虛擬電廠中儲能技術的應用

hth下载地址 陳聰

【摘要】虛擬電廠利用*進的通信技術，將分布式電源、儲(chu) 能裝置和可控負荷等資源廣泛連接，並采用特定的控製策略進行資源的協同聚合和智能管理，從(cong) 而具備與(yu) 電網能量互動的能力。在虛擬電廠的運作中，儲(chu) 能設備不僅(jin) 可以有效儲(chu) 存可再生能源的過剩電力，還能在需要時釋放能源，以滿足可控負荷的需求響應和分布式能源的要求，從(cong) 而能夠更加靈活地管理能源資源，提高電網的穩定性和可靠性。本文針對虛擬電廠中儲(chu) 能技術的應用展開研究，對虛擬電廠中儲(chu) 能技術發展、清潔能源的大規模應用進行了展望。

【關(guan) 鍵詞】虛擬電廠；儲(chu) 能技術；應用

0.引言

在當今社會(hui) 的迅猛發展下，我們(men) 不可避免地麵臨(lin) 與(yu) 日俱增的能源需求、嚴(yan) 重的環境汙染問題以及日益緊缺的自然資源帶來的挑戰，這些挑戰需要我們(men) 尋找創新的解決(jue) 方案，以確保社會(hui) 的可持續發展。近年來，可再生能源成為(wei) 了一個(ge) 備受關(guan) 注的話題，與(yu) 此同時分布式能源也逐漸嶄露頭角。可再生能源如太陽能和風能等具有巨大的潛力，它們(men) 可以為(wei) 社會(hui) 提供清潔的電力，減少人類對有限自然資源的依賴，並降低能源生產(chan) 帶來的環境汙染。然而，可再生能源的波動性和不確定性問題一直是困擾電力係統的挑戰之一。在這個(ge) 背景下，虛擬電廠的概念應運而生。

虛擬電廠是一種*進的電力係統管理方法，它可以協調控製分布式電源（如太陽能電池和風力發電機等），並有效地管理能量流向，以支持電網的穩定運行。虛擬電廠的關(guan) 鍵之一是儲(chu) 能裝置。這些裝置可以儲(chu) 存多餘(yu) 的能源，以便在需要時釋放，從(cong) 而彌補可再生能源的波動性。這不僅(jin) 可以提高電力係統的可靠性，還可以降低對傳(chuan) 統發電方式的依賴，減少環境汙染。此外，儲(chu) 能裝置還可以提高電力係統的經濟性，因為(wei) 它們(men) 可以在高峰時段釋放儲(chu) 存的能量，從(cong) 而減少高成本的峰值電力需求。

1.虛擬電廠概述

虛擬電廠是一種創新性的電力管理概念，它在分布式電力管理係統的支持下，通過整合分散的分布式電源、可控製電源和儲(chu) 能裝置等資源，形成一個(ge) 龐大的虛擬性可控製信息集合體(ti) 。這個(ge) 概念的出現對電網運行和調度產(chan) 生了深遠的影響，特別是在智能電網和分布式電網的應用衝(chong) 突方麵提供了解決(jue) 方案。

虛擬電廠的核心思想是將分布式電源（包括太陽能光伏、風能、小型燃氣發電機等）以及各種可控製電源（如電動汽車充電樁和分布式儲(chu) 能設備等），有效地匯聚成一個(ge) 統一的實體(ti) 。這個(ge) 實體(ti) 可以像傳(chuan) 統發電廠一樣，直接參與(yu) 電網的運行和調度。這種整合有助於(yu) 提高電力資源的可利用性，減少能源浪費，降低電網的負荷壓力，提高電網的可靠性和穩定性。

此外，虛擬電廠的出現也有助於(yu) 解決(jue) 智能電網和分布式電網之間的應用衝(chong) 突。智能電網強調了數據分析和遠程控製，以提高電網的效率和可管理性；而分布式電網更強調本地化能源生產(chan) 和消費，希望減少電力輸送損耗和提高電網的彈性。虛擬電廠的構成模式具體(ti) 如圖1所示。

2.儲(chu) 能技術

2.1儲(chu) 能技術的內(nei) 涵

電能儲(chu) 存是儲(chu) 能技術的核心概念，它使得能量可以在不同時刻之間進行轉化和利用。這個(ge) 過程涉及到將能量以不同形式儲(chu) 存，這可以通過介質或特定設備實現。儲(chu) 能介質可以是電池、*級電容器、壓縮空氣儲(chu) 能、重力儲(chu) 能等多種形式，每種介質都有其*特的特性和適用場景。設備則包括能夠將能量儲(chu) 存和釋放的技術，如充電/放電係統、逆變器和控製係統等。

這種能量存儲(chu) 的靈活性使得儲(chu) 能技術在多個(ge) 領域中發揮著關(guan) 鍵作用。首先，儲(chu) 存的能量可以作為(wei) 應急能源，以滿足突發事件或電力中斷時的能源需求。這對於(yu) 維護基礎設施運行、醫療設備供電以及保障公共安全至關(guan) 重要。此外，儲(chu) 能技術還可以用來支持電網運行。電網負荷通常會(hui) 出現波動，而儲(chu) 能係統可以在負荷較低時存儲(chu) 多餘(yu) 的能量，然後在高負荷時釋放，以平衡電力供需，減輕電網波動。這一過程有時被稱為(wei) "削峰填穀"，它有助於(yu) 提高電網的穩定性和可靠性，同時也促進可再生能源的大規模集成。

2.2儲(chu) 能技術的應用方向

（1）電化學儲(chu) 能

電化學儲(chu) 能技術在當今電力領域具備顯著的優(you) 勢，這些優(you) 勢包括其廣泛的適用性、*效的能量轉化效率、長期的使用壽命、靈活的充放電性能、相對較輕的重量以及*色的便攜性等。

電化學儲(chu) 能技術的特點使其在電力係統中扮演著重要的角色，並且在多個(ge) 領域都表現出*越的性能。首先，電化學儲(chu) 能技術的廣泛適用性使其能夠滿足各種電力需求，無論是用於(yu) 家庭、商業(ye) 還是工業(ye) 應用，電化學儲(chu) 能係統都可以根據需求進行定製和擴展，這種靈活性使得儲(chu) 能技術能夠在不同場景中提供可靠的能源支持。其次，電化學儲(chu) 能技術以其*效的能量轉化效率而聞名，當電能儲(chu) 存在儲(chu) 能係統中時，其損失非常小，從(cong) 而確保了電能的有效利用。同時，電化學儲(chu) 能技術具有*越的使用壽命，這些係統通常能夠持續數年甚至更長時間的運行，而且其性能不會(hui) 明顯下降。此外，電化學儲(chu) 能技術在充放電方麵表現*色，可以迅速響應電力需求的變化，無論是快速放電以提供輔助服務，還是緩慢充電以儲(chu) 存電能供日後使用。

（2）機械儲(chu) 能

機械儲(chu) 能是一項關(guan) 鍵的電力儲(chu) 能技術，旨在將電能轉化為(wei) 機械能，以便在需要時將其重新轉化為(wei) 電能。其中一種主要的機械儲(chu) 能技術是抽水蓄能，它利用了勢能和動能的原理，抽水蓄能的核心概念是將多餘(yu) 的電能轉化為(wei) 勢能，通過將水資源從(cong) 下水庫抽升到地上水庫的方式來實現。這個(ge) 過程類似於(yu) 充電的過程，其中下水庫充當電池，而地上水庫則充當能量存儲(chu) 器。當電力資源供過於(yu) 求時，通過電能轉化為(wei) 機械能的方式，水被抽升到地上水庫，從(cong) 而將電能儲(chu) 存為(wei) 潛在的勢能。而當電力資源需求增加時，可以釋放存儲(chu) 的水，通過水力發電的方式將勢能轉化為(wei) 電能，滿足電力負荷的需求。

抽水蓄被認為(wei) 是電力資源轉換和電力發送功能的理想選擇之一，其成熟度很高，已在許多地方得到成功應用。這一技術的*越性在於(yu) 它可以迅速響應電力需求的波動，有助於(yu) 維持電網的穩定性。然而，抽水蓄能也存在一些挑戰和限製，其中之一是廠址選擇的複雜性。此外，建設一個(ge) 抽水蓄能係統通常需要相當大的投資，涉及到水庫建設、水泵和發電機等設備的購置，這可能對財政構成一定壓力。施工工期也相對較長，需要耐心等待係統的建成和投入運行。

（3）電磁儲(chu) 能

電磁儲(chu) 能是一種重要的能源儲(chu) 存方式，它包括兩(liang) 種主要形式：超導磁儲(chu) 能和*級電容器儲(chu) 能。這些技術在能源儲(chu) 存和轉換方麵都具有巨大的潛力，可以在許多應用領域中發揮關(guan) 鍵作用。

超導磁儲(chu) 能利用超導材料製作超導線圈，通過將電能轉變為(wei) 電磁能來實現能量的存儲(chu) 。這個(ge) 過程具有許多優(you) 勢。首先，超導線圈能夠快速反應，這意味著它們(men) 可以在瞬間之間轉換能量狀態。其次，超導磁儲(chu) 能係統具有高功率密度，這意味著它們(men) 可以處理大量的能量，並且在短時間內(nei) 釋放出來。此外，這種技術的能量消耗非常低，因此在儲(chu) 能周期內(nei) 能夠*效地保留能量。*重要的是，超導磁儲(chu) 能係統具有高充放電效率，這意味著在能量轉換過程中幾乎沒有能量損失，因此非常節能。

與(yu) 超導磁儲(chu) 能不同，*級電容器儲(chu) 能是另一種重要的電磁儲(chu) 能技術。它分為(wei) 兩(liang) 種類型：雙電層電容器儲(chu) 能和*級電容器儲(chu) 能。這兩(liang) 種技術都以其*特的特點而聞名。首先，它們(men) 都具備快速充放電反應的特點，能夠在瞬間之間存儲(chu) 或釋放大量電能。其次，*級電容器儲(chu) 能具有高功率密度，這使它們(men) 能夠在短時間內(nei) 提供大量電能。此外，*級電容器儲(chu) 能效率非常高，幾乎沒有能量損失。*後，*級電容器儲(chu) 能技術非常安全穩定，不容易發生過熱或其他危險情況。

3儲(chu) 能技術在虛擬電廠中的應用

3.1在儲(chu) 能技術的作用下提高可再生能源利用率

儲(chu) 能技術的應用可以通過多種方式提高可再生能源的發電能力，它在虛擬電廠中的應用為(wei) 提高可再生資源的利用率提供了強大的支持。在虛擬電廠的運營中，波動性和不確定性常常是一個(ge) 挑戰。例如，風力發電和光伏發電的能源產(chan) 量會(hui) 受到天氣條件、季節和時間的影響，導致能源生產(chan) 的波動。此外，這些可再生能源的產(chan) 量是隨機的，很難提前預測。而儲(chu) 能技術可以充分發揮其作用來解決(jue) 這些挑戰，實現能源係統的可持續性和穩定性，提高可再生能源利用率。

通過在虛擬電廠中引入儲(chu) 能設備，我們(men) 可以有效地減少可再生能源發電帶來的波動性和不確定性的影響。當風力或光伏係統產(chan) 生超出規定數值的電力時，多餘(yu) 的能量可以存儲(chu) 在儲(chu) 能設備中，從(cong) 而不被浪費；同時，存儲(chu) 的能量可以在需要時釋放，以滿足能源需求。因此，即使在天氣等原因導致可再生能源產(chan) 量過剩或不足的狀況下，這種能源轉換和使用的靈活性仍然可以確保虛擬電廠的穩定運行。

此外，作為(wei) 一項關(guan) 鍵的能源創新，儲(chu) 能技術還有助於(yu) 解決(jue) 可再生資源的不可預測性問題。通過監測和管理儲(chu) 能設備中的能量存儲(chu) ，虛擬電廠操作人員可以更好地應對可再生能源產(chan) 量的變化。這種實時的響應能力使虛擬電廠更加靈活，可以更好地適應不斷變化的能源環境。

3.2在儲(chu) 能技術的作用下提升虛擬電廠的電能質量

在虛擬電廠運行過程中常常會(hui) 麵臨(lin) 一些電能質量方麵的挑戰，其中之一就是諧波問題。諧波是一種非正弦電流或電壓波形，它們(men) 會(hui) 幹擾電力係統的正常運行，損害與(yu) 係統相關(guan) 的設備和電能質量。

虛擬電廠作為(wei) 一種集成分布式能源資源的智能電力係統，為(wei) 了應對這些諧波問題，實現節能環保和係統穩定運行，儲(chu) 能技術的應用成為(wei) 了一個(ge) 關(guan) 鍵的解決(jue) 方案。儲(chu) 能技術通常包括電池等設備，它們(men) 可以將多餘(yu) 的電能存儲(chu) 起來，並在需要時釋放。其中的逆變器是儲(chu) 能係統中的一個(ge) 關(guan) 鍵組件，它能夠將儲(chu) 存的電能轉換成可用的電流。在虛擬電廠中，逆變器不僅(jin) 可以用來提供電力，還可以用來改善電能質量。儲(chu) 能技術可以通過逆變器輸出和諧波相反的電流來補償(chang) 虛擬電廠中產(chan) 生的諧波。當虛擬電廠中的分布式能源資源產(chan) 生諧波時，逆變器可以生成與(yu) 諧波相反方向的電流波形，從(cong) 而抵消諧波的影響。這種補償(chang) 作用有助於(yu) 提升電能質量，確保係統中的電壓和電流波形是接近正弦的，減少了諧波對設備和係統的損害。

此外，儲(chu) 能技術還可以在係統供給和負荷不平衡的情況下發揮重要作用。當係統中發電側(ce) 的供給和負荷需求不平衡時，可能會(hui) 導致係統頻率偏差。此時儲(chu) 能技術可以通過釋放或吸收電能來平衡頻率偏差，確保係統供電平衡，並降低偏差對係統的影響。這有助於(yu) 維持係統的穩定運行，防止頻繁的停電或電力波動。

3.3在儲(chu) 能技術的作用下提升虛擬電廠供電可靠性

由於(yu) 可再生能源（如太陽能和風能等）受外界環境因素的影響較大，因此其發電能力可能會(hui) 受到天氣條件的限製。此外，電網故障也是一個(ge) 不可避免的問題，可能導致電力供應中斷，給用戶用電帶來不便。而儲(chu) 能技術可以解決(jue) 這些問題，確保虛擬電廠能夠為(wei) 用戶提供持續的供電支持，從(cong) 而顯著提升供電可靠性。在虛擬電廠中，儲(chu) 能設備起到了至關(guan) 重要的作用。

當可再生能源發電設備的力量為(wei) 零或外界環境因素影響了其發電能力時，儲(chu) 能技術可以存儲(chu) 多餘(yu) 的電能。這意味著即使太陽能電池板因雲(yun) 層遮擋或風力發電機因風速不足而停止發電，用戶仍然可以依賴儲(chu) 能係統獲得所需的電力。這種無縫切換和持續供電支持對於(yu) 維持用戶的正常用電是至關(guan) 重要的。此外，當電網發生故障時，虛擬電廠可以通過儲(chu) 能技術提供備用電力，以確保用戶不會(hui) 受到電力中斷的影響。這種供電可靠性的提高對於(yu) 各種行業(ye) 和領域都具有重要意義(yi) ，特別是對於(yu) 關(guan) 鍵設施和醫療機構。

4.Acrel-2000ES儲(chu) 能櫃能量管理係統

4.1係統概述

hth下载地址儲(chu) 能能量管理係統Acrel-2000ES，專(zhuan) 門針對工商業(ye) 儲(chu) 能櫃、儲(chu) 能集裝箱研發的一款儲(chu) 能EMS，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*級應用上支持能量調度,具備計劃曲線、削峰填穀、需量控製、防逆流等控製功能。

4.2係統結構

Acrel-2000ES，可通過直采或者通過通訊管理或串口服務器將儲(chu) 能櫃或者儲(chu) 能集裝箱內(nei) 部的設備接入係統。係統結構如下：

4.3係統功能

4.3.1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。

4.3.2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。

4.3.3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。

4.3.4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。

4.3.5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。

4.3.6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。

4.3.7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。

4.3.8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。

5.相關(guan) 平台部署硬件選型清單

6.結束語

綜上所述，可再生資源在電力係統中具有巨大的潛力，但要實現這一潛力，需要克服波動性和不確定性等挑戰。通過儲(chu) 能技術的應用，我們(men) 可以降低虛擬電廠能源利用的波動和不確定性，從(cong) 而提高資源能源的利用率，並改善電能質量。這些技術將有助於(yu) 推動清潔能源的廣泛應用，促進可持續能源發展。

參考文獻

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