(guī)的進行水表、氣表、電表、微機保護等設(shè)備終端的數(shù)據(jù)果集匯總: 提供規(guī)約轉(zhuǎn)換、透明轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)加密壓縮、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、邊緣計算等多項功能:實時多任務(wù)并行處理數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，可多鏈路上送平臺據(jù): |
14 | 串口服務(wù)器 | Aport |
| 功能:轉(zhuǎn)換“輔助系統(tǒng)"的狀態(tài)數(shù)據(jù)，反饋到能量管理系統(tǒng)中。 1)空調(diào)的開關(guān)，調(diào)溫，及完quan斷電(二次開關(guān)實現(xiàn)) 2)上傳配電柜各個空開信號 3)上傳UPS內(nèi)部電量信息等 4)接入電表、BSMU等設(shè)備 |
15 | 遙信模塊 | ARTU-K16 |
| 1)反饋各個設(shè)備狀態(tài)，將相關(guān)數(shù)據(jù)到串口服務(wù)器: 讀消防VO信號，并轉(zhuǎn)發(fā)給到上層(關(guān)機、事件上報等) 2)采集水浸傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā)3)給到上層(水浸信號事件上報) 4)讀取門禁程傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā) |
7結(jié)束語
本文對基于微電網(wǎng)的戶用儲能系統(tǒng)進行研究，分別從系統(tǒng)工作模式、儲能電池組容量配置、電池管理系統(tǒng)設(shè)計、能量管理系統(tǒng)設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)進行了研究，從而實現(xiàn)了對微電網(wǎng)的實時監(jiān)控、發(fā)用電預(yù)測、儲能調(diào)度優(yōu)化和信息綜合管理。本系統(tǒng)已在電力研究院和多個能源電力公司推廣運行,達到其微電網(wǎng)的經(jīng)濟優(yōu)化運行,具有推廣應(yīng)用價值,有助于綠色、節(jié)能微電網(wǎng)的推廣。
參考文獻：
[1] 許守平,李相俊,惠東.大規(guī)模儲能系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及示范應(yīng)用綜述[J].電網(wǎng)與清潔能源,2013, 29(8):94-100,108.
[2] 章建峰,楊禎,鮑陳磊,等.儲能系統(tǒng)在分布式發(fā)電中的應(yīng)用[J].船舶工程,2015,37(S1): 131-134,226.
[3] 李飛,肖仕武,徐歌,等.儲能系統(tǒng)在區(qū)域電網(wǎng)一次調(diào)頻中的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代電力,2017,34(2):67-73.
[4] 劉建濤,曹雷,馬杰,等.基于儲能系統(tǒng)的用戶光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟性分析[J].太陽能學報,201,33(11):1887-1892.
[5] 戴 璐,譚德權(quán),歐明文.基于微電網(wǎng)的戶用儲能系統(tǒng)研究.
[6] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022年05版.
作者介紹：
任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。
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