淺談分布式新能源發電中的儲能係統能量管理分析

hth下载地址 陳聰

【摘要】：能源是維持社會(hui) 穩定發展的關(guan) 鍵助力，其可以在實際生產(chan) 發展階段中合理轉化為(wei) 社會(hui) 公眾(zhong) 必需的動力、光能、熱能及其他自然資源。結合各類條件及劃分標準來看，可以將能源展開多樣化分類定位，主要包括常規能源與(yu) 新能源，前者通常涵蓋了石油、水能、天然氣、煤炭等普及使用的能源類型，而後者是新時代社會(hui) 還沒有普遍開發及利用的資源，主要涉及海洋能、太陽能、風能及地熱能等等。在此期間，風能主要是因地表結構在高溫度條件下產(chan) 生的水蒸氣與(yu) 氣溫差造成的氣壓差異，進而在空氣由高壓區域朝向低壓區域不斷流動所產(chan) 生的風，此過程中所形成的動能便被稱為(wei) 風能。太陽能指的是陽光照射於(yu) 地球表層展開能量轉換與(yu) 利用。分布式發電中的儲(chu) 能係統為(wei) 了有效降低功率波動所帶來的影響，就需要在外部電網展開新能源輸出，從(cong) 而促使係統時刻維持自帶負載輸出狀態。

【關(guan) 鍵詞】：分布式新能源；發電；儲(chu) 能係統；能量管理；分析

1緒論

在新能源的概念下，可以將其定義(yi) 為(wei) ：新能源是指具有一定能量的清潔的可再生能源，它是一種新型的可持續發展的資源和能源。生物質能是借助各類綠色植物的光合作用實現能量轉換。地熱能主要來源於(yu) 地球熔岩內(nei) 部存在的天然熱能，海洋能通常涵蓋了波浪能、潮汐能等等。成本是對資源消耗展開化運算的計量方法，不但涉及資金費用的消耗，還包括人力資源與(yu) 物力資源的成本。成本作為(wei) 產(chan) 品價(jia) 格的定價(jia) 條件，其承擔著彰顯企業(ye) 管理水準、經營業(ye) 績和競爭(zheng) 實力的關(guan) 鍵角色。各項產(chan) 品的材料消耗、生產(chan) 力及能源消耗量等均貫穿於(yu) 企業(ye) 經營管理的全過程當中，並利用成本指標體(ti) 現在大眾(zhong) 視界中。在社會(hui) 發展的過程中，能源是人類生存和活動的物質基礎，是經濟增長的重要動力。在過去的幾十年裏，化石燃料的大量消耗和環境汙染的問題一直沒有得到解決(jue) ，人們(men) 開始尋求新的清潔可再生能源來代替傳(chuan) 統的石油、煤炭等資源。近年來，風能、太陽能等新型可再生能源的開發利用越來越受到重視，我國已經把風電作為(wei) 未來電力係統建設的重點項目。

2分析新能源的概述

2.1分析新能源的含義(yi)

我國的傳(chuan) 統化石能源主要是有煤炭、石油和天然氣，其中煤的儲(chu) 量占據總儲(chu) 量的百分之七十左右，然而這些礦物都是不可循環的，而可再生的煤量約占總產(chan) 量的百分之六十以上，大約占據全國總產(chan) 煤量的百分之五到百分之十。由於(yu) 燃燒時產(chan) 生了大量的汙染物（如二氧化硫，NOx,CH4)，導致環境汙染嚴(yan) 重。因此，開發新型的潔淨高效的可替代的清潔環保的電力係統，減少對常規電源的依賴性，實現節能減排，提高電力係統的安全穩定運行，是電網公司的重要任務。在傳(chuan) 統的電力係統中，主要使用的都是風能、太陽能、水能等。而這些都是電能，它們(men) 都不能被替代，所以人們(men) 把目光轉向了其他的領域一光伏發電。風能作為(wei) 目前世界上豐(feng) 富的可用能源，它也是取之不盡、用之不竭的重要來源。但是，由於(yu) 其自身存在的局限性，導致了它的開發利用受到很大限製。因此，要想使風力發電的技術得到更好的應用，就需要對其進行更深入的研究與(yu) 探索。

2.2分析新能源發電的現狀

對於(yu) 我國而言，是存在著比較豐(feng) 富的風能儲(chu) 量，其中太陽能的開發和應用是大的優(you) 勢之一，在以往的二十年中，光伏產(chan) 業(ye) 的發展速度是快的。在二零一一年，光伏發電的總裝機容量達到了三萬(wan) 千瓦，占全國總發電量的百分之零點五。但是由於(yu) 技術的落後和成本的高低等因素，導致目前的風力發電的規模一直不能滿足市場的需求量。我國的新能源發電的開發與(yu) 應用起步較晚，在計劃經濟體(ti) 製下，對傳(chuan) 統的火力發電的依賴性很強，而且由於(yu) 新能源資源分布不均勻，導致了新能源的利用率較低，這也限製了其使用範圍。

3分析分布式新能源發電中的儲(chu) 能係統工作模式

係統能源管理的過程中，關(guan) 鍵的參數主要包括以下幾個(ge) 方麵內(nei) 容：一是電池的超前狀態；二是超級電容器。在物理算法中，超電容器和單電壓的平方形成正比例的關(guan) 係，因此可以推出能夠通過測量超電容器的單電壓獲取剩餘(yu) 容量。但需要特別注意的是，電池在工作過程中，剩餘(yu) 容量和單電壓兩(liang) 者之間並不存在明確的函數關(guan) 係，在此情況下就需要采取間接測量法。分布式新能源發電中的儲(chu) 能係統使用的是係統係數積分法與(yu) 卡門過濾器，從(cong) 而實現在電池的線上能夠計算出SOC。對此進行簡要的分析與(yu) 討論，根據相關(guan) 預測，如果將電力容量的SOC正常狀態設定為(wei) 百分之二十到百分之九十之間，那麽(me) 低容量可能為(wei) 百分之二十以下，高容量則為(wei) 百分之九十以上。可以得出在實際應用過程中會(hui) 存在諸如SOC的百分之三十到百分之九十、電池、低容量以及高容量等多種模式。當采用同一種控製策略應對所有模式時，檢查電池的SOC、超級電容器以及係統運行時間之外的電網，就可以明確分布式新能源中儲(chu) 存能量所需的控製策略。如圖1所示，AC/DC總線混合發電係統，主要借助太陽能和風力發電，通常情況下，在實際運行過程中，高的跟蹤狀態則為(wei) 太陽能與(yu) 風力發電輸出處於(yu) 快速的變化因素。例如，在天氣情況良好的狀態下，采用超級電容器作為(wei) 能源儲(chu) 存設備。在此之外分布式的新能源發電中，儲(chu) 能係統為(wei) 了可以促進其在孤島狀態下處於(yu) 長期和穩定的運行模式，則是需要采用長期能量儲(chu) 存的裝置，通過合理的應用大容量的電池，例如612V/65Hz。應明確的是，根據兩(liang) 種不同的能源儲(chu) 存單元的自身特點、外部電網實際狀況以及剩餘(yu) 容量情況等，分別采用針對性的控製策略。

圖1交流混合母線分布式發電係統

4分析各種各樣工作模式下的電能管理策略

4.1分析儲(chu) 能係統處於(yu) 正常模式的情況

對於(yu) 這種模式而言，是為(wei) 常見的工作模式，此時電池的剩餘(yu) 容量和超級電容都是維持在正常狀態中，但是因為(wei) 新能源發電係統采用的太陽能和風能發電模式都是具有著間歇性的特點，所以實際運行時容易出現本地載荷驟然降低或增加的突發情況。當出現此種情況時，勢必會(hui) 導致發電係統輸出功率發生高頻波動。並且同時又因為(wei) 蓄電池裝置需要比較長的時間來完成充電或是放點過程，就難以及時有效的控製此種高頻波動。所以，就應當充分利用超級電容控製這部分波動功率。除此之外，在分布式新能源發電儲(chu) 能係統處在孤島條件或並網狀態下運行時，同樣可以對儲(chu) 能係統中的功率采取上述能量管理策略進行合理的配置，根據實際運行情況產(chan) 生出實際所需功率。同時能夠通過合理調節增益K的方式，實現有效分配超級電容與(yu) 蓄電池兩(liang) 種儲(chu) 能裝置所輸出的功率。例如，當超級電容剩餘(yu) 較大的容量時，可以將增益K相應的提高，從(cong) 而促使超級電容能夠承擔較多的功率輸出。

4.2分析蓄電池的異常模式

蓄電池異常模式狀態下的情況主要表現為(wei) 蓄電池儲(chu) 能裝置所剩餘(yu) 的容量處於(yu) 比較低或比較高的狀態，然而超級電容裝置中的剩餘(yu) 容量卻一直處於(yu) 正常狀態。在這個(ge) 情況下，就會(hui) 使其整體(ti) 電網係統運行的安全性和穩定性大幅度的降低。所以為(wei) 了確保係統的正常運行，在極短的時間內(nei) 使係統恢複到正常工作模式。同時，當分布式發電中的儲(chu) 能係統處於(yu) 並網狀態的情況下，其實際的運行狀態就會(hui) 與(yu) 蓄電池電容異常模式比較接近，此時，為(wei) 了盡快恢複蓄電池裝置自身的剩餘(yu) 容量，就采用內(nei) 外電網能量交換的方法，從(cong) 而真正確保係統的正常運行。在此過程中，可能會(hui) 產(chan) 生一定的功率衝(chong) 擊，但其對係統造成的實際影響並不明顯。除此之外，在孤島狀態下儲(chu) 能係統實際運行過程中，由於(yu) 超級電容裝置自身能量存儲(chu) 狀態有一定的限製，因此難以促使蓄電池裝置在短時間內(nei) 借助能量傳(chuan) 遞的方式恢複到正常工作狀態。針對此種情況，就隻能借助超級電容來確保能量的有效傳(chuan) 遞，直到並網成功之後，才能夠再將蓄電池裝置充電，從(cong) 而確保其能夠恢複到正常的運行狀態。

4.3分析超級電容異常模式

對於(yu) 超級電容異常模式而言，其所表現出的異常情況主要是為(wei) 在蓄電池儲(chu) 能裝置自身剩餘(yu) 容量處於(yu) 正常情況下，而超級電容儲(chu) 能裝置中的剩餘(yu) 容量卻會(hui) 出現較高或者是比較低的異常情況。在這個(ge) 情況下，分布式發電儲(chu) 能係統自身的性能會(hui) 降低，例如其吸收和釋放高頻功率性能，嚴(yan) 重時還會(hui) 給整體(ti) 係統相應功能帶來嚴(yan) 重的負麵影響。及時使係統恢複到正常的工作模式。與(yu) 此同時，當分布式新能源發電中儲(chu) 能係統處於(yu) 並網狀態當中時，可以將外部電網視為(wei) 一個(ge) 不設上限的電網連接，在此情況下，超級電容就可以借助能量傳(chuan) 遞的方式，來將超出自身的能量傳(chuan) 遞到外部電網當中，從(cong) 而能夠促使自身在短時間內(nei) 恢複到正常的運行狀態。此外，在孤島狀態下，儲(chu) 能係統運行過程當中，由於(yu) 會(hui) 缺乏外部電網提供的相應輔助支持，因此就應當充分確保儲(chu) 能係統一直維持在功率平衡的

穩定狀態，通過超級電容來切實提升係統自身的反應力。與(yu) 此同時，為(wei) 了確保分布式新能源發電輸出功率穩定性的有效提升，還強化超級電容與(yu) 蓄電池二者儲(chu) 能裝置之間的能量傳(chuan) 遞，從(cong) 而切實達到能量有效管理的目的。

4.4分析全部異常模式

針對於(yu) 全部異常模式狀態下的儲(chu) 能管理策略而言，是需要綜合上述幾種異常情況，通過直流母線之間的相互均衡，使其促進異常模式可以合理的轉變為(wei) 上述的其中一個(ge) 模式，之後采用相對應的管理策略進行控製。針對都處於(yu) 異常模式下的能量管理策略來講，可以分為(wei) 下麵兩(liang) 種情況：一是蓄電池剩餘(yu) 容量與(yu) 超級電容都處於(yu) 過高的情況，此時就需要在孤島運行過程中，控製其自身輸出功率；二是對於(yu) 蓄電池剩餘(yu) 容量與(yu) 超級電容兩(liang) 者都處在過低的狀態下來講，為(wei) 了有效維持敏感負荷始終處於(yu) 正常狀態下，就剔除一些不必要的負載，從(cong) 而充分確保分布式新能源發電係統處於(yu) 穩定狀態。

5 Acrel-2000ES儲(chu) 能能量管理係統

5.1平台概述

hth下载地址Acrel-2000ES儲(chu) 能能量管理係統具有完善的儲(chu) 能監控與(yu) 管理功能,涵蓋了儲(chu) 能係統設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息,實現了數據采集、數據處理、數據存儲(chu) 、數據查詢與(yu) 分析、可視化監控、報警管理、統計報表等功能。在高級應用上支持能量調度,具備計劃曲線、削峰填穀、需量控製、備用電源等控製功能。既可以用於(yu) 儲(chu) 能一體(ti) 櫃,也可以用於(yu) 儲(chu) 能集裝箱,是專(zhuan) 門用於(yu) 設備管理的一套軟件係統平台。

5.2係統結構圖

5.3係統功能

5.3.1實時監測

係統人機界麵友好，能夠顯示儲(chu) 能櫃的運行狀態，實時監測PCS、BMS以及環境參數信息，如電參量、溫度、濕度等。實時顯示有關(guan) 故障、告警、收益等信息。

5.3.2設備監控

係統能夠實時監測PCS、BMS、電表、空調、消防、除濕機等設備的運行狀態及運行模式。

PCS監控：滿足儲(chu) 能變流器的參數與(yu) 限值設置；運行模式設置；實現儲(chu) 能變流器交直流側(ce) 電壓、電流、功率及充放電量參數的采集與(yu) 展示；實現PCS通訊狀態、啟停狀態、開關(guan) 狀態、異常告警等狀態監測。

BMS監控：滿足電池管理係統的參數與(yu) 限值設置；實現儲(chu) 能電池的電芯、電池簇的溫度、電壓、電流的監測；實現電池充放電狀態、電壓、電流及溫度異常狀態的告警。

空調監控：滿足環境溫度的監測，可根據設置的閾值進行空調溫度的聯動調節，並實時監測空調的運行狀態及溫濕度數據，以曲線形式進行展示。

UPS監控：滿足UPS的運行狀態及相關(guan) 電參量監測。

5.3.3曲線報表

係統能夠對PCS充放電功率曲線、SOC變換曲線、及電壓、電流、溫度等曆史曲線的查詢與(yu) 展示。

5.3.4策略配置

滿足儲(chu) 能係統設備參數的配置、電價(jia) 參數與(yu) 時段的設置、控製策略的選擇。目前支持的控製策略包含計劃曲線、削峰填穀、需量控製等。

5.3.5實時報警

儲(chu) 能能量管理係統具有實時告警功能，係統能夠對儲(chu) 能充放電越限、溫度越限、設備故障或通信故障等事件發出告警。

5.3.6事件查詢統計

儲(chu) 能能量管理係統能夠對遙信變位，溫濕度、電壓越限等事件記錄進行存儲(chu) 和管理，方便用戶對係統事件和報警進行曆史追溯，查詢統計、事故分析。

5.3.7遙控操作

可以通過每個(ge) 設備下麵的紅色按鈕對PCS、風機、除濕機、空調控製器、照明等設備進行相應的控製，但是當設備未通信上時，控製按鈕會(hui) 顯示無效狀態。

5.3.8用戶權限管理

儲(chu) 能能量管理係統為(wei) 保障係統安全穩定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）。可以定義(yi) 不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為(wei) 係統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

6相關(guan) 平台部署硬件選型清單

參考文獻

1. 史明亮.探析新能源發電與(yu) 分布式發電及其對電力係統的影響[J].現代製造技術與(yu) 裝備

2. 陳浩龍.適應分布式新能源發電係統負荷調峰策略研究[J].節能與(yu) 環保

3. 黃北軍(jun) .共直流母線型的分布式新能源發電係統協調控製技術研究[J].電氣開關(guan)

4. hth下载地址企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) .2022.05版

5. 董暢.分布式新能源發電中的儲(chu) 能係統能量管理分析