淺談工商業用電能量管理儲能係統的設計和運用

hth下载地址 陳聰

摘要：為(wei) 提高電網運行的穩定性，麵向工商業(ye) 用電用戶，研究了一種儲(chu) 能係統容量規劃方法。采用聚類分析方法對工商業(ye) 用戶的用電特征進行辨識，根據儲(chu) 能係統的供電模式構建儲(chu) 能係統容量規劃的目標，並在主、備用電池容量規劃的約束條件下優(you) 化目標，根據計算的目標結果得到容量規劃方案。為(wei) 檢測模型的容量規劃效果，根據某地工商業(ye) 用戶群體(ti) 的日負荷特征進行了仿真實驗，結果顯示，容量規劃後，實驗組峰穀之間的差值比對照組高31.93%，表明所設計的儲(chu) 能係統容量規劃方法優(you) 化程度更顯著，提高了儲(chu) 存電能的利用效率以及工商業(ye) 用戶的用電經濟性。

關(guan) 鍵詞：工商業(ye) 用電；用電管理；能量儲(chu) 存；儲(chu) 能係統；儲(chu) 能係統容量規劃；容量配置

0.引言

經濟不斷發展與(yu) 進步，使我國進入了數字化時代，許多行業(ye) 順應時代發展，進行了智能化的變革與(yu) 更新。我國電力係統的發電也應用了智能化信息技術，不同地區的電網集團智能化收集到了不同的用電信息，並對其進行相應的管理。由於(yu) 不同用電區域或團體(ti) 都有各自的用電特征需求，為(wei) 了進一步分析和管理相應區域的用電情況，麵向不同的團體(ti) 設立了其相對應的電能量儲(chu) 能係統[4]。但由於(yu) 目前對不同區域用電數據信息的分析能力不夠具體(ti) 和完善，不能準確進行儲(chu) 能係統的容量規劃配置，不利於(yu) 電量的按需分配和節約環保性。基於(yu) 以上背景，本文研究了一種麵向工商業(ye) 用電能量管理的儲(chu) 能係統容量規劃分配方法，優(you) 化電力能量的調控與(yu) 分配，希望可以提高電力分配的按需分配性以及用戶用電的經濟性，優(you) 化電網運行效率，提升電力行業(ye) 長期發展的穩定性，實現其經濟效益與(yu) 社會(hui) 效益。

1. 工商業(ye) 用電儲(chu) 能特征辨識

電能量供應與(yu) 需求的平衡可以實現能量資源轉化的目標。需求響應是我國現階段電力運行中非常重要的一種電力配置方法。對於(yu) 電能管理的大容量儲(chu) 能係統，一般采用抽水蓄能、電池儲(chu) 能、壓縮空氣法儲(chu) 能等方法。在麵向工商業(ye) 用戶的電能管理下，根據便捷性、容量易調節性、不限製區域等優(you) 點，選擇一種基於(yu) 電池的儲(chu) 能係統進行容量規劃的研究。

采用聚類分析方法，對工商業(ye) 用戶的用電特征進行辨識。可以針對不同的用電特征、工商用戶的負荷模式進行劃分，為(wei) 儲(chu) 能係統的容量規劃提供基礎參考。基於(yu) Calinski-Harabasz中的有效性指標進行聚類劃分。

儲(chu) 能係統的主要功能包括：能量管理，將用電信息通過儲(chu) 能裝置的電化學儲(chu) 能技術與(yu) 電網連接，提供功率調節和保護功能，儲(chu) 能裝置可通過數據通信技術與(yu) 電網進行實時信息交換，並可根據電網的負荷變化情況實時調節運行模式、優(you) 化運行策略；以電力電子技術為(wei) 核心的儲(chu) 能技術應用，可實現功率實時監測和能量調度；儲(chu) 能裝置在關(guan) 鍵時刻可以根據實際情況對電網電壓、電流以及用電負荷等進行實時調整。該儲(chu) 能係統設計中選擇了基於(yu) Solaris技術和國際電工委員會(hui) （InternationalElectricalCommission，IEC）標準、RS485總線進行通信接口與(yu) 不間斷電源（UninterruptiblePowerSupply，UPS）總線以及近場通信（NearFieldCommunication，NFC）技術進行通信連接，對電網接入功率進行優(you) 化調整，控製UPS功率實現實時、靈活調控。儲(chu) 能電站控製模塊使用單片機為(wei) 係統提供電力交易控製功能，可為(wei) 電站提供電力交易指令、智能電力交易控製命令、綜合電氣控製命令等服務，實現對電網電源進行實時調節。儲(chu) 能電站運行參數根據電網負荷進行實時優(you) 化調整，控製儲(chu) 能係統能量達到使用效果，提高用戶用電效率和安全水平。

2.儲(chu) 能係統容量規劃構建

2.1目標確定

本文根據工商業(ye) 用戶電力儲(chu) 能係統的供電方式，研究電力儲(chu) 能係統的規劃方法，供電方式示意如圖1所示。在實際的用電負荷規劃中，備用電池可以解決(jue) 規劃模型中用電負荷的不確定性問題，因此現基於(yu) 備用電池研究儲(chu) 能係統的容量規劃方案。

圖1工商業(ye) 用戶電力儲(chu) 能係統供電方式

電池為(wei) 係統中提供儲(chu) 能服務的主要來源，電池模塊和充放電控製器與(yu) 逆變器連接，將蓄電池組所產(chan) 生的電能通過逆變裝置轉換為(wei) 電力，並通過蓄電池向電網提供給用戶。電池的能量越大，其能量密度或功率密度就越高，電池的技術要求也就越高。本係統電池采用方形電池組，其外殼使用的是環保材料並具有良好的耐腐蝕性，使電池組具有更高的安全性。

儲(chu) 能應用能夠滿足快速響應市場變化的要求，在大範圍電網出現故障時，可以立即起到穩定電力係統的作用，為(wei) 用戶提供更多的靈活性與(yu) 便利性，並在電網出現故障時為(wei) 設備提供更多的電源。儲(chu) 能電站能使用戶快速響應市場信號以維持電網穩定，電力係統和電網之間的相互聯係更加緊密。儲(chu) 能電站通過使用“電池—儲(chu) 能—充放電”循環機製實現“電—儲(chu) —用”一體(ti) 化運行。電池經過一係列複雜處理後被儲(chu) 存起來或充電，從(cong) 而實現快速響應市場信號和電網穩定工作。

2.2儲(chu) 能優(you) 化

用戶用電數據采集後，通過數據分析軟件對用戶的用電行為(wei) 進行實時分析，通過對用戶用電數據進行統計分析，將電網與(yu) 用戶進行交互，了解用戶在用電方麵是否存在違規用電、電表使用狀態與(yu) 計量不準確、功率不匹配等問題。將用戶端的用電數據進行智能分析，對用戶在用電方麵存在的問題進行預警提示。

儲(chu) 能係統充放電是一個(ge) 長期的運行狀態，因此會(hui) 出現電池的老化情況，在電池不斷老化的過程中，電池的可用容量會(hui) 逐漸降低，使設計的電池容量值與(yu) 實際容量不同，造成規劃不準確的情況。因此，需要將電池老化的相關(guan) 特征加入電池規劃的約束條件中。

儲(chu) 能電站能提供給客戶的另外一項重要功能是利用其*特的管理功能，為(wei) 用戶提供智能管理，幫助客戶在緊急情況下做出正確的決(jue) 策，同時也可以減少因電網係統發生故障而造成的經濟損失。由於(yu) 電網的運行特點，儲(chu) 能電站的調峰和調頻能力比其他方式更加突出。隨著電源結構複雜化和分布式電源規模增加，其調峰能力可能會(hui) 逐步增加。

3.實驗與(yu) 檢測

為(wei) 檢測本文設計麵向工商業(ye) 用電能量管理的儲(chu) 能係統容量規劃的應用效果，對某城市的工商業(ye) 用戶進行儲(chu) 能係統容量規劃仿真試驗。繪製該地區工商業(ye) 用戶24h的負荷預測曲線，如圖2所示。

基於(yu) 圖2所示的負荷曲線，現調查相關(guan) 用戶對應儲(chu) 能係統的具體(ti) 參數，如表1所示。

係統根據每路電流信號計算出每路需要補償(chang) 的量來計算出每個(ge) 電池的容量，以達到利用每個(ge) 電池的目的。采用具有更高精度的電流傳(chuan) 感器來檢測每路的電流數據，在進行電流補償(chang) 時采用3階自適應濾波算法。多路電流信號通過通信接口進行發送傳(chuan) 輸，數據傳(chuan) 輸速率為(wei) 100Mb/s。采用多路信號同時傳(chuan) 送給控製器並進行實時計算輸出，可大大減少通信量並且提高係統響應速度。

係統采用2級控製體(ti) 係實現各環節參數整定，其中主控製係統由主控製器完成各傳(chuan) 感器信號的采集與(yu) 存儲(chu) ；而各個(ge) 傳(chuan) 感器作為(wei) 采樣單元負責測量數據並輸出給各個(ge) 控製器。對電池的充電容量、放電深度、放電次數進行了分析，在此基礎上提出了一種基於(yu) 狀態觀測器的電流補償(chang) 方法，並應用了功率跟蹤算法對蓄電池進行充電和放電管理。將各蓄電池的輸出功率與(yu) 其初始值進行對比，並以此作為(wei) 判定的基礎。利用多組不同的電流傳(chuan) 感器對各電池的運行狀況和各電池的溫度進行實時監控，實時分析充電容量、放電深度、放電次數，從(cong) 而達到對電池進行智能充放電的控製。

利用硬件在環仿真模擬了各種電流傳(chuan) 感器及不同容量的電池性能。（1）采用高精度、高分辨率的傳(chuan) 感器和采集器，保證采集數據的準確性和完整性；（2）數據采集設備主要包括無線通信模塊，可實現數據的上傳(chuan) 、下載功能，與(yu) 上位機通信；（3）數據采集終端設計。本設計中采用2種類型的數據采集終端，一是基於(yu) Modbus遠程終端單元（RemoteTerminalUnit，RTU）的無線通信模塊；二是基於(yu) 無線控製單元或智能手機端的無線通信器。

采用先進的智能控製技術可實現對蓄電池的實時監控與(yu) 自動充放電，具有安全可靠、經濟環保、效率高、等優(you) 點，是解決(jue) 新能源並網中的不穩定因素的理想方式。本文利用智能手機與(yu) 儲(chu) 能係統相連，對蓄電池實現實時監控；通過數據分析將實時監控到的數據自動上傳(chuan) 至雲(yun) 服務器進行分析。

目前，該項目已經成功應用於(yu) 某鋼鐵企業(ye) ，儲(chu) 能係統可以有效提升該係統的運行效率、提高用電設備的運行可靠性和電能質量改善能力，實現儲(chu) 能係統和負荷設備之間的協調控製，使能源綜合利用更加便捷，還有效降低了用戶成本，減少了資源浪費及環境汙染，同時也為(wei) 企業(ye) 提供了更多、更有效的用電服務。

1. 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。

1. 結論

在互聯網大時代，我國的國民經濟發展持續增長，智能化已經遍布到各個(ge) 行業(ye) 中。電力儲(chu) 能容量的優(you) 化分配通過分析對應團體(ti) 的用電行為(wei) 及特征按需供電，可以提高電力資源的利用率，使電力資源可以實現*大轉化，提高我國電力工程行業(ye) 的經濟效益與(yu) 社會(hui) 效益。

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