双碳目标下家庭储能系统的高精度计量与协同管理方法

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摘要

本文针对分布式光伏与储能系统在家庭场景中的应用需求，提出了一种基于双向计量与智能调度的能源管理方案。通过集成高精度计量设备、边缘计算网关及云端分析平台，构建了覆盖硬件层、控制层与云端层的协同管理体系。

结合欧洲及中国政策导向，分析了阳台储能系统的技术规范与市场潜力，并通过实际案例验证了系统在能效提升与经济性优化方面的有效性。

1.引言

1.1研究背景

随着全球能源结构转型加速，家庭级储能系统成为提升可再生能源消纳率、实现“源-网-荷-储”协同的关键环节。

2024年9月，欧盟委员会发布《可再生能源指令》实施指南，明确要求加快可再生能源在建筑领域的应用，并支持简化分散式能源（如户用光伏、储能系统）的并网流程。

中国在2025年两会期间提出“新型储能高质量发展”战略，强调通过技术创新与市场化机制推动分布式储能规模化应用。

在此背景下，阳台储能系统因安装灵活、成本可控等特点，成为家庭能源管理的重要切入点。

1.2研究意义

 

家庭用户具有“用电量少、用户数多、组成复杂”的特性，用户在每个月收到电费账单时才知道用电情况，再加上普通民众不了解电力需求侧管理，即使想要调整用电方式也难以下手，节省电费支出的方式有限。户用光储系统可以提升电能调度、削峰填谷的能力，实现能源的最大化利用，优化电费的开支。

户用光储系统主要组成部分包括光伏系统、储能系统、家庭负载和户用能量控制器。

（1）光储系统

光储逆变器：将光伏或储能电池的直流电转换为交流电，以便与电网或家庭负载对接。

（2）电网与家庭负载

双向计量电表：安装于家庭电网和公共电网之间的连接点，即“电网接口”或“并网点”，通常在电表箱内或靠近家庭主断路器的位置，测量家庭既从电网消耗的电力（正向计量），也向电网输送的电力（反向计量）。

家庭负载：家庭的负载主要由各种电器和设备构成，包括照明系统、空调和暖气、洗衣房设备、安防系统、汽车充电桩等。

（3）户用能量控制器

协调光伏、储能与电网之间的能量流动，优化能源使用，包括计划曲线、削峰填谷、新能源消纳等。

2.安科瑞Home EMS解决方案

安科瑞Home EMS户用光储系统解决方案，能够对家庭中光伏、储能、负载进行实时监测、用能计量、能耗分析、诊断告警、全景分析、有序管理和策略控制，实现家庭用电的高效、可靠、安全、有序。

户用能量控制器对下通过RS485、以太网、WiFi等方式读取家庭计量表计、光储逆变器、智能家居等设备的运行数据与状态，支持Modbus RTU、Modbus TCP、MQTT等通信规约。通过控制器对发用电数据与用电时段的分析，实现家庭能源的优化调节与最优经济运行，并通过WiFi、4G、以太网等方式将系统数据发送至云端平台，实现多个户用能源的监测与管理。同时，户用能量控制器可在网络故障时将数据存储在本地，待网络恢复时从中断的位置继续上传数据，保证服务器端数据不丢失。

Home EMS提供WEB和APP两种访问方式，用于查看光伏、储能、负载的实时状态、监测系统告警、统计用能和收益，并调整运行参数和控制策略，可以通过手机APP查看数据和调整设置。

家庭用户的收益包括：

1. 提高光伏消纳：实时调节储能充放电，家庭负荷低时，做光伏发电余电的蓄水池；负荷高且光伏发电不足时放电，降低家庭电费；

2. 峰谷价差套利：利用电网的峰谷电价差帮助家庭用户获取收益，谷电价充电，峰电价放电；

3. 避免电费超量：家庭用电高峰时，启动储能放电，减少家庭电费开支。如储备电量不足时通过APP推送、短信推送提前预警；

4. 紧急情况下家庭储备电源：由于多数国家电网供应并不稳定，容易发生停电现象，储能电池常备应急电量，实现家庭用电的无缝运行；

5. 环保数据统计：各国政府对环保越来越重视，针对未来的碳排补贴，家庭绿电使用对绿色环保的贡献，APP上都可以看到。

3.Home EMS平台功能

3.1家庭综合管理

 

3.1.1家庭能源综合概览

展示家庭中光伏、储能和负载的运行情况，实时统计储能充放电、负荷用能、新能源发电，新能源产生的社会和经济效益情况。

3.1.2综合能源报表

对单个家庭光伏、储能、市电进行分类统计及汇总，包括光伏尖峰平谷发电量及上网量、储能尖峰平谷充放电量和电网尖峰平谷用电量。

3.1.3综合收益报表

对单个家庭光伏、储能和用电成本及收益进行分类统计及汇总，包括光伏尖峰平谷发电收益及上网收益、储能尖峰平谷充放电成本及收益和电网尖峰平谷电费。

3.2故障报警

 

3.2.1报警记录

记录设备在日常运行中是否超过限制或发生异常的日志，包括但不限于电流、电压、功率和频率等需要监测信号、光伏组件温度过高、逆变器故障、电池温度异常、电池电压异常、SOC异常等，主要记录发生异常的点位、时间、设备、参量、上下限值、报警值和详情等。

支持时间、参数名等列进行数据筛选。

支持导出为EXCEL形式。

3.2.2报警分析

将报警信息按照故障、紧急、一般进行分类显示，支持报警数据同环比分析。

3.3手机APP

 

3.3.1首页

展示家庭地址、天气情况、新能源消纳情况及收益、光伏/储能/负荷情况。

3.3.2数据监控

展示天气情况、光伏、储能和并网的实时数据及收益情况，支持日/月/年/累计历史数据查看，以曲线形式展示。

3.3.3数据统计

以月、年统计新能源消纳情况及收益；以日、月、年统计用电情况及新能源占比；统计累计社会效益。

4.主要硬件

4.1户用能量控制器

 

4.2计量装置

 

4.3充电设备

    

5.总结

 

阳台储能计量方案通过高精度计量、智能调度与模块化设计，为家庭能源管理提供了高效、安全的解决方案。

安科瑞的技术方案在防逆流、数据集成与扩展性方面表现突出，契合政策导向与市场需求。未来，随着虚拟电厂与共享储能模式推广，家庭储能将成为能源互联网的关键节点，推动社会向绿色低碳转型。

审核编辑 黄宇