安科瑞 陳聰

摘 要：隨著全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和可再生能源的快速發(fā)展，儲(chǔ)能技術(shù)逐漸成為調(diào)節(jié)能源供需、提高能源利用效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在這一背景下，分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，成為應(yīng)對(duì)能源不穩(wěn)定性與波動(dòng)性的有效手段。分布式儲(chǔ)能借助小型化、模塊化的儲(chǔ)能設(shè)備，能夠在用戶端進(jìn)行能量的存儲(chǔ)與釋放，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)局部電網(wǎng)的靈活調(diào)節(jié)，這種系統(tǒng)不僅能夠有效平衡可再生能源（如太陽(yáng)能和風(fēng)能）在發(fā)電過(guò)程中的間歇性和不穩(wěn)定性，還能在電力需求高峰時(shí)提供可靠的電力支持，減輕對(duì)電網(wǎng)的壓力。本文介紹了安科瑞Acrel-1000DP分布式儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)在浙江嘉興晉億實(shí)業(yè)5MW分布式儲(chǔ)能項(xiàng)目中的應(yīng)用，該系統(tǒng)通過(guò)設(shè)計(jì)控制策略優(yōu)化了企業(yè)的能源管理，可以有效降低電力成本、確保生產(chǎn)活動(dòng)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：分布式儲(chǔ)能；控制策略；能源管理

項(xiàng)目概述

晉億實(shí)業(yè)股份有限公司位于浙江省嘉興市嘉善縣惠民街道松海路66號(hào)廠區(qū)，屬于220kV東云變供區(qū)，由東云變35kV晉流683線供電。

晉億實(shí)業(yè)5MW分布式儲(chǔ)能項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱“本項(xiàng)目”）是某新能源科技有限公司在晉億實(shí)業(yè)廠區(qū)內(nèi)空地新建的一期規(guī)模為5MW/10MWh的鉛碳電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（已取得備案2401-330421-04-01-898044），接入晉億實(shí)業(yè)股份有限公司配電房10kV母線。儲(chǔ)能系統(tǒng)平時(shí)用以給晉億實(shí)業(yè)股份有限公司廠區(qū)日常生產(chǎn)負(fù)荷削峰填谷，運(yùn)行模式為每天固定時(shí)間“兩充兩放”，充電時(shí)間為0:00-7:00、11：00-13:00，放電時(shí)間為9:00-11:00、15:00-17:00，正常情況下儲(chǔ)能系統(tǒng)所發(fā)電量“自發(fā)自用，不上網(wǎng)”。

配電房現(xiàn)狀

晉億實(shí)業(yè)股份有限公司廠區(qū)內(nèi)建設(shè)有35kV配電房1座，變壓器2臺(tái)，1#主變?nèi)萘?2500kVA，2#主變?nèi)萘?000kVA，10kV采用單母分段接線模式。

負(fù)荷方面，2023年晉億實(shí)業(yè)股份有限公司年大下送功率約14.4MW，大負(fù)載率約為82.44%，年平均負(fù)載率約68.57%；電源方面，晉億實(shí)業(yè)目前已有5.03MWp光伏接入10kVI段母線上，通過(guò)1#主變上傳至35kV晉流683線。

圖2.1配電房現(xiàn)狀電氣主接線

分布式儲(chǔ)能設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目在嘉善縣惠民街道松海路66號(hào)晉億實(shí)業(yè)廠區(qū)配電房東南側(cè)空地位置建造5MW/10MWh儲(chǔ)能項(xiàng)目工程，距離晉億實(shí)業(yè)股份有限公司距離約100米。

儲(chǔ)能單元由儲(chǔ)能一體柜、變壓器、匯流站組成。本項(xiàng)目配置儲(chǔ)能容量為186kW/372kWh的磷酸鐵鋰儲(chǔ)能一體柜27臺(tái)，3000kVA變壓器1臺(tái)，2500kVA變壓器1臺(tái)，并建設(shè)一座10kV開(kāi)關(guān)艙。本次15套186kW/372kWh（即2790kW/5580kWh）的磷酸鐵鋰儲(chǔ)能一體柜接入1臺(tái)3000kVA升壓變，12套186kW/372kWh（即2232kW/4464kWh）的磷酸鐵鋰儲(chǔ)能一體柜接入1臺(tái)2500kVA升壓變，將直流電逆變?yōu)?90V交流電，升壓變高壓側(cè)以10kV電壓等級(jí)接入2座10kV開(kāi)關(guān)艙的進(jìn)線柜。

圖3.1 儲(chǔ)能站接入電氣主接線圖

圖3.2 儲(chǔ)能站平面布置圖

技術(shù)方案

本項(xiàng)目引入Acrel-1000DP分布式儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)儲(chǔ)能站進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制，并通過(guò)設(shè)計(jì)控制策略做到削峰填谷，即在電價(jià)處于峰價(jià)時(shí)放電，電價(jià)處于谷價(jià)時(shí)充電，每天固定時(shí)間兩充兩放，通過(guò)峰谷差價(jià)回收投資。

儲(chǔ)能10kV開(kāi)關(guān)艙進(jìn)線柜配置線路保護(hù)裝置，做到階段式方向過(guò)流保護(hù)；并網(wǎng)柜配備防孤島保護(hù)裝置，在非計(jì)劃孤島情況下使儲(chǔ)能系統(tǒng)脫離電網(wǎng)側(cè)；就地箱變配備箱變測(cè)控裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，收集電流、電壓、溫度等關(guān)鍵參數(shù)，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在故障，同時(shí)裝置也支持遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸。

儲(chǔ)能電站接入系統(tǒng)后，接入嘉善調(diào)度。本項(xiàng)目采用光纖以太網(wǎng)技術(shù)通信方式，光纜線路為：晉億實(shí)業(yè)儲(chǔ)能電站—光通信—東云變—光通信—嘉善供電公司，儲(chǔ)能站接入光纖須配置光端機(jī)、路由器以及電力縱向加密裝置。

安全自動(dòng)裝置

1）AM6-FE頻率電壓緊急控制裝置

裝置能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)的頻率和電壓，一旦檢測(cè)到超出設(shè)定范圍的異常情況，立即啟動(dòng)控制策略，通過(guò)調(diào)整發(fā)電機(jī)出力、切除部分負(fù)荷或投入補(bǔ)償設(shè)備等方式，快速恢復(fù)電網(wǎng)的頻率和電壓至正常水平，確保電力供應(yīng)的連續(xù)性和可靠性。

2）AM5SE-IS防孤島裝置

在電網(wǎng)失電的情況下，分布式電源未能夠及時(shí)與電網(wǎng)斷開(kāi)連接，會(huì)形成孤島狀態(tài)，這種狀態(tài)可能造成分布式電源不可控、電網(wǎng)恢復(fù)時(shí)的電壓和頻率不匹配等問(wèn)題，也可能導(dǎo)致電力工作人員在不知情的情況下進(jìn)行危險(xiǎn)的操作。防孤島裝置通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)狀態(tài)，一旦檢測(cè)到電網(wǎng)斷電，能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)迅速切斷分布式電源與電網(wǎng)的連接，從而保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行和維修人員的人身安全。

箱變測(cè)控裝置

AM6-PWC箱變測(cè)控裝置是集保護(hù)、測(cè)控、通訊一體化的裝置，全稱為箱式變電站測(cè)控裝置，用于箱變的監(jiān)控和控制。裝置能夠?qū)ψ儔浩鞯臏囟取㈦娏鳌㈦妷骸⒇?fù)荷等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，通過(guò)實(shí)時(shí)分析及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障及潛在的安全隱患，同時(shí)，裝置還具備過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)等保護(hù)功能與遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸功能。

控制策略

設(shè)計(jì)儲(chǔ)能充放電原則是在尖峰時(shí)段全部放電，高峰時(shí)段根據(jù)負(fù)荷情況調(diào)整儲(chǔ)能變流器功率，保證儲(chǔ)能電池電量全部消納。為防止電池充電過(guò)程中晉億實(shí)業(yè)配變負(fù)荷過(guò)大超過(guò)限額，或者正常運(yùn)行時(shí)配變負(fù)荷過(guò)小導(dǎo)致儲(chǔ)能放電上送，對(duì)配變負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)定充/放電負(fù)荷限值P_充和P_放。

電價(jià)處于谷價(jià)且P_配變＜P_充時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行充電；

電價(jià)處于峰價(jià)且P_配變＞P_放時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行放電。

圖4.1 儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行控制策略

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用分層分布式架構(gòu)，能夠高效、穩(wěn)定地運(yùn)行，滿足現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的需求，為企業(yè)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持，主要分為站控層、通信層和設(shè)備層三個(gè)核心部分：

站控層作為系統(tǒng)的管理與控制，承擔(dān)著對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的集中監(jiān)控和管理功能。操作員可以通過(guò)該層實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理。

通信層負(fù)責(zé)信息傳遞與數(shù)據(jù)交互，確保各個(gè)設(shè)備和系統(tǒng)組件之間能夠無(wú)縫連接與協(xié)同工作。此層不僅支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，還能夠根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的不同規(guī)模和需求進(jìn)行靈活調(diào)整，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。

設(shè)備層包含各種硬件設(shè)備，是系統(tǒng)的基礎(chǔ)執(zhí)行單元。這些設(shè)備不僅負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，還能根據(jù)上級(jí)指令執(zhí)行控制操作，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作的核心組成部分。

圖5.1系統(tǒng)拓?fù)鋱D

項(xiàng)目配置設(shè)備清單如下表所示：

表5.1 方案設(shè)備列表

現(xiàn)場(chǎng)圖片

系統(tǒng)功能

系統(tǒng)總覽

主要展示本系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝機(jī)容量、儲(chǔ)能當(dāng)前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖7.1 系統(tǒng)總覽

PCS監(jiān)控

PCS作為儲(chǔ)能系統(tǒng)與電網(wǎng)之間的橋梁，負(fù)責(zé)控制電池的充放電過(guò)程，將電池存儲(chǔ)的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，或者將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能以存儲(chǔ)在電池中。系統(tǒng)監(jiān)測(cè)顯示PCS的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)限值，交直流側(cè)的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)對(duì)PCS的監(jiān)控是確保儲(chǔ)能系統(tǒng)高效、安全運(yùn)行的關(guān)鍵。

圖7.2 PCS狀態(tài)監(jiān)測(cè)界面

電池監(jiān)控

系統(tǒng)的電池監(jiān)控是確保電池組安全、高效運(yùn)行的關(guān)鍵。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池的電壓、電流、溫度等關(guān)鍵參數(shù)，電池管理系統(tǒng)（BMS）能夠及時(shí)調(diào)整電池的工作狀態(tài)，延長(zhǎng)電池的使用壽命，并提高整個(gè)系統(tǒng)的效率和安全性。

圖7.3 電池簇監(jiān)控界面

策略配置

通過(guò)策略配置，系統(tǒng)可以根據(jù)電網(wǎng)需求、可再生能源發(fā)電特性以及用戶用電模式，自動(dòng)調(diào)整充放電行為，以達(dá)到削峰填谷、提高電網(wǎng)穩(wěn)定性、降低運(yùn)行成本等目的。

圖7.4 策略配置界面

結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)前能源轉(zhuǎn)型的背景下，分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)與新能源發(fā)電的結(jié)合，正逐漸成為電力市場(chǎng)中一種重要的解決方案。通過(guò)合理設(shè)計(jì)控制策略，系統(tǒng)能夠有效地與電網(wǎng)價(jià)格進(jìn)行互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)峰谷套利和平滑輸出，從而提升整體電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。此外，隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)的控制策略可以進(jìn)一步優(yōu)化，這種基于大數(shù)據(jù)和人工智能的控制方式，將為分布式儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)效益和操作效率提供強(qiáng)有力的支持。總的來(lái)說(shuō)，分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)合新能源發(fā)電的解決方案，不僅為電力市場(chǎng)帶來(lái)了新的盈利模式，也為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)貢獻(xiàn)了重要力量。

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