淺談光伏儲能一體化係統的解決方案

hth下载地址 陳聰

摘要：本文從(cong) 光伏儲(chu) 能一體(ti) 化係統的種類和應用入手，分別介紹它的技術、設計原理和示範應用,並將相關(guan) 研究成果在分布式光伏係統中推廣。通過研究，以期促進我國電力事業(ye) 的健康長遠發展，且以供相關(guan) 人員作為(wei) 參考依據。

關(guan) 鍵詞：分布式；光伏；儲(chu) 能；微電網

1光伏儲(chu) 能技術分析

因為(wei) 光伏發電功率傳(chuan) 輸不受人為(wei) 影響，在時間與(yu) 空間上跟客戶需求不符合，如何較好地控製光伏電能，是近些年人們(men) 迫切注重的問題。為(wei) 處理光伏並網電站對配電的影響與(yu) *大可能讓發電電能自用，首先，從(cong) 電力角度，提升電力的靈活性，創建智能電網；其次，從(cong) 光伏電站入手，給並網光伏電站安裝儲(chu) 能設備。電網儲(chu) 能技術歸屬靈活輸電技術範圍，其在並網光伏電站裏使用時，能夠通過合理的充放電控製，處理光伏電站輸出不可靠的問題，從(cong) 而防止了因為(wei) 光伏電源的輸出不可靠造成的對電力的一係列不好情況。光伏電站中安裝一些合理的儲(chu) 能設備以後，除了能處理以上問題之外，經過采取各種有效的控製措施，還能夠對電網與(yu) 用戶創造經濟、運行和環境方麵的效益。

2光伏係統的類型

2.1*立混合發電結構

*立混合發電結構包含電池方陣、蓄電池、能量轉化與(yu) 控製設備，還有柴油發電機以及其他發電能源。在電能充足情況下，把電池方陣和其它發電源的電能利用充電控製器輸入到蓄電池組內(nei) ；電能不足時，把蓄電池內(nei) 的電能經過放電控製器通過電能轉化設備轉換成滿足客戶需要的能源。柴油發電機是冷備用，用來在緊急狀況下為(wei) 負載提供電源。*立混合發電是現階段偏遠區域供電的重要形式，高新科學技術已經得到了顯著的成果，規模由10-90W的路燈結構發展到現在的100-900kW的*立混合係統。逆變器和蓄電池充輸電控製器科技也已形成產(chan) 業(ye) 化，已從(cong) 功率等*10-90W發展10kW係列裝置。

2.2並網光伏發電結構

並網光伏發電結構主要包含低壓並網光伏供電係統與(yu) 高壓並網發電結構，構由池方陣與(yu) 並網逆變器構成。現階段用於(yu) 低壓和高壓並網逆變器已出現成熟置，低壓並網光伏供電結構逆變器*大產(chan) 品容量是500kW，但高壓並網供電結構逆變器設備*大容量是1MW。並網逆變器是跟隨電網頻率與(yu) 電壓轉變的電流源，功率係數是1和指令調節以電力為(wei) 支撐，不能單*發電，在電力中容量受到較大的製約，輸出功率取決(jue) 於(yu) 光伏輸入。

2.3光伏微網結構

光伏微網係統能夠和其它電源和電網並聯運行。這個(ge) 係統包含電池方陣、正常並網逆變器、儲(chu) 能係統、雙向變流設備、柴油發電設備等。柴油發電機和雙向變流器*立和聯合組網，正常光伏連網雙向變流器能經過通信線並聯運轉，同時展開微網能量管理。近些年，國內(nei) 建成過個(ge) 光伏微網結構示範工程，運行效果非常客觀，如上海高等研究所的能源站，其是通過熱電聯產(chan) 裝置、鉛酸儲(chu) 能結構、風電與(yu) 光伏係統構成的小型微網組網結構。

3光伏發電內(nei) 的儲(chu) 能方法

3.1蓄電池電能

蓄電池儲(chu) 能是多種儲(chu) 能技術中非常前途的儲(chu) 能途徑之一，存在穩定性高、模塊化性能高等特征，常被用來對供電質量需求很高的負荷地區的電力網絡中。電池儲(chu) 能關(guan) 鍵是使用電池正負*的物力反應實現充輸電。蓄電池儲(chu) 能能夠解決(jue) 結構高峰符合階段的電能需求，也能用蓄電池儲(chu) 能來輔助無功補償(chang) 設備，有利於(yu) 避免電壓波動與(yu) 閃變。現階段常用的蓄電池包括鉛酸蓄電源、鋰離子電源、鈉硫與(yu) 液流電源等。

3.2超*電容設備儲(chu) 能

超*電容器設備是由特別材料生產(chan) 的多孔介質，和一般電容器相比，其具有較高的介電係數，較大的耐壓能力與(yu) 較大的存儲(chu) 容量，還保持了以往電容器輸出能量快的特征，日益在儲(chu) 能方麵得到重視。按照儲(chu) 能原理的差異，能夠將超*電容器分成雙電層電容器與(yu) 電化學電容設備。超*電容設備是一種新型的儲(chu) 能元件，其與(yu) 其他儲(chu) 能元件相比起來有較多的優(you) 點。超*電容器和蓄電池相比具有功率密度高、充放電循環周期長、運行效率高、高低溫水平好、能量保存壽命長等特征。可是超*電容器也具有不少的問題，主要包括能量密度小、端電壓波動麵積非常大、電容的連接後各類電壓一致性情況。從(cong) 蓄電池與(yu) 超*電容器的特征來看，二者在技術性能方麵有較強的互補性。把超*電容器和蓄電池混合應用，可大幅度提升儲(chu) 能設備的性能。通過研究表明，超*電容器和蓄電池並聯後，能夠提升混合儲(chu) 能設備的功率輸出水平，減少內(nei) 部損耗，提高放電時間；能夠降低蓄電池的充放電環節次數，增加使用壽命；還能夠縮小儲(chu) 能設備的體(ti) 積，提高供電係統的穩定性與(yu) 經濟效益。

4Acrel-2000MG充電站微電網能量管理係統

4.1平台概述

Acrel-2000MG微電網能量管理係統，是我司根據新型電力係統下微電網監控係統與(yu) 微電網能量管理係統的要求，總結國內(nei) 外的研究和生產(chan) 的**經驗，專(zhuan) 門研製出的企業(ye) 微電網能量管理係統。本係統滿足光伏係統、風力發電、儲(chu) 能係統以及充電站的接入，*進行數據采集分析，直接監視光伏、風能、儲(chu) 能係統、充電站運行狀態及健康狀況，是一個(ge) 集監控係統、能量管理為(wei) 一體(ti) 的管理係統。該係統在安全穩定的基礎上以經濟優(you) 化運行為(wei) 目標，促進可再生能源應用，提高電網運行穩定性、補償(chang) 負荷波動；有效實現用戶側(ce) 的需求管理、消除晝夜峰穀差、平滑負荷，提高電力設備運行效率、降低供電成本。為(wei) 企業(ye) 微電網能量管理提供安全、可靠、經濟運行提供了全新的解決(jue) 方案。

微電網能量管理係統應采用分層分布式結構，整個(ge) 能量管理係統在物理上分為(wei) 三個(ge) 層：設備層、網絡通信層和站控層。站*通信網絡采用標準以太網及TCP/IP通信協議，物理媒介可以為(wei) 光纖、網線、屏蔽雙絞線等。係統支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

4.2平台適用場合

係統可應用於(yu) 城市、高速公路、工業(ye) 園區、工商業(ye) 區、居民區、智能建築、海島、無電地區可再生能源係統監控和能量管理需求。

4.3係統架構

本平台采用分層分布式結構進行設計，即站控層、網絡層和設備層，詳細拓撲結構如下：

圖1典型微電網能量管理係統組網方式

5充電站微電網能量管理係統解決方案

5.1實時監測

微電網能量管理係統人機界麵友好，應能夠以係統一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態，實時監測光伏、風電、儲(chu) 能、充電站等各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各回路斷路器、隔離開關(guan) 等合、分閘狀態及有關(guan) 故障、告警等信號。其中，各子係統回路電參量主要有：相電壓、線電壓、三相電流、有功/無功功率、視在功率、功率因數、頻率、有功/無功電度、頻率和正向有功電能累計值；狀態參數主要有：開關(guan) 狀態、斷路器故障脫扣告警等。

係統應可以對分布式電源、儲(chu) 能係統進行發電管理，使管理人員實時掌握發電單元的出力信息、收益信息、儲(chu) 能荷電狀態及發電單元與(yu) 儲(chu) 能單元運行功率設置等。

係統應可以對儲(chu) 能係統進行狀態管理，能夠根據儲(chu) 能係統的荷電狀態進行及時告警，並支持定期的電池維護。

微電網能量管理係統的監控係統界麵包括係統主界麵，包含微電網光伏、風電、儲(chu) 能、充電站及總體(ti) 負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據不同的需求，也可將充電，儲(chu) 能及光伏係統信息進行顯示。

圖1係統主界麵

子界麵主要包括係統主接線圖、光伏信息、風電信息、儲(chu) 能信息、充電站信息、通訊狀況及一些統計列表等。

5.1.1光伏界麵

圖2光伏係統界麵

本界麵用來展示對光伏係統信息，主要包括逆變器直流側(ce) 、交流側(ce) 運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、並網櫃電力監測及發電量統計、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、輻照度/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對係統的總功率、電壓電流及各個(ge) 逆變器的運行數據進行展示。

5.1.2儲(chu) 能界麵

圖3儲(chu) 能係統界麵

本界麵主要用來展示本係統的儲(chu) 能裝機容量、儲(chu) 能當前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖4儲(chu) 能係統PCS參數設置界麵

本界麵主要用來展示對PCS的參數進行設置，包括開關(guan) 機、運行模式、功率設定以及電壓、電流的限值。

圖5儲(chu) 能係統BMS參數設置界麵

本界麵用來展示對BMS的參數進行設置，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6儲(chu) 能係統PCS電網側(ce) 數據界麵

本界麵用來展示對PCS電網側(ce) 數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數等。

圖7儲(chu) 能係統PCS交流側(ce) 數據界麵

本界麵用來展示對PCS交流側(ce) 數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數、溫度值等。同時針對交流側(ce) 的異常信息進行告警。

圖8儲(chu) 能係統PCS直流側(ce) 數據界麵

本界麵用來展示對PCS直流側(ce) 數據，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側(ce) 的異常信息進行告警。

圖9儲(chu) 能係統PCS狀態界麵

本界麵用來展示對PCS狀態信息，主要包括通訊狀態、運行狀態、STS運行狀態及STS故障告警等。

圖10儲(chu) 能電池狀態界麵

本界麵用來展示對BMS狀態信息，主要包括儲(chu) 能電池的運行狀態、係統信息、數據信息以及告警信息等，同時展示當前儲(chu) 能電池的SOC信息。

圖11儲(chu) 能電池簇運行數據界麵

本界麵用來展示對電池簇信息，主要包括儲(chu) 能各模組的電芯電壓與(yu) 溫度，並展示當前電芯的電壓、溫度值及所對應的位置。

5.1.3風電界麵

圖12風電係統界麵

本界麵用來展示對風電係統信息，主要包括逆變控製一體(ti) 機直流側(ce) 、交流側(ce) 運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、風速/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對係統的總功率、電壓電流及各個(ge) 逆變器的運行數據進行展示。

5.1.4充電站界麵

圖13充電站界麵

本界麵用來展示對充電站係統信息，主要包括充電站用電總功率、交直流充電站的功率、電量、電量費用，變化曲線、各個(ge) 充電站的運行數據等。

5.1.5視頻監控界麵

圖14微電網視頻監控界麵

本界麵主要展示係統所接入的視頻畫麵，且通過不同的配置，實現預覽、回放、管理與(yu) 控製等。

5.1.6發電預測

係統應可以通過曆史發電數據、實測數據、未來天氣預測數據，對分布式發電進行短期、超短期發電功率預測，並展示合格率及誤差分析。根據功率預測可進行人工輸入或者自動生成發電計劃，便於(yu) 用戶對該係統新能源發電的集中管控。

圖15光伏預測界麵

5.1.7策略配置

係統應可以根據發電數據、儲(chu) 能係統容量、負荷需求及分時電價(jia) 信息，進行係統運行模式的設置及不同控製策略配置。如削峰填穀、周期計劃、需量控製、防逆流、有序充電、動態擴容等。

具體(ti) 策略根據項目實際情況（如儲(chu) 能櫃數量、負載功率、光伏係統能力等）進行接口適配和策略調整，同時支持定製化需求。

圖16策略配置界麵

5.1.8運行報表

應能查詢各子係統、回路或設備*時間的運行參數，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、總有功功率、總無功功率、正向有功電能、尖峰平穀時段電量等。

圖17運行報表

5.1.9實時報警

應具有實時報警功能，係統能夠對各子係統中的逆變器、雙向變流器的啟動和關(guan) 閉等遙信變位，及設備內(nei) 部的保護動作或事故跳閘時應能發出告警，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；並應能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關(guan) 人員。

圖18實時告警

5.1.10曆史事件查詢

應能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數、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(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。

圖19曆史事件查詢

5.1.11電能質量監測

應可以對整個(ge) 微電網係統的電能質量包括穩態狀態和暫態狀態進行持續監測，使管理人員實時掌握供電係統電能質量情況，以便及時發現和消除供電不穩定因素。

1）在供電係統主界麵上應能實時顯示各電能質量監測點的監測裝置通信狀態、各監測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度*和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度*和正序/負序/零序電流值；

2）諧波分析功能：係統應能實時顯示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(yu) 閃變：係統應能顯示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(yu) 頻率偏差；

4）功率與(yu) 電能計量：係統應能顯示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）電壓暫態監測：在電能質量暫態事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發生時，係統應能產(chan) 生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關(guan) 人員；係統應能查看相應暫態事件發生前後的波形。

6）電能質量數據統計：係統應能顯示1min統計整2h存儲(chu) 的統計數據，包括均值、*值、*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（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續時間、事件發生的時間。

圖20微電網係統電能質量界麵

5.1.12遙控功能

應可以對整個(ge) 微電網係統範圍內(nei) 的設備進行遠程遙控操作。係統維護人員可以通過管理係統的主界麵完成遙控操作，並遵循遙控預置、遙控返校、遙控執行的操作順序，可以及時執行調度係統或站內(nei) 相應的操作命令。

圖21遙控功能

5.1.13曲線查詢

應可在曲線查詢界麵，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、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

圖22曲線查詢

5.1.14統計報表

具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自係統正常運行以來任意時間段內(nei) 各配電節點的發電、用電、充放電情況，即該節點進線用電量與(yu) 各分支回路消耗電量的統計分析報表。對微電網與(yu) 外部係統間電能量交換進行統計分析；對係統運行的節能、收益等分析；具備對微電網供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數等分析；具備對並網型微電網的並網點進行電能質量分析。

圖23統計報表

5.1.15網絡拓撲圖

係統支持實時監視接入係統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個(ge) 係統網絡結構；可在線診斷設備通信狀態，發生網絡異常時能自動在界麵上顯示故障設備或元件及其故障部位。

圖24微電網係統拓撲界麵

本界麵主要展示微電網係統拓撲，包括係統的組成內(nei) 容、電網連接方式、斷路器、表計等信息。

5.1.16通信管理

可以對整個(ge) 微電網係統範圍內(nei) 的設備通信情況進行管理、控製、數據的實時監測。係統維護人員可以通過管理係統的主程序右鍵打開通信管理程序，然後選擇通信控製啟動所有端口或某個(ge) 端口，快速查看某設備的通信和數據情況。通信應支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

圖25通信管理

5.1.17用戶權限管理

應具備設置用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控操作，運行參數修改等）。可以定義(yi) 不同*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。

圖26用戶權限

5.1.18故障錄波

應可以在係統發生故障時，自動準確地記錄故障前、後過程的各相關(guan) 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、提高電力係統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6段錄波，每次錄波可記錄故障前8個(ge) 周波、故障後4個(ge) 周波波形，總錄波時間共計46s。每個(ge) 采樣點錄波至少包含12個(ge) 模擬量、10個(ge) 開關(guan) 量波形。

圖27故障錄波

5.1.19事故追憶

可以自動記錄事故時刻前後一段時間的所有實時掃描數據，包括開關(guan) 位置、保護動作狀態、遙測量等，形成事故分析的數據基礎。

用戶可自定義(yi) 事故追憶的啟動事件，當每個(ge) 事件發生時，存儲(chu) 事故前*個(ge) 掃描周期及事故後10個(ge) 掃描周期的有關(guan) 點數據。啟動事件和監視的數據點可由用戶隨意修改。

5.2硬件及其配套產(chan) 品

6結束語

伴隨新能源產(chan) 業(ye) 的不斷進步，光伏發電在電網係統內(nei) 所占的比重逐漸提高，因為(wei) 新能源供電功率的不穩定性和不可調度性，對電網係統可靠帶來了較大的隱患。大範圍儲(chu) 能係統的開發，對於(yu) 新能源和電力穩定的情況，製定了一個(ge) 切實可行的處理方法，對於(yu) 未來智能電力的創建，也起到了非常重要的作用。伴隨各類型儲(chu) 能結構的發展，必然使未來的電力*環保、*安全*可靠，以此來促進我國電網事業(ye) 的可

持續發展。

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