淺談風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)中的儲能管理

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要:隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對于能源的消費(fèi)需求也越來越大,在電力系統(tǒng)中，風(fēng)光發(fā)電成為了一種重要且必bu可少的形式。由于風(fēng)能資源豐富、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)以及可再生和清潔性高的優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用到世界范圍內(nèi)。本文主要研究大規(guī)模儲能管理策略下蓄電池組充放電過程中能量存儲及大功率跟蹤問題；分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時對電網(wǎng)的影響來確定佳充放電技術(shù)；利用風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)自身特性，在大型電力系統(tǒng)中應(yīng)用合適的儲能方式

關(guān)鍵詞:發(fā)電系統(tǒng)；能源；儲能技術(shù)

0引言

隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源需求量與日俱增，同時對環(huán)境也造成了一定程度上地壓力。在我國可再生能源資源非常豐富、分布廣泛且十分分散。因此如何高效利用風(fēng)能是能源開發(fā)和發(fā)電技術(shù)研究領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)之一；風(fēng)電作為一種清潔環(huán)保型電力系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)今社會不ke缺少電源形式；風(fēng)能發(fā)電具有取之不竭以及無污染等特點(diǎn)使得其在電能供應(yīng)中占據(jù)重要地位，同時風(fēng)力發(fā)電易受氣候影響的特點(diǎn)導(dǎo)致電能輸出不穩(wěn)定對電網(wǎng)系統(tǒng)具有一定的沖擊性，而儲能管理策略則可以有效地解決這些問題并使之得到更好地利用價值。能源是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，在當(dāng)前人們生活當(dāng)中，化石燃料作為主要的能量來源。而隨著社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)水平不斷進(jìn)步以及對環(huán)保意識增強(qiáng)等因素影響下使得可利用資源變得越來越少。因此我們大力發(fā)展清潔能源產(chǎn)業(yè)來滿足日益增長的能源需求。

1風(fēng)光儲發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行特性分析

1.1風(fēng)光儲發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

風(fēng)光儲發(fā)電系統(tǒng)的主要組成部分是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、光伏組件和蓄電池，其能量轉(zhuǎn)化效率高，并且可以根據(jù)用戶要求調(diào)節(jié)。在風(fēng)光儲發(fā)電系統(tǒng)中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是重要的部分。風(fēng)速與光照強(qiáng)度呈反比關(guān)系，光伏陣列在整個電力網(wǎng)絡(luò)中起著至關(guān)重要作用，光伏組件接受太陽光的輻射產(chǎn)生大量電能來對風(fēng)能進(jìn)行互補(bǔ)；蓄電池組也就是大規(guī)模風(fēng)光儲發(fā)電調(diào)節(jié)裝置，其能量轉(zhuǎn)化效率高、體積化小。風(fēng)光儲發(fā)電系統(tǒng)的工作原理是通過對外部風(fēng)電場和太陽能

能量進(jìn)行吸收，從而產(chǎn)生電能，實(shí)現(xiàn)電力資源在有xian時間內(nèi)大限度地滿足用戶需求。

1.2風(fēng)光儲發(fā)電系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測

在風(fēng)光儲發(fā)電系統(tǒng)中，其負(fù)荷預(yù)測的方法主要包括隨機(jī)建模法。這種算法能夠從不同方面來對風(fēng)電場進(jìn)行分類模擬。例如風(fēng)速、風(fēng)向等氣象因素和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以及其他相關(guān)影響因素；還有就是通過隨機(jī)變化模型可以得到相應(yīng)的風(fēng)速與風(fēng)向之間關(guān)系曲線圖，并以此為基礎(chǔ)建立大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行時負(fù)荷數(shù)學(xué)模型與發(fā)電機(jī)特性曲線圖，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了在實(shí)際中運(yùn)用該系統(tǒng)預(yù)測方法的可行性及準(zhǔn)確性。風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測是在對風(fēng)電場進(jìn)行風(fēng)速和輻度分析后，通過建立相應(yīng)模型，利用該模型來計算出大功率點(diǎn)下的有功功率。其中包括了風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能光伏方陣等。風(fēng)電機(jī)組包括恒壓恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以及變速變槳距發(fā)電機(jī)組兩種；風(fēng)電機(jī)組主要由風(fēng)能發(fā)電機(jī)及其控制器組成；風(fēng)光儲發(fā)電系統(tǒng)中逆流器和升壓變壓

器構(gòu)成逆流電路并網(wǎng)運(yùn)行。

1.3風(fēng)光儲發(fā)電系統(tǒng)出力

風(fēng)光儲發(fā)電系統(tǒng)的容量一般為幾千瓦到幾百兆瓦，其發(fā)電量與季節(jié)性因素有關(guān)，不同季節(jié)、晝夜交替等多種原因?qū)е逻@些能源都具有隨機(jī)性和間歇式特性。風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)的功率波動是影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出電能質(zhì)量、電力資源利用率和電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及社會效益等重要因素，其對風(fēng)電機(jī)組的工作效率有著直接而明顯地影響。所以在大規(guī)模光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用儲能管理策略具有極其重大意義。建立風(fēng)速、輻照度與負(fù)荷之間關(guān)系模型。通過計算得出風(fēng)光電源出力下的有功功率曲線圖，結(jié)合實(shí)際情況選擇合適蓄電池容量來提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出電能質(zhì)量和電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效益。

2大規(guī)模風(fēng)電系統(tǒng)中儲能管理存在的問題

2.1儲放容量有限

在實(shí)際情況下通常采用雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來進(jìn)行供電；如果風(fēng)電機(jī)組需要長期不間斷工作會導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)故障的概率增大而影響電網(wǎng)運(yùn)行安全。在電力系統(tǒng)中，風(fēng)力發(fā)電的容量一般都比較小，而且，由于風(fēng)能資源是非常有限的。因此當(dāng)大規(guī)模風(fēng)光電源出現(xiàn)時就會造成很大一部分電網(wǎng)斷網(wǎng)。因?yàn)轱L(fēng)電機(jī)組沒有固定儲放點(diǎn)和蓄電池容量不高導(dǎo)致了其存儲能力不足；并且隨著時間推移風(fēng)速不斷下降、頻率越來越大以及溫度也在逐漸升高等這些因素使得風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的容量衰減速度加快，從而影響到整個電力系統(tǒng)運(yùn)行安全問題。

2.2設(shè)備壽命短

在電力系統(tǒng)中，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的壽命是指風(fēng)機(jī)、發(fā)電機(jī)組以及其它輔助裝置等所耗電和維護(hù)用。其中機(jī)組成本主要包括葉片材料消耗及機(jī)械損耗(葉輪、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子)磨損。風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率低，風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)技術(shù)不成熟存在較大缺陷，調(diào)度管理水平不高且運(yùn)行方式單一等因素都會影響到系統(tǒng)的發(fā)電能力與可靠性問題，因此在對風(fēng)光電源進(jìn)行設(shè)計時一定要考慮設(shè)備壽命和機(jī)組經(jīng)濟(jì)性之間的關(guān)系。所以風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展迅速。在大規(guī)模能源使用過程中對設(shè)備的壽命要求也越來越高。但是由于現(xiàn)在大部分風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電站并沒有安裝兆瓦級功率轉(zhuǎn)換裝置和低電壓穿越能力強(qiáng)、體積大、重量輕等優(yōu)點(diǎn)來替代昂貴而又價格高昂設(shè)施建設(shè)費(fèi)用以及環(huán)境污染問題嚴(yán)重制約了小型風(fēng)電系統(tǒng)的快速推廣應(yīng)用，因此我國目前還不能完quan滿足大型電力系統(tǒng)對于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)更高標(biāo)準(zhǔn)更完善的需求。

2.3風(fēng)能利用率低等缺點(diǎn)

我國大部分風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)中都沒有對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行設(shè)計，在開發(fā)過程中會出現(xiàn)很多問題，例如:風(fēng)機(jī)葉片材料選用不當(dāng)。目前大多數(shù)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)都是采用了硅鋼片材質(zhì)制成。但是由于其制造工藝不夠完善、加工工序復(fù)雜等原因?qū)е滤茈y得到大規(guī)模應(yīng)用。由于風(fēng)能資源和太陽能資源分布不協(xié)調(diào)，使得風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中所使用到的太陽能利用效率也比較低下。我國目前在開發(fā)和應(yīng)用大規(guī)模風(fēng)光能源時大多數(shù)都采用了分散模式。這種方式不僅僅能夠有效地提高光伏發(fā)電量、降低成本還可以減少對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成巨大破壞；而且它是一個較為復(fù)雜且技術(shù)相對缺乏的工程設(shè)計過程。

3.大規(guī)模風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)的儲能管理策略

大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行是一個非常復(fù)雜的過程，由于風(fēng)力發(fā)電和其他電力能源相互影響，因此需要大量的電源來保證其連續(xù)穩(wěn)定高效地工作。目前常用到的是分布式儲能系統(tǒng)。

3.1采用恒壓變流器

在大容量發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障或負(fù)載過大時可以提供足夠時間維持發(fā)電機(jī)組持續(xù)供電；當(dāng)大容量機(jī)組停止運(yùn)行后可通過控制逆止器將備用機(jī)組從電網(wǎng)獲得部分低峰電能向負(fù)荷提供給用戶，同時也不會影響其他電源的正常供應(yīng)。在風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)中，風(fēng)能和太陽能光伏是主要的兩種能源。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)可以將其轉(zhuǎn)化為電能，而太陽電池則是直接轉(zhuǎn)換成化學(xué)電源。但是由于風(fēng)光電網(wǎng)并網(wǎng)困難且容量有限、能量的不穩(wěn)定及風(fēng)速變化比較大等原因使得風(fēng)電機(jī)組輸出功率并不高而且波動大；所以目前世界上大部分都把開發(fā)大規(guī)模風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)作為提高和改善電力市場運(yùn)行質(zhì)量的重要手段之一來解決發(fā)電負(fù)荷高峰期間存在峰值電壓過低問題。

3.2降低風(fēng)電裝機(jī)容量

風(fēng)電是清潔能源，可以實(shí)現(xiàn)無污染，可再生能源的充分利用。而大規(guī)模風(fēng)光發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行時容易出現(xiàn)電網(wǎng)中斷問題。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電量大于系統(tǒng)裝機(jī)容量時就需要進(jìn)行調(diào)流器操作；當(dāng)風(fēng)速超過一定值時會自動關(guān)閉發(fā)電機(jī)繼續(xù)向負(fù)載供電或直接并入交變頻器等設(shè)備來滿足用電需求；同時也會導(dǎo)致電力輸送線路斷線、電壓波動和功率因數(shù)降低等一系列嚴(yán)重后果，因此風(fēng)電場根據(jù)負(fù)荷變化及時調(diào)整其出力狀態(tài)以保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行。風(fēng)力發(fā)電的隨機(jī)性和間歇性能，決定了風(fēng)電在大規(guī)模地區(qū)運(yùn)行時，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定。首先應(yīng)合理規(guī)劃與設(shè)計風(fēng)電場的容量。對風(fēng)速小于或等于5m/s、大于25kW及以上大負(fù)荷和多余無備用機(jī)組進(jìn)行調(diào)度安排；其次是要使系統(tǒng)具有良好經(jīng)濟(jì)效益并考慮到成本問題等因素來減少不必要的損失以及降低風(fēng)力發(fā)電工程中風(fēng)電比例所占比重，從而提高了電網(wǎng)安全運(yùn)行水平，達(dá)到節(jié)能減排效果。

3.3提高風(fēng)力發(fā)電技術(shù)水平

在開發(fā)和使用大型風(fēng)機(jī)時，應(yīng)該盡量選擇經(jīng)濟(jì)性較高、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的發(fā)電機(jī)組。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用是一項長期而艱巨且艱難地任務(wù)，需要、企業(yè)以及科研機(jī)構(gòu)等多方主體共同努力。首先，應(yīng)加大對風(fēng)電開發(fā)補(bǔ)貼力度。通過稅收政策來鼓勵風(fēng)電場進(jìn)行規(guī)模化建設(shè)；其次是企業(yè)要積極引進(jìn)新能源與可再生能源并駕齊驅(qū)力發(fā)展新產(chǎn)業(yè)；后則應(yīng)該加強(qiáng)對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研究及研發(fā)工作和技術(shù)水平上的提高與進(jìn)步從而使其性能得到進(jìn)一步提升，為我國未來大規(guī)模風(fēng)光發(fā)電項目的開展奠定基礎(chǔ)。風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)能，在風(fēng)速較高的地區(qū)，將其轉(zhuǎn)換為電能。由于風(fēng)光電網(wǎng)技術(shù)不完善、設(shè)備落后等因素制約和限制了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展。目前我國使用多的是兆瓦級風(fēng)電(MW)作為備用電源進(jìn)行供電；而隨著對環(huán)境保護(hù)政策力度增大以及能源危機(jī)愈加嚴(yán)重、環(huán)境污染問題日益突出以及可再生能源開發(fā)利用率低，兆瓦級的風(fēng)能已經(jīng)難以滿足需求了，因此需要增加新技術(shù)來提高其轉(zhuǎn)換效率及輸出功率大小。

3.4建立合理有效地儲存裝置

對大容量機(jī)組采用集中存儲方式進(jìn)行控制，大規(guī)模風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)的儲能方式有多種，而其存儲裝置也是多種多樣。在實(shí)際中，可以選擇適當(dāng)?shù)膬Υ娣椒?。例?風(fēng)電、光伏和潮汐能等可再生能源作為主要能源進(jìn)行供電；太陽能、風(fēng)機(jī)或生物電池等作為輔助能源加以使用以及風(fēng)力發(fā)電和光電產(chǎn)業(yè)所具有巨大潛力發(fā)展前景；小型水庫及蓄電站建設(shè)中需要大量資金投入用于發(fā)電設(shè)備設(shè)施維護(hù)與管理上等等這些都有廣泛地應(yīng)用空間。在大規(guī)模風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是一個關(guān)鍵的組成部分，它主要承擔(dān)著風(fēng)電機(jī)組自身所需功率輸出、輸送和分配任務(wù)。如果想提高其發(fā)電量及效率要將其儲能裝置進(jìn)行合理有效地規(guī)劃。建立合理高效并且具有針對性的儲存設(shè)備對于大型規(guī)模小型風(fēng)電站來說十分重要；而小規(guī)模光伏發(fā)電站由于技術(shù)限制難以大規(guī)模投入使用所以應(yīng)該在設(shè)計時就考慮到如何能夠大程度上滿足電網(wǎng)負(fù)荷需求。

3.5加強(qiáng)調(diào)度管理與優(yōu)化設(shè)計

在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，風(fēng)速與功率之間存在著相互影響的關(guān)系，因此需要對風(fēng)電場進(jìn)行加減速調(diào)節(jié)。當(dāng)電網(wǎng)電壓波動時功率輸出也會隨之變化；反之則會發(fā)生變化。由于風(fēng)光電源具有較強(qiáng)的隨機(jī)性特點(diǎn)和間歇特性以及大容量負(fù)載需求特點(diǎn)等特征使得其能夠保證一定頻率下大負(fù)荷不超過大值、同時要具備較高風(fēng)速裕度并在短時間內(nèi)保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，從而確保大規(guī)模發(fā)電對能源供應(yīng)的充足率。優(yōu)化設(shè)計首先要考慮風(fēng)光調(diào)度時風(fēng)速大小、頻率高低以及負(fù)載能力等方面來確定優(yōu)配置方案；其次要通過建立模型得到大輸出功率點(diǎn)下所需有功出力與低發(fā)電成本之間函數(shù)關(guān)系式曲線圖；后根據(jù)計算得出佳風(fēng)電機(jī)組的控制策略和佳運(yùn)行方式。

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、儲能系統(tǒng)、充電樁運(yùn)行狀態(tài)及健康狀況，是一個集監(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；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)，整個能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個層：設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層和站控層。站級通信網(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)控制計算機(jī)系統(tǒng)工業(yè)控制計算機(jī)基本平臺2部分：性能評定方法

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

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

GB/T2887-2011計算機(jī)場地通用規(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)計規(guī)范

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

DL/T634.5104遠(yuǎn)動設(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)計規(guī)范

NB/T10148-2019微電網(wǎng)1部分：微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(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型號說明

Acrel-2000

Acrel-2000系列監(jiān)控系統(tǒng)

MG

MG—微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。

4.5系統(tǒng)配置

4.5.1系統(tǒng)架構(gòu)

本平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，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)時監(jiān)測

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)時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(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。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、總無功功率、總功率因數(shù)、頻率和正向有功電能累計值；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)可以對分布式電源、儲能系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電管理，使管理人員實(shí)時掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲能單元運(yùn)行功率設(shè)置等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對儲能系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進(jìn)行及時告警，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、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計列表等。

4.6.1.1光伏界面

圖3光伏系統(tǒng)界面

本界面用來展示對光伏系統(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)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

4.6.1.2儲能界面

圖4儲能系統(tǒng)界面

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

圖5儲能系統(tǒng)PCS參數(shù)設(shè)置界面

本界面主要用來展示對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儲能系統(tǒng)BMS參數(shù)設(shè)置界面

本界面用來展示對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儲能系統(tǒng)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對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儲能系統(tǒng)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對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。同時針對交流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

圖9儲能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面

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

圖10儲能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面

本界面用來展示對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儲能電池狀態(tài)界面

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

圖12儲能電池簇運(yùn)行數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對電池簇信息，主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當(dāng)前電芯的最小電壓、溫度值及所對應(yīng)的位置。

4.6.1.3風(fēng)電界面

圖13風(fēng)電系統(tǒng)界面

本界面用來展示對風(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)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、風(fēng)速/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運(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

本界面用來展示對充電樁系統(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

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

圖16光伏預(yù)測界面

4.6.3策略配置

系統(tǒng)應(yīng)可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、儲能系統(tǒng)容量、負(fù)荷需求及分時電價信息，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、周期計劃、需量控制、有序充電、動態(tài)擴(kuò)容等。

圖17策略配置界面

4.6.4運(yùn)行報表

應(yīng)能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備指ding時間的運(yùn)行參數(shù)，報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、總無功功率、正向有功電能等。

圖18運(yùn)行報表

4.6.5實(shí)時報警

應(yīng)具有實(shí)時報警功能，系統(tǒng)能夠?qū)Ω髯酉到y(tǒng)中的逆變器、雙向變流器的啟動和關(guān)閉等遙信變位，及設(shè)備內(nèi)部的保護(hù)動作或事故跳閘時應(yīng)能發(fā)出告警，應(yīng)能實(shí)時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護(hù)事件名稱、保護(hù)動作時刻；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)時告警

4.6.6歷史事件查詢

應(yīng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動作、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)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

圖20歷史事件查詢

4.6.7電能質(zhì)量監(jiān)測

應(yīng)可以對整個微電網(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，使管理人員實(shí)時掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況，以便及時發(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)時顯示各電能質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測點(diǎn)的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度百fen百和正序/負(fù)序/零序電壓值、三相電流不平衡度百fen百和正序/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）電壓波動與閃變：系統(tǒng)應(yīng)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(yīng)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(yīng)能顯示電壓偏差與頻率偏差；

4）功率與電能計量：系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應(yīng)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(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：在電能質(zhì)量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發(fā)生時，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：系統(tǒng)應(yīng)能顯示1min統(tǒng)計整2h存儲的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，包括均值、最小值、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)（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續(xù)時間、事件發(fā)生的時間。

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)可以對整個微電網(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、無功功率、功率因數(shù)、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

圖23曲線查詢

4.6.10統(tǒng)計報表

具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時間段內(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)計分析報表。對微電網(wǎng)與外部系統(tǒng)間電能量交換進(jìn)行統(tǒng)計分析；對系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能、收益等分析；具備對微電網(wǎng)供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數(shù)等分析；具備對并網(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)計報表

4.6.11網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

系統(tǒng)支持實(shí)時監(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)異常時能自動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?/p>

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、表計等信息。

4.6.12通信管理

可以對整個微電網(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)時監(jiān)測。系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過管理系統(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所有端口或某個端口，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。

圖26通信管理

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）。可以定義不同級別用戶的登錄名、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。

圖27用戶權(quán)限

4.6.14故障錄波

應(yīng)可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各相關(guān)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(hù)是否正確動作、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個周波、故障后4個周波波形，總錄波時間共計46s。每個采樣點(diǎn)錄波至少包含12個模擬量、10個開關(guān)量波形。

圖28故障錄波

4.6.15事故追憶

可以自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實(shí)時掃描數(shù)據(jù)，包括開關(guān)位置、保護(hù)動作狀態(tài)、遙測量等，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事件，當(dāng)每個事件發(fā)生時，存儲事故qian10個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關(guān)點(diǎn)數(shù)據(jù)。啟動事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點(diǎn)可由用戶指ding和隨意修改。

圖29事故追憶

5.結(jié)束語

污水處隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和人民生活水平不斷提高，對能源需求量越來越大，傳統(tǒng)化石燃料發(fā)電已經(jīng)不能滿足社會生產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)建設(shè)需要。而風(fēng)能、太陽能以及潮汐能等可再生能源成為新時代下炙手不可代的話題。這些清潔型能源被認(rèn)為是未來世界上具有活力的資源之一；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在電力系統(tǒng)中扮演著重要角色并為人們提供了巨大貢獻(xiàn)力和動力來源，而且它也可以作為電網(wǎng)的補(bǔ)充設(shè)備來進(jìn)行電能輸出與轉(zhuǎn)換工作。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 肖浩,裴瑋,孔力.基于模型預(yù)測控制的微電網(wǎng)多時間尺度協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度[J].電力系統(tǒng)自動化,2016 (18):10.75.

[3] 李德鑫,董添,常學(xué)飛,等.基于變權(quán)值自適應(yīng)濾波的風(fēng)光儲協(xié)調(diào)優(yōu)化控制[J].電力建設(shè),2015(4):10,39.

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2. 吳見喜.大規(guī)模風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)中儲能管理策略研究.廣州市市政工程設(shè)計研究院,2021.

作者簡介：

任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。