淺析微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)在光伏電站儲能的應用

安科瑞 陳聰

摘要：隨著我國電力行業(yè)的迅速發(fā)展和新能源技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，針對系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性的要求也逐漸提高。而要實現(xiàn)供電品質(zhì)穩(wěn)定，避免停電現(xiàn)象的發(fā)生，較好的辦法就是通過建立基站，對電能進行儲存。因此，為使儲能系統(tǒng)得到科學、合理的應用，本文在對太陽能光伏項目的調(diào)查基礎(chǔ)上，根據(jù)當前的發(fā)展趨勢，制定了一種適合于市場的儲能系統(tǒng)和能量管理體系，以確保市場運行的安全、穩(wěn)定、可靠。

關(guān)鍵詞：光伏電站；儲能系統(tǒng)；配置研究

1、前言

在新能源發(fā)展中，太陽能、風能之間存在間歇性、波動性、隨機性等特性，要通過建立相應的能量存儲體系來解決棄光棄風問題，同時還要考慮太陽能、風電場的發(fā)電量，并在風電場建成之前規(guī)劃好如何并網(wǎng)、如何消納。此外，由于在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱、棄光棄風嚴重的區(qū)域，太陽能發(fā)電、風電場等行業(yè)仍舊存在著較大的發(fā)展空間。在實際應用中，應對風電機組的裝機容量做出合理的評價，并對風電機組的充放電能力進行多方面的分析和研究，以便制訂出合理的發(fā)展規(guī)劃，以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

2、光伏電站儲能系統(tǒng)作用

光伏儲能系統(tǒng)簡單而言就是將太陽能光伏和太陽能電池系統(tǒng)有機地結(jié)合起來，其主要功能包括“調(diào)節(jié)負荷、存儲電量、新能源接入、補償線損、功率補償、提高電能質(zhì)量、孤網(wǎng)運行、削峰填谷”等功能。簡單的說，就像是一座水庫，它可以在峰頂?shù)臅r候，將多余的水都儲存起來，然后在峰頂使用，從而降低了能源的浪費；另外，蓄能電站還可以降低線路損耗，延長線路及設(shè)備的使用壽命。在微型網(wǎng)絡中，能量存儲系統(tǒng)的功能包括：

2.1保證系統(tǒng)穩(wěn)定

由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率和負載曲線具有很大的差別，而且均有不可預料的波動特性，因此在不同的情況下應采用不同的濾波方法。通過儲能系統(tǒng)的能量存儲和緩沖，可以實現(xiàn)對電網(wǎng)的快速控制，改善電網(wǎng)的靜態(tài)和動態(tài)特性，從而保證電力系統(tǒng)在負荷劇烈變動的情況下仍然能夠維持穩(wěn)定的電力輸出。

2.2能量備用

當太陽能光伏發(fā)電不能正常工作時，能量儲存系統(tǒng)可以作為后備和過渡性的功能，比如在晚上或陰雨天氣中，當電池處于飽和狀態(tài)時，可以限制太陽能的發(fā)電，實現(xiàn)電力供需的均衡，提高系統(tǒng)的能量利用率，并防止蓄電池過充電，延長系統(tǒng)的使用壽命。

2.3提高電力品質(zhì)與可靠性

能量儲存系統(tǒng)也可以避免由于電壓尖峰、電壓下降以及其它外部干擾而導致的電網(wǎng)波動，從而有效地改善了電力系統(tǒng)的功率因數(shù)和電壓穩(wěn)定，并且能夠有效地抑制系統(tǒng)的振動。充分利用能量存儲，可以確保輸出功率的質(zhì)量和可靠性。

2.4日常能量儲存

當太陽輻射強度高，負荷小時，可以把剩余的太陽能進行蓄積，充分吸收太陽能的電能。太陽板除了能為車輛提供電力外，還能在房屋需要電力時，將多余的電力進行轉(zhuǎn)換為房屋所使用。由此可以得出，太陽能發(fā)電系統(tǒng)的安全運行是非常關(guān)鍵的。能量存儲技術(shù)的優(yōu)點是既能確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠，又能解決電壓脈沖、涌流、電壓跌落、瞬間電源中斷等動態(tài)電能質(zhì)量問題。此外，儲能系統(tǒng)在電站整體投資中占有相當大的比重，因此，如何合理地選取和管理，對整個系統(tǒng)的經(jīng)濟效益起著至關(guān)重要的作用，需要對其進行多方位的分析和合理的決策。

3、項目技術(shù)方案

3.1項目總體技術(shù)概述

太陽能發(fā)電系統(tǒng)是一種利用太陽能電池的“光伏效應”，將太陽能輻射能量轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電裝置。當太陽光照射在太陽能電池的表面，會發(fā)生一系列的繞射，形成一種特殊的光線，在這個時候，太陽能電池就會吸收光能量，形成一對“電子-空穴對”。在內(nèi)建電場中，光生電子與空穴對被分開，并在電池組中形成不同數(shù)量的電荷，從而形成“光生電壓”。同時，如果將電極引到內(nèi)建電場的兩邊，再連接到負荷，“光生電流”就會通過該負荷，從而產(chǎn)生功率。通過將太陽能轉(zhuǎn)換成直流電能，從而達到控制、監(jiān)控、兼容和診斷電網(wǎng)的目的。當前光伏發(fā)電的主要形式有三種：獨立的混合發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、微網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。

（1）獨立混合發(fā)電系統(tǒng)

獨立的混合動力系統(tǒng)包含了電池方陣，蓄電池，電能轉(zhuǎn)換和控制，以及柴油發(fā)電機等。當電量充足時，由充電控制器將蓄電池和其它發(fā)電站的能量存儲到蓄電池堆中；在電力不足的情況下，利用放電控制器將電池中的電量轉(zhuǎn)換為電力轉(zhuǎn)換設(shè)備，以滿足使用者的需求。柴油發(fā)電機用作應急時的低溫后備電源。在邊遠地區(qū)，獨立的電力系統(tǒng)是一種主要的電力供應方式，它的技術(shù)發(fā)展十分成熟，從一臺數(shù)十瓦的路燈到一臺數(shù)百瓦的混合電力。同時，我國的逆變器和蓄電池的充放電控制技術(shù)也已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化，其功率級別從數(shù)十千瓦到數(shù)十千瓦不等。

（2）并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)

并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的主要內(nèi)容有：低電壓并網(wǎng)的光伏發(fā)電和高壓并網(wǎng)發(fā)電，其中包含了一個電池陣列和一個并網(wǎng)的逆變器。目前國內(nèi)已經(jīng)有成熟的低壓和高壓并網(wǎng)逆變器，其中，在低壓并網(wǎng)的情況下，*大單機功率為500kW，而在高壓并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，*大功率為1MW。并網(wǎng)逆變器是一種根據(jù)電網(wǎng)的頻率、電壓而改變的電流源，其功率因數(shù)為1或指令調(diào)整依賴于電網(wǎng)，不能獨立產(chǎn)生電力，在電力系統(tǒng)中，其容量有限，其輸出功率取決于光伏的輸入，在*大或*小的情況下，其輸出功率不能得到保障。

（3）光伏微網(wǎng)系統(tǒng)

光伏微網(wǎng)可以與其他電力或電力網(wǎng)絡并行工作。本系統(tǒng)主要由電池方陣、常規(guī)并網(wǎng)逆變器、蓄能器、雙向變流器、柴油發(fā)電機等組成。柴油機與雙向逆變器（可調(diào)節(jié)的頻率和電壓）分別或聯(lián)合組網(wǎng)，傳統(tǒng)的并網(wǎng)式逆變器（每臺*多數(shù)十kW）可以通過通信線路并行操作，實現(xiàn)對微網(wǎng)的能源管理。在太陽能微網(wǎng)系統(tǒng)中，太陽能光伏電站可以與水輪機、柴油發(fā)電機并聯(lián)。采用微網(wǎng)能源管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了光伏發(fā)電和水輪機的協(xié)同工作。西藏獅泉河地區(qū)的電力網(wǎng)絡建設(shè)，能夠滿足電力市場的需要?？紤]到氣候變化，太陽能發(fā)電站的*大輸出功率將達到35%，以下是10MWp的計算（因為太陽能發(fā)電站建成后，電力供應不足，根據(jù)電池容量，一天只能處理一到兩次）。儲能系統(tǒng)是整個電廠的總投資，儲能系統(tǒng)的選型、選型、主要技術(shù)參數(shù)的確定、運行管理等都關(guān)系到儲能系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，因此需要對儲能系統(tǒng)進行多方位的分析和合理的選擇。假設(shè)在全功率狀態(tài)下，因氣候原因而突然下降到35%，則需要柴油機或水電站承受10MWp的65%，也就是6.5MW，如果獅泉河水電站和系統(tǒng)的柴油機都是冷備用，不能提供旋轉(zhuǎn)備用容量。因此6.5MW的負載都要通過蓄能系統(tǒng)來進行，在不降低頻率的前提下，根據(jù)一定的余量，對7MW的負載進行了計算。在水輪發(fā)電機的起動過程中，儲能系統(tǒng)的電力輸出是由蓄能系統(tǒng)承擔的，該系統(tǒng)的功率下降到35%，直至達到7000kW的負載，因為從停機到滿載約需6min左右時間，因此蓄能系統(tǒng)能持續(xù)輸出7000kW的能量，并保持10min。在*惡劣的工況下，蓄能系統(tǒng)應在無法充電的情況下進行兩次連續(xù)放電，而且由于距離太遠，不適合頻繁的維修和更換，因此對儲能系統(tǒng)的容量和使用壽命都有很大的影響。

3.2儲能系統(tǒng)方案策劃

目前全球電力儲能技術(shù)主要有物理儲能、化學儲能和電磁儲能三大類，不同類型的儲能具有各自的特點，為不同的大規(guī)模儲能應用提供了多樣化的選擇。

（1）物理儲能

目前*成熟的物理儲能技術(shù)是利用抽水蓄能技術(shù)，它的能源轉(zhuǎn)化效率高達75%，主要應用于電網(wǎng)的削峰填谷、調(diào)頻調(diào)等。抽水蓄能電站建設(shè)對當?shù)氐匦?、水文條件有很高的要求，而獅泉河地區(qū)的建設(shè)周期、成本和難度都比較大，難以滿足短期內(nèi)與太陽能發(fā)電的協(xié)調(diào)發(fā)展。另一種物理儲能是飛輪儲能，它的特點是壽命長，無污染，但能量密度低，不宜單獨使用，而且能源消耗高，操作成本高。

（2）化學儲能

化學蓄積技術(shù)是一種比較成熟的技術(shù)，但是由于其不易控制，很難得到廣泛的推廣。目前，化學儲能技術(shù)主要包括：鈉硫電池儲能、液流電池儲能、磷酸鐵鋰電池儲能、鉛酸電池儲能、*級電容儲能等。

①鈉硫電池儲能

鈉硫電池是一種新的化學能源，它的出現(xiàn)使化學儲能技術(shù)迅速發(fā)展。鈉硫電池因其體積小、容量大、壽命長、效率高而被廣泛用于電網(wǎng)的儲能領(lǐng)域，如削峰填谷、應急電源、風力發(fā)電等。此外，由于鈉硫電池工作溫度高，存在安全隱患，且制造過程繁瑣，目前多數(shù)為日本企業(yè)所擁有，且價格昂貴，因此很難實現(xiàn)國內(nèi)進口。

②液流礬電池儲能

釩液流電池是一種以釩為主要活性材料的循環(huán)流式電解槽。將釩電池的電能儲存在不同價態(tài)釩離子的硫酸溶液中，然后利用外部泵將其注入到蓄電池中。而液流礬電池的優(yōu)勢就在于它的高能量密度和100%的放電深度，但由于正極和負極之間存在著相互污染和嚴重的環(huán)境問題，所以在大規(guī)模應用之前，需要先解決這些問題，然后才能充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢。

③*級電容儲能

*級電容蓄能設(shè)備主要包括*級電容器組、雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器和相應的控制電路。其技術(shù)難點在于電容器的電壓平衡與控制策略，以及逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)與控制方式。此外，電容儲能設(shè)備通常是一種快速反應的儲能系統(tǒng)，具有較快的動態(tài)響應，且具有較低的時間消耗。但它的能量密度較小，單位成本較高，因此不宜將其作為大規(guī)模的儲能系統(tǒng)，尤其是在不合理使用的情況下。

（3）電磁儲能

電磁儲能目前發(fā)展較受成本制約，如超導電磁儲能等，成本高且技術(shù)不夠成熟，不具備大規(guī)模推廣的價值。根據(jù)該項目的需求，當太陽能發(fā)電量降低時，儲能系統(tǒng)應能夠提供充足的電力，以支持系統(tǒng)的電壓，確保電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。而目前，用于儲能系統(tǒng)的逆變器都是采用電流源的雙向逆變器，這種逆變器只能根據(jù)系統(tǒng)的電壓變化來模擬其電壓，從而使其輸出電流，而不能支持系統(tǒng)的電壓。所以針對此類情況，電磁儲能主要可分為鉛酸蓄電池儲能與磷酸鐵鋰電池儲能兩種類型。

①鉛酸蓄電池儲能

鉛酸電池技術(shù)成熟，成本低廉，是目前*成熟的一種儲能技術(shù)。但由于其操作溫度高、能量密度小、放電深度低（一般放電深度不宜大于30%，特殊使用時不宜超過50%)，因此，在大規(guī)模的能源存儲系統(tǒng)中，尤其是在氣候條件惡劣、交通不便的情況下，將會受到技術(shù)條件的限制。例如，鉛酸蓄電池制造時所產(chǎn)生的酸霧，也會對環(huán)境造成一定的污染，不符合環(huán)保要求。

②磷酸鐵鋰電池

磷酸鐵鋰是近年來發(fā)展比較快的一種新型電池，它以其高能量密度、長周期、大放電深度和高放電電流而受到廣泛關(guān)注?，F(xiàn)在，像比亞迪這樣的企業(yè)，已經(jīng)把它應用到了電動車的能量存儲系統(tǒng)中，并且在大規(guī)模的電力系統(tǒng)中得到了應用。磷酸鐵鋰電池在正常工作狀態(tài)下的放電深度超過80%，在成組后可以進行1500次以上的充電和放電，對于經(jīng)常充電和放電的場合是十分適用的。然而，由于其對充放電系統(tǒng)的控制要求比較高，從而限制了它的發(fā)展。結(jié)合項目的具體情況，如果選用LRA電池，以40%的放電深度進行分析，并在合理的裕度下，應配備7000千伏的電池。如果用磷酸鐵鋰電池做能量存儲單元，以80%的放電深度計算，則需要3500kVAh的磷酸鐵鋰電池。但是，考慮到一天1~2次的深度放電需求，以及維修和更換電池的成本，磷酸鐵鋰電池的*越性就更加突出了。建議在該項目中使用磷酸鐵鋰作為能量存儲系統(tǒng)。

（4）光熱儲能

光熱蓄能器又稱為聚焦式太陽能熱儲存，利用各種物理方法將直接的陽光集中在一起，形成高溫、高壓的水蒸氣，由蒸汽機帶動渦輪機發(fā)電。根據(jù)不同的集熱器形式，又可分為太陽能槽式熱儲能、太陽能塔式熱儲能和太陽能碟式熱儲能三種。

①太陽能槽式熱儲能

槽式太陽熱發(fā)電系統(tǒng)全稱為槽式拋物面式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，它是利用多個槽形拋物面聚光集熱器，以串聯(lián)、并聯(lián)的形式對工質(zhì)進行加熱，產(chǎn)生高溫蒸汽來進行太陽能發(fā)電。另外，槽型光熱循環(huán)系統(tǒng)還可以利用多能互補的方式，充分發(fā)揮其儲存的優(yōu)點，通過縮短發(fā)電量的時間，來降低初期的資金投入與發(fā)電成本。

②太陽能塔式熱儲能

塔式光熱發(fā)電技術(shù)是利用大型定日鏡對太陽進行實時追蹤，并將太陽能集中于塔頂?shù)臒嵛赵O(shè)備，以高溫熔鹽進行蓄熱，然后利用熱和熱形成高溫高壓蒸汽，由蒸汽渦輪帶動發(fā)電機發(fā)電，實現(xiàn)光、熱、機械、電能的轉(zhuǎn)換。采用不同的熔鹽進行共晶化處理，達到容量大、安全可靠、低成本、高品位的能量儲存，以改進整個系統(tǒng)的可靠性。

③太陽能碟式熱儲能

太陽能碟式熱儲能作為世界上*早出現(xiàn)的太陽能動力系統(tǒng)，其主要是以拋物面為的反射鏡，將其內(nèi)部的熱量加熱至750攝氏度，從而帶動引擎產(chǎn)生電能。此外，與光電技術(shù)相比，碟式太陽能熱發(fā)電具有較低的空氣阻力、較低的發(fā)射質(zhì)量和較低的運行費用。

④線性菲尼爾光熱儲能

線性菲涅爾式聚光系統(tǒng)主要包括三個部件：主反射鏡陣列(聚光鏡場)、跟蹤控制裝置和接收器。其主要原理就是沿南北方向或東西方向?qū)ΨQ排列，主反射鏡在跟蹤裝置的控制下軸線上自動跟蹤太陽，將太陽光聚集到接收裝置上，而另一部分通過復合拋物面二次聚光器反射并投影到一個真空集熱器上.集熱管在吸收了太陽輻射之后，通過管道中的熱傳遞工質(zhì)（水、導熱油、熔鹽）進行加熱儲能。此外，.CPC線性菲涅爾式聚光集熱系統(tǒng).菲涅爾式光熱電站的導熱主要是在高溫介質(zhì)上，而高溫介質(zhì)可以大量地進行低成本的存儲，這就使太陽能光熱與大規(guī)模的儲能技術(shù)息息相關(guān)。

3.3儲能系統(tǒng)運行方式確定

根據(jù)該項目的需求，當太陽能發(fā)電量降低時，儲能系統(tǒng)應能夠提供充足的電力，以支持系統(tǒng)的電壓。目前，用于儲能系統(tǒng)的逆變器都是采用電流源的雙向逆變器，這種逆變器只能根據(jù)系統(tǒng)的電壓變化來模擬其電壓，從而使其輸出電流，而不能支持系統(tǒng)的電壓。

但目前，電源型雙向逆變器的單體容量太少，不能并聯(lián)，只能用于小型電廠，不能用于譬如阿里地區(qū)的大規(guī)模微型電網(wǎng)建設(shè)。鑒于項目工期的緊迫性，大容量并聯(lián)電壓源雙向逆變器的技術(shù)瓶頸還沒有被解決，因此，在發(fā)電能力降低的情況下，電站將其作為電力供應。在大容量可并聯(lián)電壓源雙向逆變器技術(shù)成熟后，為確保獅泉河電網(wǎng)安全可靠地進行技術(shù)改造，并對其進行了相應的改造，以適應多種供電方式同時調(diào)度的需要。

4、Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)概述

4.1概述

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，是我司根據(jù)新型電力系統(tǒng)下微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)與微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的要求，總結(jié)國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的經(jīng)驗，專門研制出的企業(yè)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)滿足光伏系統(tǒng)、風力發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電樁的接入，全天候進行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、風能、儲能系統(tǒng)、充電樁運行狀態(tài)及健康狀況，是一個集監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理為一體的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上以經(jīng)濟優(yōu)化運行為目標，促進可再生能源應用，提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性、補償負荷波動；有效實現(xiàn)用戶側(cè)的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷，提高電力設(shè)備運行效率、降低供電成本。為企業(yè)微電網(wǎng)能量管理提供安全、可靠、經(jīng)濟運行提供了全新的解決方案。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)應采用分層分布式結(jié)構(gòu)，整個能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個層：設(shè)備層、網(wǎng)絡通信層和站控層。站級通信網(wǎng)絡采用標準以太網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議，物理媒介可以為光纖、網(wǎng)線、屏蔽雙絞線等。系統(tǒng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

4.2技術(shù)標準

本方案遵循的標準有：

本技術(shù)規(guī)范書提供的設(shè)備應滿足以下規(guī)定、法規(guī)和行業(yè)標準：

GB/T26802.1-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范1部分：通用要求

GB/T26806.2-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)工業(yè)控制計算機基本平臺2部分：性能評定方法

GB/T26802.5-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范5部分：場地安全要求

GB/T26802.6-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范6部分：驗收大綱

GB/T2887-2011計算機場地通用規(guī)范

GB/T20270-2006信息安全技術(shù)網(wǎng)絡基礎(chǔ)安全技術(shù)要求

GB50174-2018電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范

DL/T634.5101遠動設(shè)備及系統(tǒng)5-101部分:傳輸規(guī)約基本遠動任務配套標準

DL/T634.5104遠動設(shè)備及系統(tǒng)5-104部分:傳輸規(guī)約采用標準傳輸協(xié)議子集的IEC60870-5-網(wǎng)絡訪問101

GB/T33589-2017微電網(wǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定

GB/T36274-2018微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

GB/T51341-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計標準

GB/T36270-2018微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

DL/T1864-2018獨立型微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)度運行規(guī)范

T/CEC150-2018低壓微電網(wǎng)并網(wǎng)一體化裝置技術(shù)規(guī)范

T/CEC151-2018并網(wǎng)型交直流混合微電網(wǎng)運行與控制技術(shù)規(guī)范

T/CEC152-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)需求響應技術(shù)要求

T/CEC153-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)負荷管理技術(shù)導則

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)度運行規(guī)范

T/CEC5005-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計規(guī)范

NB/T10148-2019微電網(wǎng)1部分：微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導則

NB/T10149-2019微電網(wǎng)2部分：微電網(wǎng)運行導則

4.3適用場合

系統(tǒng)可應用于城市、高速公路、工業(yè)園區(qū)、工商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、智能建筑、海島、無電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。

4.4型號說明

4.5系統(tǒng)配置

4.5.1系統(tǒng)架構(gòu)

本平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，即站控層、網(wǎng)絡層和設(shè)備層，詳細拓撲結(jié)構(gòu)如下：

圖1典型微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)組網(wǎng)方式

4.6系統(tǒng)功能

4.6.1實時監(jiān)測

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機界面友好，應能夠以系統(tǒng)一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開關(guān)等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。其中，各子系統(tǒng)回路電參量主要有：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、頻率和正向有功電能累計值；狀態(tài)參數(shù)主要有：開關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

系統(tǒng)應可以對分布式電源、儲能系統(tǒng)進行發(fā)電管理，使管理人員實時掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲能單元運行功率設(shè)置等。

系統(tǒng)應可以對儲能系統(tǒng)進行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進行及時告警，并支持定期的電池維護。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面包括系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節(jié)能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據(jù)不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統(tǒng)信息進行顯示。

圖2系統(tǒng)主界面

子界面主要包括系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計列表等。

4.6.1.1光伏界面

圖3光伏系統(tǒng)界面

本界面用來展示對光伏系統(tǒng)信息，主要包括逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、輻照度/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進行展示。

4.6.1.2儲能界面

圖4儲能系統(tǒng)界面

本界面主要用來展示本系統(tǒng)的儲能裝機容量、儲能當前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖5儲能系統(tǒng)PCS參數(shù)設(shè)置界面

本界面主要用來展示對PCS的參數(shù)進行設(shè)置，包括開關(guān)機、運行模式、功率設(shè)定以及電壓、電流的限值。

圖6儲能系統(tǒng)BMS參數(shù)設(shè)置界面

本界面用來展示對BMS的參數(shù)進行設(shè)置，主要包括電芯電壓、溫度保護限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。

圖7儲能系統(tǒng)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等。

圖8儲能系統(tǒng)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、溫度值等。同時針對交流側(cè)的異常信息進行告警。

圖9儲能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側(cè)的異常信息進行告警。

圖10儲能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面

本界面用來展示對PCS狀態(tài)信息，主要包括通訊狀態(tài)、運行狀態(tài)、STS運行狀態(tài)及STS故障告警等。

圖11儲能電池狀態(tài)界面

本界面用來展示對BMS狀態(tài)信息，主要包括儲能電池的運行狀態(tài)、系統(tǒng)信息、數(shù)據(jù)信息以及告警信息等，同時展示當前儲能電池的SOC信息。

圖12儲能電池簇運行數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對電池簇信息，主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當前電芯的*大、*小電壓、溫度值及所對應的位置。

4.6.1.3風電界面

圖13風電系統(tǒng)界面

本界面用來展示對風電系統(tǒng)信息，主要包括逆變控制一體機直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、風速/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進行展示。

4.6.1.4充電樁界面

圖14充電樁界面

本界面用來展示對充電樁系統(tǒng)信息，主要包括充電樁用電總功率、交直流充電樁的功率、電量、電量費用，變化曲線、各個充電樁的運行數(shù)據(jù)等。

4.6.1.5視頻監(jiān)控界面

圖15微電網(wǎng)視頻監(jiān)控界面

本界面主要展示系統(tǒng)所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實現(xiàn)預覽、回放、管理與控制等。

4.6.2發(fā)電預測

系統(tǒng)應可以通過歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)、未來天氣預測數(shù)據(jù)，對分布式發(fā)電進行短期、超短期發(fā)電功率預測，并展示合格率及誤差分析。根據(jù)功率預測可進行人工輸入或者自動生成發(fā)電計劃，便于用戶對該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。

圖16光伏預測界面

4.6.3策略配置

系統(tǒng)應可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、儲能系統(tǒng)容量、負荷需求及分時電價信息，進行系統(tǒng)運行模式的設(shè)置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計劃、需量控制、有序充電、動態(tài)擴容等。

圖17策略配置界面

4.6.4運行報表

應能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備相應時間的運行參數(shù)，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。

圖18運行報表

4.6.5實時報警

應具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠?qū)Ω髯酉到y(tǒng)中的逆變器、雙向變流器的啟動和關(guān)閉等遙信變位，及設(shè)備內(nèi)部的保護動作或事故跳閘時應能發(fā)出告警，應能實時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護事件名稱、保護動作時刻；并應能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關(guān)人員。

圖19實時告警

4.6.6歷史事件查詢

應能夠?qū)b信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電芯溫度（鋰離子電池）、壓力（液流電池）、光照、風速、氣壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

圖20歷史事件查詢

4.6.7電能質(zhì)量監(jiān)測

應可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量包括穩(wěn)態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進行持續(xù)監(jiān)測，使管理人員實時掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況，以便及時發(fā)現(xiàn)和消除供電不穩(wěn)定因素。

1）在供電系統(tǒng)主界面上應能實時顯示各電能質(zhì)量監(jiān)測點的監(jiān)測裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度百分*和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度百分*和正序/負序/零序電流值；

2）諧波分析功能：系統(tǒng)應能實時顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率、A/B/C三相電流總諧波畸變率、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率、偶次諧波電壓總畸變率、偶次諧波電流總畸變率；應能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率、2-63次諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電流含有率；

3）電壓波動與閃變：系統(tǒng)應能顯示A/B/C三相電壓波動值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值；應能提供A/B/C三相電壓波動曲線、短閃變曲線和長閃變曲線；應能顯示電壓偏差與頻率偏差；

4）功率與電能計量：系統(tǒng)應能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應能顯示三相總有功功率、總無功功率、總視在功率和總功率因素；應能提供有功負荷曲線，包括日有功負荷曲線（折線型）和年有功負荷曲線（折線型）；

5）電壓暫態(tài)監(jiān)測：在電能質(zhì)量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發(fā)生時，系統(tǒng)應能產(chǎn)生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關(guān)人員；系統(tǒng)應能查看相應暫態(tài)事件發(fā)生前后的波形。

6）電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計：系統(tǒng)應能顯示1min統(tǒng)計整2h存儲的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，包括均值、*大值、*小值、95%概率值、方均根值。

7）事件記錄查看功能：事件記錄應包含事件名稱、狀態(tài)（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續(xù)時間、事件發(fā)生的時間。

圖21微電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量界面

4.6.8遙控功能

應可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進行遠程遙控操作。系統(tǒng)維護人員可以通過管理系統(tǒng)的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預置、遙控返校、遙控執(zhí)行的操作順序，可以及時執(zhí)行調(diào)度系統(tǒng)或站內(nèi)相應的操作命令。

圖22遙控功能

4.6.9曲線查詢

應可在曲線查詢界面，可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

4.6.10統(tǒng)計報表

具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。對微電網(wǎng)與外部系統(tǒng)間電能量交換進行統(tǒng)計分析；對系統(tǒng)運行的節(jié)能、收益等分析；具備對微電網(wǎng)供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數(shù)等分析；具備對并網(wǎng)型微電網(wǎng)的并網(wǎng)點進行電能質(zhì)量分析。

圖24統(tǒng)計報表

4.6.11網(wǎng)絡拓撲圖

系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

圖25微電網(wǎng)系統(tǒng)拓撲界面

本界面主要展示微電網(wǎng)系統(tǒng)拓撲，包括系統(tǒng)的組成內(nèi)容、電網(wǎng)連接方式、斷路器、表計等信息。

4.6.12通信管理

可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進行管理、控制、數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。系統(tǒng)維護人員可以通過管理系統(tǒng)的主程序右鍵打開通信管理程序，然后選擇通信控制啟動所有端口或某個端口，快速查看某設(shè)備的通信和數(shù)據(jù)情況。通信應支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

4.6.13用戶權(quán)限管理

應具備設(shè)置用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控操作，運行參數(shù)修改等）?？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

4.6.14故障錄波

應可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各相關(guān)電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力系統(tǒng)安全運行水平有著重要作用。其中故障錄波共可記錄16條，每條錄波可觸發(fā)6段錄波，每次錄波可記錄故障前8個周波、故障后4個周波波形，總錄波時間共計46s。每個采樣點錄波至少包含12個模擬量、10個開關(guān)量波形。

4.6.15事故追憶

可以自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時掃描數(shù)據(jù)，包括開關(guān)位置、保護動作狀態(tài)、遙測量等，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

用戶可自定義事故追憶的啟動事件，當每個事件發(fā)生時，存儲事故10個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關(guān)點數(shù)據(jù)。啟動事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點可由用戶定和隨意修改。

圖29事故追憶

5、結(jié)語

總之，新能源發(fā)展迅速，風電、光電等新能源在電網(wǎng)中占有較大比例，但新能源的發(fā)電量具有不確定性和不可調(diào)度性，給電網(wǎng)的穩(wěn)定性造成了潛在威脅。同時由于我國具有良好的風、光資源，又處于電力網(wǎng)絡相對薄弱的區(qū)域，這使得國內(nèi)部分地區(qū)的新能源開發(fā)面臨著技術(shù)瓶頸，經(jīng)過儲能技術(shù)的不斷研究，為保證電力的運輸，制定了新能源發(fā)電的政策，要求新能源的發(fā)電量不得超過10%~15%，并在滿足新能源發(fā)展的條件下，滿足新能源的發(fā)展需求。

參考文獻

[1]殷仁豪,孫培峰,盧海勇.光伏電站和風電場儲能容量配置的技術(shù)經(jīng)濟研究[J].上海節(jié)能,2022(2):192-203.

[2]孫慶,何一.光伏電站儲能系統(tǒng)配置研究[C]//.十三屆中國科協(xié)年會15分會場-大規(guī)模儲能技術(shù)的發(fā)展與應用研討會論文集.[出版者不詳],2011:72-76.

[3]張德隆,MUBAARAKSaif,蔣思宇,王龍澤,劉金鑫,陳永聰,李美成.基于概率潮流的光伏電站中儲能系統(tǒng)的優(yōu)化配置方法[J].儲能科學與技術(shù),2021,10(6):

2244-2251.

[4]姜鵬，光伏電站儲能系統(tǒng)配置研究

[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應用設(shè)計,2022,05a