安科瑞Acrel-2000MG微电网能量管理系统
Acrel-2000MG微电网能量管理系统，是我司根据新型电力系统下微电网监控系统与微电网能量管理系统的要求，总结国内外的研究和生产的经验，专门研制出的企业微电网能量管理系统。本系统满足光伏系统、风力发电、储能系统以及充电桩的接入，整天进行数据采集分析，直接监视光伏、风能、储能系统、充电桩运行状态及健康状况，是一个集监控系统、能量管理为一体的管理系统。该系统在安全稳定的基础上以经济优化运行为目标，促进可再生能源应用，提高电网运行稳定性、补偿负荷波动；有效实现用户侧的需求管理、消除昼夜峰谷差、平滑负荷，提高电力设备运行效率、降低供电成本。为企业微电网能量管理提供安全、可靠、经济运行提供了全新的解决方案。
微电网能量管理系统应采用分层分布式结构，整个能量管理系统在物理上分为三个层：设备层、网络通信层和站控层。站级通信网络采用标准以太网及TCP/IP通信协议，物理媒介可以为光纤、网线、屏蔽双绞线等。系统支持Modbus RTU、Modbus TCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT 等通信规约。
1 应用场所
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。
2.1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，实时监测光伏、风电、储能、充电桩等各回路电压、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：相电压、线电压、三相电流、有功/无功功率、视在功率、功率因数、频率、有功/无功电度、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。
2.1.1.1 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。
2.1.1.2 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。
7.1.1.3 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。
7.1.1.4 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。
2.1.1.5 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。
2.2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
2.3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、防逆流、有序充电、动态扩容等。
具体策略根据项目实际情况（如储能柜数量、负载功率、光伏系统能力等）进行接口适配和策略调整，同时支持定制化需求。
图 17 策略配置界面
2.4运行报表
应能查询各子系统、回路或设备规定时间的运行参数，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、尖峰平谷时段电量等。
图 18 运行报表
2.5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
2.6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
2.7 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、三相电压不平衡度和正序/负序/零序电压值、三相电流不平衡度和正序/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
2.8 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
2.9 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
2.10 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发电、用电、充放电情况，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
2.11 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。
2.12 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Modbus RTU、Modbus TCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104 、MQTT等通信规约。
图 26 通信管理
2.13 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）。可以定义不同级别用户的登录名、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
2.14 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
2.15 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规定和随意修改。
图 29 事故追忆
9 系统硬件配置
名称 | 型号 | 图片 | 功能 | ||||
微电网能量管理系统 | Acrel-2000MG |
| 系统能够对企业微电网的源（市电、分布式光伏、微型风机）、网（企业内部配电网）、荷（固定负荷和可调负荷）、储能系统、新能源汽车充电负荷进行实时监控、诊断告警、全景分析、有序管理和控制功能，满足微电网运行监视整体化、安全分析智能化、调整控制前瞻化、全景分析动态化的需求，实现不同目标下源网荷储资源之间的灵活互动，支持多种策略控制下系统的稳定运行，保证微电网安全、可靠、稳定运行 | ||||
通信管理机 | ANet-YW1E1 |
| 1路10M/100M以太网口、 2路RS485与232复用串口，可选1路移动4G上传通道；软件支持工业&电力协议转换、多通道上传、工程备份和远程管理、数据断线存储等，标准数据容量为100点 | ||||
协调控制器 | ACCU-100 |
| 支持串口、以太网等多通道实时运行，满足各类风电与光伏逆变器、储能等设备接入；支持 Modbus RTU、Modbus TCP、IEC 60870-5-101、IEC 60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT 等通信规约，可实现云边协同（结合安科瑞智慧能源管理云平台进行远程运维）、OTA 升级、就地/远程切换、本地人机交互（选配）；灵活的报警阈值设置、主动上传报警信息、数据合并计算、逻辑控制、断点续传、数据加密、4G 路由；防逆流、计划曲线、削峰填谷、需量控制、有功/无功控制、光储协调等，并支持策略定制;基于不可信模型设计的用户权限，防止非法用户侵入；基于数据加密与数据安全验证技术，采用数据标定与防篡改机制，实现数据固证和可追溯；采集分析包括电池、温控及消防在内的全站信号与测量数据，实现运行安全预预测。 | ||||
模块化智能网关 主模块 | ANet-2E4SM |
| 2 路 10/100M 自适应以太网接口 | ||||
模块化智能网关 扩展模块 | ANet-M485 |
| ANet-2E4SM的拓展模块，拓展4路RS485串行接口 | ||||
模块化智能网关 扩展模块 | ANet-M4G |
| ANet-2E4SM的拓展模块，拓展4G上传功能 | ||||
可编程智能电测表 | AMC96L-E4/KC(II) |
| 集成全部电力参数的测量(如单相或者三相的电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率、频率、功率因数等)、复费率电能计量、四象限电能计量、谐波分析以及电能监测和考核管理。多种外围接口功能：带有RS485/MODBUS-RTU协议；带开关量输入和继电器输出可实现断路器开关的“遥信”和“遥控”的功能，采用LCD显示界面，通过面板按键来实现参数设置和控制，非常适合于实时电力监控系统。 | ||||
直流监测仪表 | PZ96L-DE |
| 可测量直流系统中的电压、电流、功率、正向与反向电能。可带RS485通讯接口、模拟量数据转换、开关量输入/输出等功能，既可用于本地显示，又能与工控设备、计算机连接，组成测控系统 | ||||
防孤岛保护装置 | AM5SE-IS |
| 指防止分布式电源并网发电系统非计划持续孤岛运行的继电保护措施，防止电网出现孤岛效应。孤岛是一种电气现象，发生在一部分的电网和主电网断开，而这部分电网由分布式电源系统来供电。在微电网中一定要配备防孤岛装置。装置具有低电压保护、过电压保护、高频保护、低频保护、逆功率保护、检同期、有压合闸等保护功能。 | ||||
箱变测控装置 | AM6-PWC |
| 具备保护、通信管理机功能、环网交换机功能的测控装置 | ||||
电能质量监测装置 | APView500 |
| 集谐波分析/波形采样/电压闪变监测/电压不平衡度监测等稳态监测、电压暂降/暂升/短时中断等暂态监测、事件记录、测量控制等功能为一体。装置在电能质量指标参数测量方法的标准化和指标参数的测量精度以及时钟同步、事件标记功能等各个方面均达到了IEC61000-4-30 标准，能够满足110kV及以下供电系统电能质量监测的要求。 | ||||
故障解列装置 | AM6-A1 |
| 适用于 110kV 以下电压等级的负荷侧或小电源侧的故障解列 | ||||
三遥单元 | ARTU-K16 |
| 对现场工业设备的状态进行监测和控制，分为开关量信号采集和继电器输出，用于执行系统的遥控操作。 |
9 结束语
目前，全球能源结构正朝着清洁能源化、智能化、分布式化的方向不断发展，微电网系统作为一个能够实现清洁能源利用、智能化控制和分布式供电的系统，其市场前景非常广阔。而且，考虑到人口增长和城市化的趋势，以及能源效率和环境保护的需求，微电网系统将成为解决城市能源供需矛盾的重要手段。同时，随着新能源技术的逐步成熟和智能化技术的不断应用，微电网系统也将逐渐走向普及化。微电网系统的设计与优化重要性日益凸显，因此，要不断加大这方面的研究与技术创新，以提高微电网系统的能效和可靠性。
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