淺析儲(chǔ)能管理系統(tǒng)在電源能量管理中的優(yōu)化策略研究

安科瑞 陳聰

摘要：文章針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)在電源能量管理中的應(yīng)用，探討優(yōu)化儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行策略的關(guān)鍵技術(shù)，分析儲(chǔ)能系統(tǒng)在電源能量管理中的作用和面臨的挑戰(zhàn)，著重研究?jī)?chǔ)能系統(tǒng)的建模方法、能量調(diào)度算法、壽命評(píng)估與預(yù)測(cè)技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，提出一種考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)全生命周期的多目標(biāo)優(yōu)化策略，可有效提升系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和可靠性。通過(guò)仿真算例驗(yàn)證所提策略的有效性和**性。文章的研究成果可為促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)在電源能量管理中的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能系統(tǒng)；電源能量管理；優(yōu)化策略

0、引言

隨著新能源的大規(guī)模開發(fā)利用，電力系統(tǒng)面臨著更大的波動(dòng)性和不確定性挑戰(zhàn)。儲(chǔ)能系統(tǒng)以其靈活的充放電能力成為維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要手段。如何優(yōu)化儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)配置和運(yùn)行策略，充分發(fā)揮其在電源能量管理中的作用，是一個(gè)亟待解決的問題。文章從儲(chǔ)能系統(tǒng)的建模、調(diào)度、壽命預(yù)測(cè)等方面入手，探索基于儲(chǔ)能優(yōu)化的電源能量管理新策略。

1、儲(chǔ)能系統(tǒng)在電源能量管理中的作用分析

儲(chǔ)能系統(tǒng)憑借其靈活的充放電能力和快速響應(yīng)特性，在電源能量管理中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。儲(chǔ)能系統(tǒng)可在電價(jià)低谷時(shí)充電，高峰時(shí)放電，削減峰谷差，提高電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)減輕電力系統(tǒng)的備用容量壓力。面對(duì)新能源出力和負(fù)荷需求波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)頻率的沖擊，儲(chǔ)能系統(tǒng)可作為快速靈活的調(diào)頻資源，有效控制頻率波動(dòng)，維護(hù)電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

儲(chǔ)能系統(tǒng)還可以在電力缺額時(shí)快速放電，保障負(fù)荷供應(yīng)，其響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)精度高，能夠顯著提高系統(tǒng)備用水平，有效解決新能源“棄風(fēng)棄光”問題。新能源出力過(guò)剩時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)吸收盈余電量，出力不足時(shí)放電補(bǔ)償缺額，實(shí)現(xiàn)新能源出力平滑，提高并網(wǎng)友好性。合理開發(fā)利用儲(chǔ)能資源，對(duì)提升電力系統(tǒng)靈活性、經(jīng)濟(jì)性、安全性以及推動(dòng)能源清潔低碳轉(zhuǎn)型意義重大。

2、儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題

儲(chǔ)能系統(tǒng)要在電源能量管理中發(fā)揮明顯效用，針對(duì)其全生命周期過(guò)程開展系統(tǒng)優(yōu)化。這需要攻克一系列關(guān)鍵技術(shù)難題，主要集中在儲(chǔ)能系統(tǒng)建模、能量?jī)?yōu)化調(diào)度、壽命評(píng)估與預(yù)測(cè)3個(gè)方面。

2.1儲(chǔ)能系統(tǒng)建模

儲(chǔ)能系統(tǒng)建模是實(shí)現(xiàn)其優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行控制的重要基礎(chǔ)。準(zhǔn)確、高效的建模方法可為儲(chǔ)能系統(tǒng)的規(guī)劃配置、運(yùn)行管理以及壽命預(yù)估提供可靠的理論工具和決策支持。然而，由于儲(chǔ)能系統(tǒng)涉及復(fù)雜的電化學(xué)、熱力學(xué)以及電磁學(xué)等多物理場(chǎng)耦合過(guò)程，且在實(shí)際運(yùn)行中表現(xiàn)出明顯的多時(shí)間尺度動(dòng)態(tài)特性，給建模工作帶來(lái)諸多挑戰(zhàn)。目前，儲(chǔ)能系統(tǒng)建模主要有3類方法，分別為基于機(jī)理的物理建模、基于等效電路的半經(jīng)驗(yàn)建模以及基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能建模。

基于機(jī)理的物理建模方法是從儲(chǔ)能系統(tǒng)的物理機(jī)理出發(fā)，利用偏微分方程描述其內(nèi)部電化學(xué)和熱力學(xué)過(guò)程。例如，通過(guò)電荷守恒定律刻畫離子在電解質(zhì)中的遷移擴(kuò)散行為，利用法拉定律描述電極界面的電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)，結(jié)合能量守恒方程分析系統(tǒng)的熱量傳遞與溫度分布。物理建模通常還需要結(jié)合材料的本構(gòu)關(guān)系，如固體電解質(zhì)的電導(dǎo)率、電極材料的嵌鋰電位等，完整地描述儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電特性。這類“*一性原理”模型具有清晰的物理意義和機(jī)理解釋性，可深入分析材料結(jié)構(gòu)、界面效應(yīng)等對(duì)電池性能的影響機(jī)制，但也面臨偏微分方程組復(fù)雜、多場(chǎng)耦合強(qiáng)、數(shù)值求解困難等問題，計(jì)算成本較高，難以直接應(yīng)用于工程實(shí)踐。

基于等效電路的半經(jīng)驗(yàn)建模方法是從儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸入輸出特性出發(fā)，用電壓源、電阻、電容等電路元件等效其充放電行為。例如，Rint模型將電池等效為一個(gè)理想電壓源串聯(lián)內(nèi)阻；Thevenin模型在此基礎(chǔ)上增加一個(gè)RC并聯(lián)支路描述極化效應(yīng)；PNGV模型進(jìn)一步引入一個(gè)電容模擬電池的容量衰減。這類模型形式簡(jiǎn)單、物理意義明確，模型參數(shù)可由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)擬合得到，計(jì)算求解十分高效，因而在工程應(yīng)用中得到廣泛使用。但半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪芟抻诘刃щ娐方Y(jié)構(gòu)，難以刻畫電池內(nèi)部的復(fù)雜機(jī)理，對(duì)溫度、老化等因素的影響描述不足，機(jī)理解釋性較差。

基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能建模方法是利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，從儲(chǔ)能系統(tǒng)的海量運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中自動(dòng)提取輸入輸出關(guān)系。通過(guò)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等智能模型，可構(gòu)建儲(chǔ)能狀態(tài)變量與外部環(huán)境、工況條件間的映射。這類數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型具有很強(qiáng)的非線性擬合與學(xué)習(xí)泛化能力，可自適應(yīng)地逼近任意復(fù)雜系統(tǒng)，無(wú)須預(yù)先對(duì)物理機(jī)理作過(guò)多假設(shè)，因而建模靈活性高、適用范圍廣。但智能模型一般表現(xiàn)為“黑箱”形式，很難解釋其內(nèi)在機(jī)理，且過(guò)度依賴樣本數(shù)據(jù)的質(zhì)量，容易出現(xiàn)過(guò)擬合等問題。

隨著儲(chǔ)能系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的快速積累，急需開發(fā)物理建模與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的混合建模新方法。可在物理模型框架下引入數(shù)據(jù)對(duì)偏微分方程組進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，也可用物理機(jī)理對(duì)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型進(jìn)行先驗(yàn)約束和后驗(yàn)校正。這不僅有助于提高建模精度和泛化性，還可賦予智能算法以物理解釋，為復(fù)雜儲(chǔ)能系統(tǒng)行為的分析與優(yōu)化提供新的思路。

2.2能量?jī)?yōu)化調(diào)度

在儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度中，除考慮負(fù)荷需求、電價(jià)信息以及新能源出力的隨機(jī)性，還需要兼顧其他多個(gè)目標(biāo)和約束條件。例如，降低運(yùn)行成本、提高能量利用效率、延長(zhǎng)電池使用壽命等。儲(chǔ)能系統(tǒng)本身的容量和功率約束也限制了其調(diào)度靈活性。因此，急需發(fā)展多時(shí)間尺度、多目標(biāo)協(xié)同的能量?jī)?yōu)化調(diào)度新方法，以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)在電源能量管理中的價(jià)值*大化。

針對(duì)儲(chǔ)能調(diào)度中的各種不確定性因素，可以引入隨機(jī)優(yōu)化理論進(jìn)行建模求解。例如，隨機(jī)動(dòng)態(tài)規(guī)劃可以將不確定性參數(shù)視為隨機(jī)變量，通過(guò)構(gòu)建多階段決策模型來(lái)優(yōu)化調(diào)度策略。隨機(jī)優(yōu)化方法能夠有效應(yīng)對(duì)不確定性帶來(lái)的挑戰(zhàn)，提高儲(chǔ)能調(diào)度的適應(yīng)性和健壯性。

在實(shí)際應(yīng)用中，模型參數(shù)的不確定性和目標(biāo)需求的多變性也給能量?jī)?yōu)化調(diào)度帶來(lái)了挑戰(zhàn)。針對(duì)這些問題，可以采用健壯優(yōu)化方法來(lái)構(gòu)建調(diào)度策略。通過(guò)考慮參數(shù)的不確定集合，尋求在糟糕情況下仍然滿足約束并優(yōu)化目標(biāo)的解，從而提高決策的穩(wěn)健性和可靠性。此外，在工程實(shí)踐中，還可以進(jìn)一步構(gòu)建能量調(diào)度的預(yù)警機(jī)制和風(fēng)險(xiǎn)對(duì)沖策略。例如，根據(jù)電價(jià)波動(dòng)和調(diào)度成本設(shè)置情景觸發(fā)條件，當(dāng)觸發(fā)條件滿足時(shí)，及時(shí)調(diào)整調(diào)度策略；通過(guò)金融套期*值交易，對(duì)沖電價(jià)波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，鎖定儲(chǔ)能收益。這些措施有助于提高儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)對(duì)不確定性風(fēng)險(xiǎn)的能力，保障其經(jīng)濟(jì)效益和穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3壽命評(píng)估與預(yù)測(cè)

儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用壽命是制約其長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)性和可靠性的關(guān)鍵因素。鋰電池等電化學(xué)儲(chǔ)能在反復(fù)充放電過(guò)程中，健康狀態(tài)會(huì)發(fā)生退化，難以準(zhǔn)確評(píng)估和預(yù)測(cè)壽命。因此，急需開展儲(chǔ)能系統(tǒng)在線健康監(jiān)測(cè)、退化機(jī)理分析、剩余壽命預(yù)測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)研究。

在線健康監(jiān)測(cè)方面，可綜合荷電狀態(tài)（StateofCharge，SoC）、電池電壓、溫度等測(cè)量信息，提取表征電池健康狀態(tài)的關(guān)鍵特征量，構(gòu)建實(shí)時(shí)健康評(píng)估指標(biāo)體系。退化機(jī)理分析方面，可通過(guò)理化檢測(cè)手段，研究電池材料和結(jié)構(gòu)隨充放電循環(huán)的演化規(guī)律，多尺度融合解析儲(chǔ)能系統(tǒng)的衰退機(jī)理。壽命預(yù)測(cè)方面，可建立映射電池運(yùn)行工況和健康狀態(tài)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型，再結(jié)合蓄電池退化物理模型，形成具備外推能力的復(fù)合壽命預(yù)測(cè)方法。典型鋰離子電池的循環(huán)壽命和衰減機(jī)理如表1所示。

1. 考慮儲(chǔ)能全生命周期的多目標(biāo)優(yōu)化策略

儲(chǔ)能系統(tǒng)在電源能量管理中扮演著至關(guān)重要的角色，其規(guī)劃和運(yùn)行須統(tǒng)籌投資成本、運(yùn)維成本、調(diào)度收益以及壽命周期等多重目標(biāo)。文章提出一種全生命周期多目標(biāo)協(xié)同的優(yōu)化新策略，以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)在投資、運(yùn)行、養(yǎng)護(hù)等各環(huán)節(jié)的系統(tǒng)優(yōu)化。

3.1優(yōu)化目標(biāo)與約束

考慮儲(chǔ)能全生命周期優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)包括投資成本、運(yùn)行成本、維護(hù)成本以及調(diào)度收益4個(gè)部分，同時(shí)綜合考慮儲(chǔ)能容量約束、功率約束、荷電狀態(tài)時(shí)序約束以及電池健康狀態(tài)約束。

3.2優(yōu)化模型與算法

建立大時(shí)間尺度下的多階段決策優(yōu)化模型，在投資階段確定儲(chǔ)能容量配置，并制定全生命周期有效的調(diào)度策略。采用時(shí)間段劃分與滾動(dòng)優(yōu)化、隨機(jī)動(dòng)態(tài)規(guī)劃、啟發(fā)式算法等方法，應(yīng)對(duì)電價(jià)和負(fù)荷的不確定性、電池健康狀態(tài)的非線性退化特性等求解挑戰(zhàn)。

3.3算例分析

以河北省張家口市的儲(chǔ)能電站為例，針對(duì)新能源配套場(chǎng)景開展算例分析。該電站由國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司投資建設(shè)，于2016年12月正式投運(yùn)，是當(dāng)時(shí)全球較大的儲(chǔ)能電站項(xiàng)目之一。

張家口儲(chǔ)能電站采用磷酸鐵鋰電池作為儲(chǔ)能媒介，裝機(jī)容量為36MW·h，配套14MW光伏發(fā)電系統(tǒng)，主要承擔(dān)新能源并網(wǎng)消納、電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻等任務(wù)。通過(guò)分析實(shí)測(cè)光伏出力數(shù)據(jù)，采用文章提出的全生命周期多目標(biāo)優(yōu)化策略，制定光儲(chǔ)協(xié)同優(yōu)化調(diào)度方案。

結(jié)果表明，配套儲(chǔ)能系統(tǒng)可有效應(yīng)對(duì)新能源短期波動(dòng)，削減新能源功率波動(dòng)率50%以上。優(yōu)化調(diào)度后的儲(chǔ)能響應(yīng)速度可達(dá)毫秒級(jí)，有效參與電網(wǎng)一次調(diào)頻，提高電網(wǎng)運(yùn)行靈活性。在北京電力交易組織的輔助服務(wù)市場(chǎng)中，張家口儲(chǔ)能電站通過(guò)調(diào)峰調(diào)頻獲得了可觀的運(yùn)營(yíng)收益。

實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，張家口儲(chǔ)能電站在提高可再生能源利用率方面也發(fā)揮了重要作用。配套儲(chǔ)能使光伏年利用小時(shí)數(shù)提高10%以上，棄光率降低2%以上。電池經(jīng)過(guò)3年多運(yùn)行監(jiān)測(cè)，容量衰減率控制在5%以內(nèi)，各項(xiàng)性能指標(biāo)良好。按照設(shè)計(jì)壽命20年估算，在考慮全生命周期成本的前提下，該電站綜合投資收益率預(yù)計(jì)可達(dá)8%，展現(xiàn)出良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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(guó)內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，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(fēng)力發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)以及充電樁的接入，全天候進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、風(fēng)能、儲(chǔ)能系統(tǒng)、充電樁運(yùn)行狀態(tài)及健康狀況，是一個(gè)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(jì)優(yōu)化運(yùn)行為目標(biāo)，促進(jìn)可再生能源應(yīng)用，提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性、補(bǔ)償負(fù)荷波動(dòng)；有效實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負(fù)荷，提高電力設(shè)備運(yùn)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(jì)運(yùn)行提供了全新的解決方案。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)應(yīng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，整個(gè)能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個(gè)層：設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層和站控層。站級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)

本方案遵循的標(biāo)準(zhǔn)有：

本技術(shù)規(guī)范書提供的設(shè)備應(yīng)滿足以下規(guī)定、法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T26802.1-2011工業(yè)控制計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)基本平臺(tái)2部分：性能評(píng)定方法

GB/T26802.5-2011工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通用規(guī)范5部分：場(chǎng)地安全要求

GB/T26802.6-2011工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通用規(guī)范6部分：驗(yàn)收大綱

GB/T2887-2011計(jì)算機(jī)場(chǎng)地通用規(guī)范

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

GB50174-2018電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范

DL/T634.5101遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)5-101部分:傳輸規(guī)約基本遠(yuǎn)動(dòng)任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)

DL/T634.5104遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)5-104部分:傳輸規(guī)約采用標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議子集的IEC60870-5-網(wǎng)絡(luò)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)

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

DL/T1864-2018獨(dú)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(yùn)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(yùn)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(yīng)技術(shù)要求

T/CEC153-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)負(fù)荷管理技術(shù)導(dǎo)則

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

T/CEC5005-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范

NB/T10148-2019微電網(wǎng)1部分：微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則

NB/T10149-2019微電網(wǎng)2部分：微電網(wǎng)運(yùn)行導(dǎo)則

4.3適用場(chǎng)合

系統(tǒng)可應(yīng)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(wú)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(hào)說(shuō)明

4.5系統(tǒng)配置

4.5.1系統(tǒng)架構(gòu)

本平臺(tái)采用分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即站控層、網(wǎng)絡(luò)層和設(shè)備層，詳細(xì)拓?fù)浣Y(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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機(jī)界面友好，應(yīng)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(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)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(hào)。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(wú)功功率、總功率因數(shù)、頻率和正向有功電能累計(jì)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(yīng)可以對(duì)分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電管理，使管理人員實(shí)時(shí)掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲(chǔ)能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲(chǔ)能單元運(yùn)行功率設(shè)置等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)告警，并支持定期的電池維護(hù)。

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(fēng)電、儲(chǔ)能、充電樁及總體負(fù)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(chǔ)能及光伏系統(tǒng)信息進(jìn)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(fēng)電信息、儲(chǔ)能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計(jì)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(lái)展示對(duì)光伏系統(tǒng)信息，主要包括逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及報(bào)警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測(cè)及發(fā)電量統(tǒng)計(jì)、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)、發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)、碳減排統(tǒng)計(jì)、輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

4.6.1.2儲(chǔ)能界面

圖4儲(chǔ)能系統(tǒng)界面

本界面主要用來(lái)展示本系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝機(jī)容量、儲(chǔ)能當(dāng)前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖5儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS參數(shù)設(shè)置界面

本界面主要用來(lái)展示對(duì)PCS的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，包括開關(guān)機(jī)、運(yùn)行模式、功率設(shè)定以及電壓、電流的限值。

圖6儲(chǔ)能系統(tǒng)BMS參數(shù)設(shè)置界面

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

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

本界面用來(lái)展示對(duì)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(chǔ)能系統(tǒng)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)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(shí)針對(duì)交流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

圖9儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面

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

圖10儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面

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

圖11儲(chǔ)能電池狀態(tài)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)BMS狀態(tài)信息，主要包括儲(chǔ)能電池的運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)信息、數(shù)據(jù)信息以及告警信息等，同時(shí)展示當(dāng)前儲(chǔ)能電池的SOC信息。

圖12儲(chǔ)能電池簇運(yùn)行數(shù)據(jù)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)電池簇信息，主要包括儲(chǔ)能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當(dāng)前電芯的*大、*小電壓、溫度值及所對(duì)應(yīng)的位置。

4.6.1.3風(fēng)電界面

圖13風(fēng)電系統(tǒng)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)信息，主要包括逆變控制一體機(jī)直流側(cè)、交流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及報(bào)警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)、發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)、碳減排統(tǒng)計(jì)、風(fēng)速/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

4.6.1.4充電樁界面

圖14充電樁界面

本界面用來(lái)展示對(duì)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(fèi)用，變化曲線、各個(gè)充電樁的運(yùn)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(guò)不同的配置，實(shí)現(xiàn)預(yù)覽、回放、管理與控制等。

4.6.2發(fā)電預(yù)測(cè)

系統(tǒng)應(yīng)可以通過(guò)歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、未來(lái)天氣預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)分布式發(fā)電進(jìn)行短期、超短期發(fā)電功率預(yù)測(cè)，并展示合格率及誤差分析。根據(jù)功率預(yù)測(cè)可進(jìn)行人工輸入或者自動(dòng)生成發(fā)電計(jì)劃，便于用戶對(duì)該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。

圖16光伏預(yù)測(cè)界面

4.6.3策略配置

系統(tǒng)應(yīng)可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、儲(chǔ)能系統(tǒng)容量、負(fù)荷需求及分時(shí)電價(jià)信息，進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行模式的設(shè)置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計(jì)劃、需量控制、有序充電、動(dòng)態(tài)擴(kuò)容等。

圖17策略配置界面

4.6.4運(yùn)行報(bào)表

應(yīng)能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備**時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)，報(bào)表中顯示電參量信息應(yīng)包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無(wú)功功率、正向有功電能等。

圖18運(yùn)行報(bào)表

4.6.5實(shí)時(shí)報(bào)警

應(yīng)具有實(shí)時(shí)報(bào)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(dòng)和關(guān)閉等遙信變位，及設(shè)備內(nèi)部的保護(hù)動(dòng)作或事故跳閘時(shí)應(yīng)能發(fā)出告警，應(yīng)能實(shí)時(shí)顯示告警事件或跳閘事件，包括保護(hù)事件名稱、保護(hù)動(dòng)作時(shí)刻；并應(yīng)能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關(guān)人員。

圖19實(shí)時(shí)告警

4.6.6歷史事件查詢

應(yīng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)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(fēng)速、氣壓越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

圖20歷史事件查詢

4.6.7電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

應(yīng)可以對(duì)整個(gè)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(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，使管理人員實(shí)時(shí)掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況，以便及時(shí)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(yīng)能實(shí)時(shí)顯示各電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(fù)序/零序電壓值、三相電流不平衡度百分*和正序/負(fù)序/零序電流值；

2）諧波分析功能：系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)時(shí)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(yīng)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(dòng)與閃變：系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相電壓波動(dòng)值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長(zhǎng)閃變值；應(yīng)能提供A/B/C三相電壓波動(dòng)曲線、短閃變曲線和長(zhǎng)閃變曲線；應(yīng)能顯示電壓偏差與頻率偏差；

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

5）電壓暫態(tài)監(jiān)測(cè)：在電能質(zhì)量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降、短時(shí)中斷發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)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(yīng)能查看相應(yīng)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(jì)：系統(tǒng)應(yīng)能顯示1min統(tǒng)計(jì)整2h存儲(chǔ)的統(tǒng)計(jì)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(yīng)包含事件名稱、狀態(tài)（動(dòng)作或返回）、波形號(hào)、越限值、故障持續(xù)時(shí)間、事件發(fā)生的時(shí)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(yīng)可以對(duì)整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過(guò)管理系統(tǒng)的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預(yù)置、遙控返校、遙控執(zhí)行的操作順序，可以及時(shí)執(zhí)行調(diào)度系統(tǒng)或站內(nèi)相應(yīng)的操作命令。

圖22遙控功能

4.6.9曲線查詢

應(yīng)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(wú)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(jì)報(bào)表

具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來(lái)任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。對(duì)微電網(wǎng)與外部系統(tǒng)間電能量交換進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能、收益等分析；具備對(duì)微電網(wǎng)供電可靠性分析，包括年停電時(shí)間、年停電次數(shù)等分析；具備對(duì)并網(wǎng)型微電網(wǎng)的并網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行電能質(zhì)量分析。

圖24統(tǒng)計(jì)報(bào)表

4.6.11網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)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(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)能自動(dòng)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?fù)浣缑?/span>

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

4.6.12通信管理

可以對(duì)整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進(jìn)行管理、控制、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過(guò)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(dòng)所有端口或某個(gè)端口，快速查看某設(shè)備的通信和數(shù)據(jù)情況。通信應(yīng)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(yīng)具備設(shè)置用戶權(quán)限管理功能。通過(guò)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(yùn)行參數(shù)修改等）?？梢远x不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

4.6.14故障錄波

應(yīng)可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準(zhǔn)確地記錄故障前、后過(guò)程的各相關(guān)電氣量的變化情況，通過(guò)對(duì)這些電氣量的分析、比較，對(duì)分析處理事故、判斷保護(hù)是否正確動(dòng)作、提高電力系統(tǒng)安全運(yùn)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(gè)周波、故障后4個(gè)周波波形，總錄波時(shí)間共計(jì)46s。每個(gè)采樣點(diǎn)錄波至少包含12個(gè)模擬量、10個(gè)開關(guān)量波形4.6.15事故追憶

可以自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)掃描數(shù)據(jù)，包括開關(guān)位置、保護(hù)動(dòng)作狀態(tài)、遙測(cè)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(dòng)事件，當(dāng)每個(gè)事件發(fā)生時(shí)，存儲(chǔ)事故*10個(gè)掃描周期及事故后10個(gè)掃描周期的有關(guān)點(diǎn)數(shù)據(jù)。啟動(dòng)事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點(diǎn)可由用戶指*和隨意修改。

圖29事故追憶

5、硬件及其配套產(chǎn)品

6、結(jié)語(yǔ)

文章研究了儲(chǔ)能系統(tǒng)在電源能量管理中的關(guān)鍵技術(shù)問題，提出一種全生命周期視角下的多目標(biāo)優(yōu)化新策略。理論分析和算例驗(yàn)證表明，優(yōu)化后的儲(chǔ)能系統(tǒng)可有效提升電源能量管理的經(jīng)濟(jì)性和可靠性水平，為新能源高滲透率下的電網(wǎng)靈活調(diào)控提供有力支撐。未來(lái)還需要進(jìn)一步開展儲(chǔ)能健康管理、多時(shí)間尺度協(xié)調(diào)優(yōu)化等方面的深入研究，促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與電源能量管理的深度融合。

參考文獻(xiàn)

[1]馮興田，陶媛媛，孫添添.基于儲(chǔ)能的多端口電源系統(tǒng)能量管理與控制策略[J].電氣自動(dòng)化，2018，40（4）：66-69.

[2]王桂博，丁曉霞，王法印.有軌電車混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理策略與容量?jī)?yōu)化[J].電子設(shè)計(jì)工程，2024，32（2）：130-133.

[3]王子琪，張慧媛，許軍.基于改進(jìn)人工蜂群算法的區(qū)域電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)能量管理優(yōu)化策略[J].中國(guó)電力，2022，55（9）：16-22.

[4]李永.基于儲(chǔ)能系統(tǒng)的電源能量管理與優(yōu)化策略研究

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