一、現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

在全球積極應(yīng)對(duì)氣候變化、推動(dòng)能源綠色轉(zhuǎn)型的大背景下，我國也將 “雙碳” 目標(biāo)作為重要戰(zhàn)略部署，大力推進(jìn)能源革命，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系。在此過程中，企業(yè)園區(qū)作為能源消耗的集中區(qū)域，其能源管理水平的提升對(duì)于實(shí)現(xiàn)國家能源戰(zhàn)略目標(biāo)至關(guān)重要。

當(dāng)前，企業(yè)園區(qū)能源管理面臨諸多挑戰(zhàn)。一方面，隨著分布式能源的廣泛接入，如光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等，能源生產(chǎn)的不確定性增加，給電力供應(yīng)的穩(wěn)定性帶來沖擊。另一方面，園區(qū)內(nèi)各類企業(yè)的用電需求復(fù)雜多樣，且存在明顯的峰谷差異，導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)大，不僅增加了用電成本，還可能影響電力設(shè)備的使用壽命。同時(shí)，電動(dòng)汽車的快速普及使得充電需求日益增長，如何合理規(guī)劃充電樁布局并實(shí)現(xiàn)有序充電，避免對(duì)電網(wǎng)造成過大壓力，也是亟待解決的問題。此外，傳統(tǒng)能源管理模式下，能源信息分散，缺乏有效的整合與分析，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)能源全流程的精細(xì)化管理與協(xié)同優(yōu)化。

二、系統(tǒng)架構(gòu)

安科瑞 EMS 能源管理系統(tǒng)采用先進(jìn)的分層分布式結(jié)構(gòu)，由設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層和站控層組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)園區(qū)源網(wǎng)荷儲(chǔ)充各環(huán)節(jié)的全面感知、可靠通信與智能管控。

2.1 設(shè)備層

設(shè)備層是能源管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)采集和執(zhí)行各類能源數(shù)據(jù)與指令。在 “源” 端，部署光伏逆變器、風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制器等設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測新能源發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如光伏板的輸出電壓、電流、功率，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、發(fā)電量等，為能源調(diào)度提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。在 “荷” 側(cè)，通過安裝多功能電力儀表、智能電表等，對(duì)園區(qū)內(nèi)不同企業(yè)、不同區(qū)域的用電負(fù)荷進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)量與實(shí)時(shí)監(jiān)測，詳細(xì)記錄各支路的電壓、電流、有功功率、無功功率等參數(shù)，以便及時(shí)掌握負(fù)荷變化情況。對(duì)于 “儲(chǔ)” 環(huán)節(jié)，電池管理系統(tǒng)（BMS）密切監(jiān)控儲(chǔ)能電池的電壓、電流、溫度、荷電狀態(tài)（SOC）等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，確保儲(chǔ)能系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行；功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（PCS）則實(shí)現(xiàn)電能的交直流轉(zhuǎn)換，精確控制儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電過程。在 “充” 方面，充電樁監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)獲取充電樁的工作狀態(tài)、充電功率、充電量以及充電車輛信息等，為實(shí)現(xiàn)有序充電管理提供依據(jù)。

2.2 網(wǎng)絡(luò)通信層

網(wǎng)絡(luò)通信層猶如能源管理系統(tǒng)的 “神經(jīng)脈絡(luò)”，運(yùn)用多種通信技術(shù)與協(xié)議，保障數(shù)據(jù)在設(shè)備層與站控層之間的可靠傳輸。常見的工業(yè)通信協(xié)議包括 Modbus RTU、Modbus TCP、CDT、IEC60870 - 5 - 101/103/104 等，支持 RS485、CAN 總線、以太網(wǎng)等通信接口方式。這些通信手段能夠?qū)⒃O(shè)備層采集到的海量能源數(shù)據(jù)快速、準(zhǔn)確地傳輸?shù)秸究貙?，同時(shí)將站控層下達(dá)的控制指令及時(shí)送達(dá)各設(shè)備執(zhí)行單元。對(duì)于分布式能源站點(diǎn)和遠(yuǎn)程充電樁等位置較為分散的設(shè)備，還可采用無線通信技術(shù)，如 4G、5G、NB - IoT 等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸與設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，有效打破地域限制，極大提升系統(tǒng)的覆蓋范圍與管理靈活性，確保無論設(shè)備位于園區(qū)何處，都能與系統(tǒng)核心保持緊密連接與高效通信。

2.3 站控層

站控層作為能源管理系統(tǒng)的核心大腦，由服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、監(jiān)控軟件以及各類應(yīng)用模塊組成。服務(wù)器具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理與分析能力，能夠?qū)崟r(shí)對(duì)大量能源數(shù)據(jù)進(jìn)行高速運(yùn)算，從中提取有價(jià)值的信息，為能源決策提供數(shù)據(jù)支撐。數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)歷史能源數(shù)據(jù)，包括設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)、電網(wǎng)數(shù)據(jù)等，這些豐富的數(shù)據(jù)資源為能源分析、趨勢預(yù)測和決策制定提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。監(jiān)控軟件以直觀友好的人機(jī)交互界面呈現(xiàn)能源系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，通過動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，將園區(qū)內(nèi)能源的生產(chǎn)、傳輸、消耗、存儲(chǔ)等情況以圖表、曲線、地圖等生動(dòng)形象的形式展示出來，使管理人員能夠全面、清晰地了解能源系統(tǒng)全貌，迅速掌握系統(tǒng)運(yùn)行態(tài)勢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問題。各類應(yīng)用模塊則實(shí)現(xiàn)了能源監(jiān)測、負(fù)荷預(yù)測、優(yōu)化調(diào)度、故障診斷等豐富而強(qiáng)大的功能，通過智能化算法和策略，對(duì)能源系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)控制與科學(xué)管理，確保能源系統(tǒng)始終處于高效、穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。

三、功能特點(diǎn)

3.1 能源實(shí)時(shí)監(jiān)測與全景展示

安科瑞 EMS 能源管理系統(tǒng)對(duì)企業(yè)園區(qū)內(nèi)的源網(wǎng)荷儲(chǔ)充各環(huán)節(jié)進(jìn)行全方位、24 小時(shí)不間斷的實(shí)時(shí)監(jiān)測。管理人員只需通過監(jiān)控界面，即可一目了然地獲取光伏電站的實(shí)時(shí)發(fā)電量、電網(wǎng)的供電質(zhì)量（包括電壓、頻率、諧波等關(guān)鍵參數(shù)）、不同企業(yè)和區(qū)域的用電負(fù)荷大小及變化趨勢、儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電狀態(tài)和剩余電量，以及充電樁的使用情況等詳細(xì)信息。系統(tǒng)還通過直觀的圖形化界面，如園區(qū)能源拓?fù)鋱D，將能源在園區(qū)內(nèi)的流動(dòng)路徑清晰呈現(xiàn)，幫助管理者快速掌握能源系統(tǒng)的整體運(yùn)行態(tài)勢，如同擁有一雙 “透視眼”，能夠及時(shí)洞察系統(tǒng)中可能存在的潛在問題，為后續(xù)的決策制定和問題處理提供準(zhǔn)確依據(jù)，使能源管理工作更加有的放矢。

3.2 負(fù)荷預(yù)測與優(yōu)化調(diào)度

利用大數(shù)據(jù)分析和人工智能算法，系統(tǒng)能夠根據(jù)歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)、氣象信息、企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃等多維度數(shù)據(jù)，對(duì)園區(qū)未來的用電負(fù)荷進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測。基于負(fù)荷預(yù)測結(jié)果，結(jié)合實(shí)時(shí)能源價(jià)格、電網(wǎng)調(diào)度指令以及儲(chǔ)能系統(tǒng)的狀態(tài)，系統(tǒng)自動(dòng)生成最優(yōu)的能源調(diào)度策略。在用電低谷期，充分利用低價(jià)電能對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)充電，同時(shí)合理安排可調(diào)節(jié)負(fù)荷進(jìn)行生產(chǎn)，將能源成本降至最低；在用電高峰期，優(yōu)先調(diào)度儲(chǔ)能系統(tǒng)放電，減少從電網(wǎng)的購電量，有效降低用電成本。通過這種源網(wǎng)荷儲(chǔ)之間的協(xié)同優(yōu)化調(diào)度，不僅保障了園區(qū)能源供需的平衡，還極大地提高了能源利用效率，使能源資源得到更加合理、高效的配置，為企業(yè)園區(qū)的可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。

3.3 儲(chǔ)能系統(tǒng)智能管理

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的全方位智能管控。根據(jù)電網(wǎng)需求和園區(qū)用電情況，精確控制儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電時(shí)機(jī)和功率大小。當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)波動(dòng)或發(fā)生故障時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠迅速響應(yīng)，在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)切換為備用電源，保障園區(qū)內(nèi)關(guān)鍵負(fù)荷的持續(xù)供電，顯著提高供電可靠性，確保企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營不受影響。通過對(duì)儲(chǔ)能電池的實(shí)時(shí)監(jiān)測與健康管理，系統(tǒng)能夠合理安排充放電循環(huán)，有效延長電池使用壽命，降低儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)維成本。例如，當(dāng)檢測到電池溫度過高時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)散熱裝置進(jìn)行降溫；當(dāng)電池 SOC 低于設(shè)定閾值時(shí)，及時(shí)調(diào)整充放電策略，避免過度放電對(duì)電池造成損害，從而保障儲(chǔ)能系統(tǒng)長期穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

3.4 充電樁有序充電與管理

考慮到電動(dòng)汽車充電負(fù)荷的隨機(jī)性和波動(dòng)性可能對(duì)電網(wǎng)造成較大沖擊，EMS 系統(tǒng)創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)了充電樁的有序充電控制。系統(tǒng)根據(jù)變壓器的剩余容量、實(shí)時(shí)電價(jià)以及車輛的充電需求，智能分配充電樁的充電功率和時(shí)間。在電網(wǎng)負(fù)荷較低時(shí)，允許充電樁以較大功率快速充電，縮短車輛充電時(shí)間；在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)，自動(dòng)降低充電樁的充電功率或延遲充電時(shí)間，避免集中充電導(dǎo)致電網(wǎng)過載，確保電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。同時(shí)，系統(tǒng)還提供全面的充電樁運(yùn)營管理功能，包括充電費(fèi)用結(jié)算、用戶信息管理、充電樁故障報(bào)警與報(bào)修等，極大提升了充電樁的運(yùn)營效率和用戶體驗(yàn)，為電動(dòng)汽車在企業(yè)園區(qū)的廣泛應(yīng)用提供了有力保障。

3.5 電氣安全與故障預(yù)警

具備完善的電氣安全監(jiān)測與故障預(yù)警功能是安科瑞 EMS 能源管理系統(tǒng)的一大亮點(diǎn)。通過在配電系統(tǒng)中安裝電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器、剩余電流互感器、溫度傳感器等專業(yè)設(shè)備，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測電氣線路的漏電、過載、短路、溫度過高等安全隱患。一旦檢測到異常情況，系統(tǒng)立即發(fā)出聲光報(bào)警，并通過短信、郵件等多種方式通知相關(guān)管理人員，以便及時(shí)采取措施排除故障，將安全隱患消滅在萌芽狀態(tài)，有效防止電氣事故的發(fā)生。此外，系統(tǒng)還能對(duì)故障進(jìn)行智能診斷，迅速分析故障原因和影響范圍，為維修人員提供詳細(xì)的維修指導(dǎo)，大大縮短故障處理時(shí)間，保障園區(qū)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，為企業(yè)園區(qū)的生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)營造安全可靠的用電環(huán)境。

四、硬件配套

審核編輯 黃宇