浅谈太阳能光伏发电技术与电能管理

程瑜 187 0211 2087

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：太阳能光伏发电技术综合了半导体材料、电力电子技术、现代控制技术、蓄电池技术和电力工程技术，已成为当前新能源发电领域备受研究关注的综合性技术，具有发电过程简单、电能供应稳定、使用范围广、清洁无污染等优点的太阳能光伏发电技术。在当前绿色能源背景下，太阳能光伏发电技术在我国取得了长足发展，重要性日益凸显。介绍光伏发电基本原理、常见技术，阐述国内外现有光伏发电技术现状，探讨光伏发电技术应用，展望光伏发电技术的发展方向。

关键词：太阳能；光伏发电技术；新能源；光伏行业；新能源行业

0、前言

为了确保维护人类的生态环境并减轻大气污染的影响，各国正努力促进可再生能源的研发。太阳能发电作为其中的重要组成部分，备受关注。太阳能发电相较于水电、风电、核电等能源形式，具备多项显著的优势。首先，太阳能发电系统操作时无噪音，不会对周围环境产生噪声污染，有利于保持生态平衡。其次，太阳能发电过程中不产生有害气体，无污染排放，有助于减缓气候变化和改善空气质量。三，太阳能发电受制约较少，光伏电池的安装可以灵活进行，适用于多种地形和环境条件。四，太阳能发电系统的故障率相对较低具有较高的可靠性和稳定性。太阳能设备维护简便，大大降低了运营成本。

通过多年的开发，太阳能发电取得了长足的发展。根据所利用的资源不同，太阳能发电可分为太阳能热发电和太阳能光发电，后者即人们常说的太阳能光伏发电。截至2022年底，全球光伏电站的累计装机容量达到约1,101GW，至少有20个的光伏累计装机容量超过1GW，其中，中国累计装机容量居首（如图1），巩固了全球光伏电站*大的装机国地位。这表明光伏发电在全球范围内得到了迅速地推广和发展，成为主要的清洁能源之一。

数据来源：《2023年全球光伏市场快照报告》

随着技术的不断进步和应用的推广，太阳能发电有望成为推动全球可持续发展的关键力量，助力构建更加清洁、绿色的能源未来。通过介绍光伏发电基本原理、常见技术，总结国内外现有光伏发电技术现状，讨论光伏发电技术的应用，展望光伏发电技术的发展方向。

1、太阳能光伏发电技术概述

1.1光伏发电基本原理

太阳能电池在太阳能光伏发电中扮演着关键的能量转化角色。太阳能光伏发电的基本原理是通过光生伏特效应将太阳光直接转化为电能。当太阳光照射到太阳能电池表面时，光生电子和空穴被生成，由内建电场调控后形成光生电压，这过程实现了将光能直接转化为电能，成为太阳能电池的关键步骤。一旦接人负载，光生电压驱动电子流动，完成电能输出与利用。这一高效、可再生的能源转化方式为清洁能源的可持续利用提供了技术基础，有望在能源领域发挥更大作用。

1.2太阳能电池技术

太阳能电池在光伏发电系统中是关键组件，负责将太阳光转化为电能，效率越高性能越好。市场上主要有多晶硅、薄膜太阳能电池和单晶硅三种类型。多晶硅电池成本相对较低但光电转换效率稍低，薄膜电池轻薄柔性且成本低但效率相对较低，而单晶硅电池效率高但制造成本高。太阳能电池技术研发方向包括提高转换效率、降低制造成本、改善系统可持续性和可靠性。提高效率增强能量捕获效果，降低成本有助于技术推广，而改善可持续性和可靠性确保系统在各种环境下稳定运行，促进太阳能发电的长期应用。

1.3“孤岛效应”检测技术

孤岛效应，即在电力网络中断电供应的情况下，光伏并网发电系统持续运转，为周边负荷供应电能，构建了无法受电力公司操控的独立供电体系。这种情况可能导致电压和频率失去有效控制，存在潜在风险影响用户设备和维修人员。光伏并网发电系统进入孤岛状态可引发一系列问题，如果遇到电压和频率难以有效调节这种事情，那么很有可能造成用户设备受损这种情况；同时，如果是维修人员也是很可能会因孤岛中的带电线路而处于危险的情境中。高性能孤岛检测系统能迅速检测电网故障，在毫秒级别内采取措施，具有可设置的灵敏度和自动重连时间，有效减少孤岛期间的电力中断，提高系统可靠性。此外，孤岛检测技术兼容不同型号的光伏系统和逆变器，符合国际安全标准，增强了系统的灵活性和通用性。主动式孤岛检测方法包括输出功率扰动法、主动频率偏移法等，其中频率偏移法易操作且实用性强，广泛应用于实际场景，旨在及时识别光伏并网发电系统的孤岛状态，确保电力系统的稳定性和可靠性。

1.4聚光光伏技术

聚光光伏技术是区别于传统光伏系统的，聚光光伏发电系统主要由太阳跟踪机构、组件框架、聚光镜、太阳能接收器组成，即通过高效率的光伏电池将聚焦后的太阳光直接转化为电能的技术，其中，聚光光伏（ConcentratedPhotovoltaics）是聚光太阳能发电技术中*典型的代表。这种系统能够*大程度地利用太阳能，提高光伏系统的能量输出。聚光光伏系统使用的光伏电池的效率通常高于传统太阳能电池，可达30%至40%，其常见的聚光比在300倍到1000倍之间。在实际应用中，CPV系统的跟踪精度可以达到亚角秒（sub一arcsecond）的级别。这样的高精度跟踪系统可以确保太阳光在不同季节和天气条件下始终被准确地聚焦在太阳能电池上，从而*大程度地提高能源转换效率。与适用于各种光照条件下、无需高度聚光的传统太阳能电池不同的是，CPV系统适用于要求高效能的环境，如阳光直射强烈的沙漠地区，使其能更有效地利用阳光。聚光光伏技术以其显著的光电转换效率优势成为新兴电能生产模式，有望解决传统能源供应不足，实现更高的发电功率密度。然而，该技术对光学器件制造和调整、系统维护以及安全方面提出了严格要求。通过对砷化镓（GaAs）薄膜电池等聚光发电技术的研究，聚光光伏技术有望在大规模光伏发电项目中得到广泛应用。作为新兴发电技术，聚光光伏发电标志着可再生能源进人更高效和可持续的阶段。通过优化太阳能的捕获和转换过程，该技术不仅提高了发电效率，还减少了对传统能源的依赖。引人聚光光伏发电技术将为可再生能源领域注人新的活力，为清洁能源的可持续发展创造更有利的条件。随着技术不断创新和应用，聚光光伏发电有望为全球能源格局带来积极的变革，对环境保护至关重聚光光伏技术是区别于传统光伏系统的，聚光光伏发电系统主要由太阳跟踪机构、组件框架、聚光镜、太阳能接收器组成，即通过高效率的光伏电池将聚焦后的太阳光直接转化为电能的技术，其中，聚光光伏（ConcentratedPhotovoltaics）是聚光太阳能发电技术中*典型的代表。这种系统能够*大程度地利用太阳能，提高光伏系统的能量输出。聚光光伏系统使用的光伏电池的效率通常高于传统太阳能电池，可达30%至40%，其常见的聚光比在300倍到1000倍之间。在实际应用中，CPV系统的跟踪精度可以达到亚角秒（sub一arcsecond）的级别。这样的高精度跟踪系统可以确保太阳光在不同季节和天气条件下始终被准确地聚焦在太阳能电池上，从而*大程度地提高能源转换效率。与适用于各种光照条件下、无需高度聚光的传统太阳能电池不同的是，CPV系统适用于要求高效能的环境，如阳光直射强烈的沙漠地区，使其能更有效地利用阳光。聚光光伏技术以其显著的光电转换效率优势成为新兴电能生产模式，有望解决传统能源供应不足，实现更高的发电功率密度。然而，该技术对光学器件制造和调整、系统维护以及安全方面提出了严格要求。通过对砷化镓（GaAs）薄膜电池等聚光发电技术的研究，聚光光伏技术有望在大规模光伏发电项目中得到广泛应用。作为新兴发电技术，聚光光伏发电标志着可再生能源进人更高效和可持续的阶段。通过优化太阳能的捕获和转换过程，该技术不仅提高了发电效率，还减少了对传统能源的依赖。引人聚光光伏发电技术将为可再生能源领域注人新的活力，为清洁能源的可持续发展创造更有利的条件。随着技术不断创新和应用，聚光光伏发电有望为全球能源格局带来积极的变革，对环境保护至关重要，为能源行业的未来发展打开斩新前景。

2、国内外太阳能光伏发电技术发展现状

2.1国外太阳能光伏发电技术现状

近年来，光伏技术在全球范围内备受关注，各国纷纷加大对其研究和产业发展的投人，推动了光伏发电领域的快速创新和广泛应用，尤其是多晶硅太阳能电池在各类电池中应用*为广泛。这种趋势反映了对清洁能源的迫切需求，标志着光伏技术作为未来能源的主要选择之一。通过不断提升光伏发电技术水平，各国积极致力于提高发电效率、降低成本，例如，对电网结构和表面处理的不断优化等方法，积极寻求更加可持续和环保的能源解决方案。这一努力不仅为推动可再生能源行业的发展注入了新的动力，光电转换效率得以提升，同时也为实现全球清洁能源转型目标奠定了坚实的基础。在光伏技术的引领下，有望迎来更加绿色、可持续的能源时代。

除了多晶硅太阳能电池，薄膜太阳能电池采用非晶硅、铜镓硒（CIGS）、铜傢硫（CIS）等材料制成薄膜层，具备较低的生产成本和更好的适应性。这种新型太阳能电池在柔性和轻质性能方面表现出色，使得其在建筑一体化、便携式设备以及光伏电池组件的应用方面具备更大的灵活性。薄膜太阳能电池的制备过程相对简单，生产能耗较低，这不仅有望降低整体能源生产的环境影响，还能够推动太阳能技术在更广泛的应用领域取得突破。随着对清洁能源的不断追求，薄膜太阳能电池的研究和应用将成为太阳能领域一个备受关注的发展方向。

为了进一步提高太阳能电池的效率，国际研究机构正在积极探索和开发新型高效太阳能电池技术。其中，光伏领域的创新不断涌现，涉及多种新材料和结构设计。一些新型太阳能电池技术，如钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池和双面太阳能电池等，正在成为研究热点。钙钛矿太阳能电池以其高效的光电转换率和相对低的制造成本而备受瞩目。其灵活性和轻量化的特性使其在建筑集成和便携设备等领域具有广泛应用潜力。同时，有机太阳能电池通过采用有机半导体材料，拓展了光伏技术的应用领域，为柔性电子和可穿戴设备提供了更多可能性。双面太阳能电池则以其能够吸收正反两面光线的设计，提高了光能的利用效率。这种技术适用于多种场景，包括大型光伏电站和建筑一体化项目。这些新型技术的研发推动了太阳能电池的性能和应用领域的不断拓展，为清洁能源未来的发展注人了新的活力。

此外，多级太阳能电池作为一种创新型电池，通过将不同材料的多个薄膜层叠加在一起，实现了对光谱的多级吸收和电子的多级传输，进一步提高了光电转换效率[。这一系列技术创新推动了太阳能电池行业的不断进步，为可再生能源的更加广泛应用奠定了坚实基础。

2.2国内太阳能光伏发电技术现状

在20世纪70年代，我国太阳能光伏发电产业初露端倪。当时，太阳能电池及相关装置的生产量起步较为艰难，随着政策支持和技术创新的不懈推动，产业经历了20多年的发展，取得了显著的成果。太阳能光伏技术逐渐成熟，产品性能稳步提升，生产规模也实现了迅猛增长。我国太阳能光伏发电产业逐渐步人稳健发展的阶段。对可再生能源的支持政策不断完善，各类技术创新层出不穷，太阳能光伏产业链逐渐完备。同时，市场需求的不断增长也推动了太阳能光伏产业的繁荣发展。这一阶段的发展为我国太阳能光伏产业奠定了坚实的基础，为未来的可再生能源发展奠定了重要的技术和产业基础。

尽管太阳能光伏技术在农村地区取得了一定的成功，但在实现大规模并网发电方面，仍面临一些挑战。我国电力结构需要进一步发展和优化，以更好地适应不断增长的市场需求。为了推动太阳能光伏技术在全国范围内的普及和应用，需要建立健全的政策体系，提供更多的激励措施，包括财政和税收支持，降低设备成本，并加大对研发的资金投入。在政策支持的基础上，不断提高太阳能光伏技术的效益和可靠性，增加其在电力系统中的比重。技术创新、产业链升级以及国际合作将是未来太阳能光伏产业发展的重要方向。通过各方共同努力，太阳能光伏技术有望在我国实现更为广泛和深入的应用，为清洁能源的可持续发展做出更大的贡献。

太阳能光伏发电技术应用

3.1独立光伏发电系统

独立光伏发电系统，展现了在不同应用场景中的独特优势和特点，与并网发电系统形成对比。首先，独立光伏发电系统不依赖于电网，具备自主运行的能力。这使得它在偏远地区、无电区域或需要临时电源的场合中具有独特的适用性。独立光伏发电系统通常采用直流供电或交流供电的方式，具备一定的灵活性。相比并网发电系统，独立系统的设计更为简单，更容易实现。

然而，独立光伏发电系统也面临一些挑战，特别是在稳定性方面。受天气变化影响大，稳定性相对较差，因此更适用于一些特定环境下的独立供电需求。未来，随着技术的不断进步和研究的深入，独立光伏发电系统有望。

尽管独立光伏发电系统稳定性相对较低，但其在偏远地区提供电力的优势使其在特定应用场景中具有独特的价值。未来随着技术的不断发展，独立光伏发电系统的性能和稳定性有望得到进一步提升从而在更多领域发挥其独特的优势，为更广泛的应用场景创造更多可能，为能源供应提供更为灵活和可持续的解决方案。

3.2并网光伏发电系统

并网光伏发电系统通过与公共电网相连接，展现了其在电力领域中的重要性和广泛应用。这种系统在能源替代和供电效率方面表现出色，相较于独立光伏发电系统具有一系列优势。首先，与公共电网连接使得系统能够随时调节供电状态，确保稳定的电力输出。其能源替代效果显著，对环境污染的减少和能耗控制的提高具有积极作用。

并网光伏发电系统的工作原理简单而高效，光能通过光伏电池转化为电能，然后与公共电网连接，实现电能的传输和共享。这一连接还带来了电网调峰的功能，有助于维持电网末端电压的稳定，改善功率因数，减少电网损耗。而且，其具备与电网相互交互的特性，随时可以向电网存取电能，使系统更加灵活。

在建筑物应用方面，与公共电网连接的并网光伏发电系统通常采用建筑一体化的模式。光伏方阵与建筑物相结合，形成屋顶光伏方阵、墙面光伏方阵等，不仅能够为建筑内部提供电能，还能将多余的电能返还给电网。相较于独立系统，不再依赖蓄电池可以降低建设成本，提高供电可靠性。

总体而言，并网光伏发电系统在当前电力工业中扮演着重要的角色，是推动太阳能光伏技术主流发展的重要方向。其清洁、高效、可持续的特点使其成为当今世界电力系统中备受关注的关键技术之一。

3.3混合光伏发电系统

混合光伏发电系统中的“混合”一词，是指将太阳能与其他非太阳能能源的发电系统进行整合，以实现更全面的能源利用和更稳定的供电。这一系统设计的核心思想在于充分发挥各种能源系统的优势，从而在不同条件下保证电力的持续供应。

在混合光伏发电系统中，太阳能与生物质能发电系统、风力发电系统、地热发电系统等可以相互协调工作。这种整合的方式不仅可以弥补光伏发电系统在一些气候条件下稳定性较差的问题，还能有效控制负载缺电率，减少对天气的依赖性。例如，在冬天风力较大且日照较差的地区，通过与风力发电系统混合使用，可以更好地应对气象变化，保持系统的稳定性。

混合光伏发电系统的整合形式既可以采用并网方式，也可以是独立系统。这样的设计不仅提高了系统的灵活性，还能更好地适应不同地区的能源需求。并网形式下，系统可以灵活地向电网存取电能，减少线路损耗，提高电力系统的整体效益。而独立形式下，系统则更具自主供电能力，适用于一些偏远地区或特殊场合。

混合光伏发电系统的发展，有望为能源领域带来更为灵活、可靠的解决方案，实现多能源协同发电的目标。这也进一步推动了清洁能源技术的发展，为全球可持续能源体系的建设做出了积极的贡献。

4、太阳能光伏发电技术发展趋势

当前我国太阳能光伏发电技术逐渐成熟，2022年中国光伏新增装机容量仍达到87.41GW，根据预测，未来3一5年（如图2），中国年增加装机容量可达70GW，全力推动实现碳达峰碳中和目标。但其发展受到多方面因素的影响。首先，光伏材料的成本相对较高，特别是高转换率的光伏单晶硅电池板，其生产成本较为昂贵。这使得在一些地区和市场上，光伏发电系统的建设投资相对较大，成为一些潜在投资者犹豫的因素。为解决这一问题，持续降低光伏材料的生产成本成为业界关注的焦点，以促进更广泛的光伏应用。

其次，尽管光伏发电系统具有使用寿命长、维护成本低等优势，但其稳定性仍受气候条件的影响较大。在一些地区，冬季天气条件可能导致系统性能下降，从而影响发电效率。为应对这一问题，研究者们致力于提高光伏系统的适应性，例如通过混合光伏系统的方式，有效降低负载缺电率，减轻对气象条件的过度依赖。

此外，发展光伏建筑一体化技术也是提升光伏发电系统适用性的重要方向。将光伏方阵与建筑相结合，形成光电屋顶、光电遮阳板等形式，不仅能够更好地融入建筑环境，还可充分利用建筑外表面进行能源收集。这种技术的推广有望降低光伏系统的整体建设成本，提高系统的美观性和环境适应性。

尽管光伏发电系统面临一些挑战，但随着技术的不断进步和创新，以及全球可再生能源的增加，光伏技术的发展前景仍然广阔。解决上述问题，推动光伏系统更广泛、更高效地应用，将是未来光伏领域不断努力的方向。

光伏发电被认为将成为未来全球能源消费的引领产业，预计将逐步取代一些传统能源，如污染严重、利用率低的能源形式，成为未来主要的能源供应方式。在接下来的十几年里，中国的太阳能光伏产业有望持续保持持，实施育人。

三是加强双师孵化，推动教师成长。打造紧密协作的教师共同体，互帮互助，共同成长。数字化人才的培养离不开校企双导师的协作，通过校企导师的帮扶，校内导师加深对岗位需求的认识，实践技能得到提升；企业导师加深对教学规律的认识，教学能力得到提升。在项目协作中，打造出“懂专业、能实战、会教学”的门店运营人才的师资队伍。

5、安科瑞Acrel-2000MG微电网能量管理系统概述

5.1概述

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，全天候进行数据采集分析，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ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

5.2技术标准

本方案遵循的标准有：

本技术规范书提供的设备应满足以下规定、法规和行业标准：

GB/T26802.1-2011工业控制计算机系统通用规范1部分：通用要求

GB/T26806.2-2011工业控制计算机系统工业控制计算机基本平台2部分：性能评定方法。

GB/T26802.5-2011工业控制计算机系统通用规范5部分：场地安全要求

GB/T26802.6-2011工业控制计算机系统通用规范6部分：验收大纲

GB/T2887-2011计算机场地通用规范

GB/T20270-2006信息安全技术网络基础安全技术要求

GB50174-2018电子信息系统机房设计规范

DL/T634.5101远动设备及系统5-101部分:传输规约基本远动任务配套标准

DL/T634.5104远动设备及系统5-104部分:传输规约采用标准传输协议子集的IEC60870-5-网络访问101

GB/T33589-2017微电网接入电力系统技术规定

GB/T36274-2018微电网能量管理系统技术规范

GB/T51341-2018微电网工程设计标准

GB/T36270-2018微电网监控系统技术规范

DL/T1864-2018独立型微电网监控系统技术规范

T/CEC182-2018微电网并网调度运行规范

T/CEC150-2018低压微电网并网一体化装置技术规范

T/CEC151-2018并网型交直流混合微电网运行与控制技术规范

T/CEC152-2018并网型微电网需求响应技术要求

T/CEC153-2018并网型微电网负荷管理技术导则

T/CEC182-2018微电网并网调度运行规范

T/CEC5005-2018微电网工程设计规范

NB/T10148-2019微电网1部分：微电网规划设计导则

NB/T10149-2019微电网2部分：微电网运行导则

5.3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。

5.4型号说明

5.5系统配置

5.5.1系统架构

本平台采用分层分布式结构进行设计，即站控层、网络层和设备层，详细拓扑结构如下：

图1典型微电网能量管理系统组网方式

5.6系统功能

5.6.1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。

5.6.2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。

3.6.1.2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。

5.6.3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。

5.6.4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。

5.6.5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。

5.6.6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

5.6.7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

5.6.8运行报表

应能查询各子系统、回路或设备指定时间的运行参数，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

5.6.9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

5.6.10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

5.6.11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、三相电压不平衡度百分百和正序/负序/零序电压值、三相电流不平衡度百分百和正序/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

5.6.12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

5.6.13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。

5.6.14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

5.6.15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。

5.6.16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。

5.6.17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。

5.6.18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。

5.6.19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，存储事故前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指定和随意修改。

图29事故追忆

6硬件及其配套产品

序号	设备	型号	图片	说明
1	能量管理系统	Acrel-2000MG		内部设备的数据采集与监控，由通信管理机、工业平板电脑、串口服务器、遥信模块及相关通信辅件组成。 数据采集、上传及转发至服务器及协同控制装置 策略控制:计划曲线、需量控制、削峰填谷、备用电源等
2	显示器	25.1英寸液晶显示器		系统软件显示载体
3	UPS电源	UPS2000-A-2-KTTS		为监控主机提供后备电源
4	打印机	HP108AA4		用以打印操作记录，参数修改记录、参数越限、复限，系统事故，设备故障，保护运行等记录，以召唤打印为主要方式
5	音箱	R19U		播放报警事件信息
6	工业网络交换机	D-LINKDES-1016A16		提供16口百兆工业网络交换机解决了通信实时性、网络安全性、本质安全与安全防爆技术等技术问题
7	GPS时钟	ATS1200GB		利用gps同步卫星信号，接收1pps和串口时间信息，将本地的时钟和gps卫星上面的时间进行同步
8	交流计量电表	AMC96L-E4/KC		电力参数测量(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"遜信“和“遥控”的功能
9	直流计量电表	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
10	电能质量监测	APView500		实时监测电压偏差、频率俯差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、诺波等电能质量，记录各类电能质量事件,定位扰动源。
11	防孤岛装置	AM5SE-IS		防孤岛保护装置，当外部电网停电后断开和电网连接
12	箱变测控装置	AM6-PWC		置针对光伏、风能、储能升压变不同要求研发的集保护，测控，通讯一体化装置，具备保护、通信管理机功能、环网交换机功能的测控装置
13	通信管理机	ANet-2E851		能够根据不同的采集规的进行水表、气表、电表、微机保护等设备终端的数据果集汇总: 提供规约转换、透明转发、数据加密压缩、数据转换、边缘计算等多项功能:实时多任务并行处理数据采集和数据转发，可多链路上送平台据:
14	串口服务器	Aport		功能:转换“辅助系统"的状态数据，反馈到能量管理系统中。 1)空调的开关，调温，及完全断电(二次开关实现) 2)上传配电柜各个空开信号 3)上传UPS内部电量信息等 4)接入电表、BSMU等设备
15	遥信模块	ARTU-K16		1)反馈各个设备状态，将相关数据到串口服务器: 读消防VO信号，并转发给到上层(关机、事件上报等) 2)采集水浸传感器信息，并转发3)给到上层(水浸信号事件上报) 4)读取门禁程传感器信息，并转发

参考文献

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[2]张亚峰.商务数据分析与应用专业学生数据分析能力培养研究[J].新西部,2018,20

[3]朱吉庆，宋雨昂.太阳能光伏发电技术发展现状与前景

[4]安科瑞企业微电网设计与应用设计.2022.05

审核编辑 黄宇