安科瑞刘鸿鹏

摘要

在碳达峰、碳中和“双碳”战略日益深入的背景下，传统能源系统亟需向绿色、智能的方向转型。微电网作为集成可再生能源、储能系统和能量管理的自治型电力网络，已成为推动企业能源结构优化和可持续发展的重要手段。本文基于安科瑞Acrel2000MG微电网能量管理系统的架构和应用实践，分析其在新能源消纳、负荷调节、电网互动和能效提升等方面的核心作用，并探讨其在工业园区、商业建筑、充电站等典型场景中的实际价值与发展前景。

1. 引言

双碳目标的提出促使企业纷纷加快能源结构调整步伐。然而，新能源如风电、光伏具备波动性与间歇性，难以直接与负荷和电网匹配，储能与调度成为关键瓶颈。微电网作为以“源—网—荷—储—充”为一体的分布式能源系统，正成为能源转型的核心载体。其能量管理系统则是整个微电网智能运行的“大脑”，决定着系统是否能安全、低碳、经济地运行。

2. 背景与需求

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3. 储能分类

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。

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3.1 储能分类：

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。

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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。

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3.2 市场分类

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3.3 风力发电

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。

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（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。

（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。

（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）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。

3.4 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。

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电池组是储能系统最主要的构成部分；

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；

172，。有任何问题，。6972，。

都可以随时问的，。5322，。

3.5 储能电池

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，由多个电池串经并联而成。

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3.6 储能系统PCS

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（如单级AC/DC、双级AC/DC+DC/DC、单级并联、双级并联、级联多电平结构等），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

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3.7 储能BMS

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。

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电池模块、电池簇和电池阵列的储能系统宜采用三层架构的电池管理系统

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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。

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3.8 储能集装箱

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。

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4. 微电网能量管理系统

微电网能量管理系统 是一套具有发电优化调度、负荷管理、实时监测并自动实现微电网同步等功能的能量管理系统。

Acrel-2000MG微电网系统解决方案，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；平台根根据新的电网价格、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，确保企业微电网始终安全，满足微电网运行监视多面化、安全分析智能化、调整控制前瞻化、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，实现能源效益、经济效益和环境效益大化。

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4.1 控制逻辑

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4.2 核心功能

实时监测：采集电压、电流、功率、电能质量等数据，实现系统动态监控；

能耗分析：按区域、设备、能源种类分类统计能耗与成本；

智能预测：基于LSTM神经网络算法对未来4h\~72h的光伏出力进行预测，预测精度超过80%；

协调控制：通过储能系统对新能源波动进行缓冲，实现系统频率、电压稳定；

经济调度：依据电价与用电负荷进行峰谷调节、备用电源切换与需量控制；

多策略支持：支持削峰填谷、黑启动、防逆流、柔性充电、备用电源等运行策略；

全量监控：打通EMS、安防、消防、电能质量、充电平台等多系统，实现全局可视。

4. 3系统界面

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。

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储能控制

系统综合数据：电参量数据、充放电量数据、节能减排数据；

运行模式：峰谷模式、计划曲线、需量控制等；

统计电量、收益等数据；

储能系统功率曲线、充放电量对比图，实时掌握储能系统的整体运行水平。

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光伏监控

光伏系统总出力情况；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，识别低效发电电站；发电收益统计(补贴收益、并网收益)；辐照度/风力/环境温湿度监测；并网电能质量监测及分析

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光伏预测

以海量发电和环境数据为根源；以高精度数值气象预报为基础；

采用多维度同构异质BP、LSTM神经网络光功率预测方法：时间分辨率：15min ；超短期未来4h预测精度＞90%；短期未来72h预测精度＞80%

主要功能：短期光伏功率预测、超短期光伏功率预测、数值天气预报管理、误差统计计算、实时数据管理、历史数据管理、光伏功率预测数据人机界面

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风电监控

风力发电系统总出力情况；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，识别低效发电电站；发电收益统计(补贴收益、并网收益)；风力/风速/气压/环境温湿度监测；并网电能质量监测及分析。

充电桩系统

实时监测充电系统的充电电压、电流、功率及各充电桩运行状态；统计各充电桩充电量、电费等；针对异常信息进行故障告警；根据用电负荷柔性调节充电功率。

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电能质量

对整个系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续性的监测。如电压谐波、电压闪变、电压不平衡等稳态数据和电压暂升/暂降、电压中断暂态数据进行监测分析及录波展示，并对电压、电流瞬变进行监测。

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5. 微电网能量管理系统在“双碳”背景下的作用

提升新能源消纳能力

微电网系统通过调度储能与灵活负荷响应，使风光发电“即发即用”、多余电量“储而不弃”，解决“弃风弃光”问题，实现就地消纳。

促进企业能源自主与用能优化

通过削峰填谷、自发自用、动态扩容等策略，显著降低企业电力峰值负荷，减少电价成本，增强企业在电价市场中的议价能力。

增强电力系统韧性与安全保障

系统支持并/离网自动切换与黑启动，可保障关键负荷在大电网断电时独立运行至少2小时，提升电力安全等级。

 支撑绿色低碳发展路径

系统通过碳排放监测与节能量评估，为企业绿色能源转型提供量化依据，支撑绿色工厂认证与碳资产管理。

6. 典型应用场景分析

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7. 案例分析

在江阴某光储充微电网项目中，系统整合了118kW光伏、10kW风电、100kWh储能系统及20个充电桩，接入Acrel2000MG系统，实现了峰谷套利、备用电源、黑启动、能效评估等多策略运行模式，年节电率超过15%，增强碳减排。

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结语

在“双碳”战略推进的新时代，微电网不只是技术概念，更是实现企业能源转型、降本增效、绿色发展的关键基础设施。而微电网能量管理系统作为整个系统的大脑，将决定微电网是否真正具备“智能化、自主化、绿色化”的运行能力。未来，随着AI调度算法、区块链碳管理与新型电力市场机制的融合，微电网管理系统将在推动中国能源结构优化、实现高质量发展中发挥不可替代的作用。

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