安科瑞 陳聰

【摘要】虛擬電廠(chǎng)利用*進(jìn)的通信技術(shù)，將分布式電源、儲能裝置和可控負荷等資源廣泛連接，并采用特定的控制策略進(jìn)行資源的協(xié)同聚合和智能管理，從而具備與電網(wǎng)能量互動(dòng)的能力。在虛擬電廠(chǎng)的運作中，儲能設備不僅可以有效儲存可再生能源的過(guò)剩電力，還能在需要時(shí)釋放能源，以滿(mǎn)足可控負荷的需求響應和分布式能源的要求，從而能夠更加靈活地管理能源資源，提高電網(wǎng)的穩定性和可靠性。本文針對虛擬電廠(chǎng)中儲能技術(shù)的應用展開(kāi)研究，對虛擬電廠(chǎng)中儲能技術(shù)發(fā)展、清潔能源的大規模應用進(jìn)行了展望。

【關(guān)鍵詞】虛擬電廠(chǎng)；儲能技術(shù)；應用

0.引言

在當今社會(huì )的迅猛發(fā)展下，我們不可避免地面臨與日俱增的能源需求、嚴重的環(huán)境污染問(wèn)題以及日益緊缺的自然資源帶來(lái)的挑戰，這些挑戰需要我們尋找創(chuàng )新的解決方案，以確保社會(huì )的可持續發(fā)展。近年來(lái)，可再生能源成為了一個(gè)備受關(guān)注的話(huà)題，與此同時(shí)分布式能源也逐漸嶄露頭角?？稍偕茉慈缣?yáng)能和風(fēng)能等具有巨大的潛力，它們可以為社會(huì )提供清潔的電力，減少人類(lèi)對有限自然資源的依賴(lài)，并降低能源生產(chǎn)帶來(lái)的環(huán)境污染。然而，可再生能源的波動(dòng)性和不確定性問(wèn)題一直是困擾電力系統的挑戰之一。在這個(gè)背景下，虛擬電廠(chǎng)的概念應運而生。

虛擬電廠(chǎng)是一種*進(jìn)的電力系統管理方法，它可以協(xié)調控制分布式電源（如太陽(yáng)能電池和風(fēng)力發(fā)電機等），并有效地管理能量流向，以支持電網(wǎng)的穩定運行。虛擬電廠(chǎng)的關(guān)鍵之一是儲能裝置。這些裝置可以?xún)Υ娑嘤嗟哪茉?，以便在需要時(shí)釋放，從而彌補可再生能源的波動(dòng)性。這不僅可以提高電力系統的可靠性，還可以降低對傳統發(fā)電方式的依賴(lài)，減少環(huán)境污染。此外，儲能裝置還可以提高電力系統的經(jīng)濟性，因為它們可以在高峰時(shí)段釋放儲存的能量，從而減少高成本的峰值電力需求。

1.虛擬電廠(chǎng)概述

虛擬電廠(chǎng)是一種創(chuàng )新性的電力管理概念，它在分布式電力管理系統的支持下，通過(guò)整合分散的分布式電源、可控制電源和儲能裝置等資源，形成一個(gè)龐大的虛擬性可控制信息集合體。這個(gè)概念的出現對電網(wǎng)運行和調度產(chǎn)生了深遠的影響，特別是在智能電網(wǎng)和分布式電網(wǎng)的應用沖突方面提供了解決方案。

虛擬電廠(chǎng)的核心思想是將分布式電源（包括太陽(yáng)能光伏、風(fēng)能、小型燃氣發(fā)電機等）以及各種可控制電源（如電動(dòng)汽車(chē)充電樁和分布式儲能設備等），有效地匯聚成一個(gè)統一的實(shí)體。這個(gè)實(shí)體可以像傳統發(fā)電廠(chǎng)一樣，直接參與電網(wǎng)的運行和調度。這種整合有助于提高電力資源的可利用性，減少能源浪費，降低電網(wǎng)的負荷壓力，提高電網(wǎng)的可靠性和穩定性。

此外，虛擬電廠(chǎng)的出現也有助于解決智能電網(wǎng)和分布式電網(wǎng)之間的應用沖突。智能電網(wǎng)強調了數據分析和遠程控制，以提高電網(wǎng)的效率和可管理性；而分布式電網(wǎng)更強調本地化能源生產(chǎn)和消費，希望減少電力輸送損耗和提高電網(wǎng)的彈性。虛擬電廠(chǎng)的構成模式具體如圖1所示。

2.儲能技術(shù)

2.1儲能技術(shù)的內涵

電能儲存是儲能技術(shù)的核心概念，它使得能量可以在不同時(shí)刻之間進(jìn)行轉化和利用。這個(gè)過(guò)程涉及到將能量以不同形式儲存，這可以通過(guò)介質(zhì)或特定設備實(shí)現。儲能介質(zhì)可以是電池、*級電容器、壓縮空氣儲能、重力儲能等多種形式，每種介質(zhì)都有其*特的特性和適用場(chǎng)景。設備則包括能夠將能量?jì)Υ婧歪尫诺募夹g(shù)，如充電/放電系統、逆變器和控制系統等。

這種能量存儲的靈活性使得儲能技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用。首先，儲存的能量可以作為應急能源，以滿(mǎn)足突發(fā)事件或電力中斷時(shí)的能源需求。這對于維護基礎設施運行、醫療設備供電以及保障公共安全至關(guān)重要。此外，儲能技術(shù)還可以用來(lái)支持電網(wǎng)運行。電網(wǎng)負荷通常會(huì )出現波動(dòng)，而儲能系統可以在負荷較低時(shí)存儲多余的能量，然后在高負荷時(shí)釋放，以平衡電力供需，減輕電網(wǎng)波動(dòng)。這一過(guò)程有時(shí)被稱(chēng)為"削峰填谷"，它有助于提高電網(wǎng)的穩定性和可靠性，同時(shí)也促進(jìn)可再生能源的大規模集成。

2.2儲能技術(shù)的應用方向

（1）電化學(xué)儲能

電化學(xué)儲能技術(shù)在當今電力領(lǐng)域具備顯著(zhù)的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢包括其廣泛的適用性、*效的能量轉化效率、長(cháng)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(xué)儲能技術(shù)的特點(diǎn)使其在電力系統中扮演著(zhù)重要的角色，并且在多個(gè)領(lǐng)域都表現出*越的性能。首先，電化學(xué)儲能技術(shù)的廣泛適用性使其能夠滿(mǎn)足各種電力需求，無(wú)論是用于家庭、商業(yè)還是工業(yè)應用，電化學(xué)儲能系統都可以根據需求進(jìn)行定制和擴展，這種靈活性使得儲能技術(shù)能夠在不同場(chǎng)景中提供可靠的能源支持。其次，電化學(xué)儲能技術(shù)以其*效的能量轉化效率而聞名，當電能儲存在儲能系統中時(shí)，其損失非常小，從而確保了電能的有效利用。同時(shí)，電化學(xué)儲能技術(shù)具有*越的使用壽命，這些系統通常能夠持續數年甚至更長(cháng)時(shí)間的運行，而且其性能不會(huì )明顯下降。此外，電化學(xué)儲能技術(shù)在充放電方面表現*色，可以迅速響應電力需求的變化，無(wú)論是快速放電以提供輔助服務(wù)，還是緩慢充電以?xún)Υ骐娔芄┤蘸笫褂谩?/span>

（2）機械儲能

機械儲能是一項關(guān)鍵的電力儲能技術(shù)，旨在將電能轉化為機械能，以便在需要時(shí)將其重新轉化為電能。其中一種主要的機械儲能技術(shù)是抽水蓄能，它利用了勢能和動(dòng)能的原理，抽水蓄能的核心概念是將多余的電能轉化為勢能，通過(guò)將水資源從下水庫抽升到地上水庫的方式來(lái)實(shí)現。這個(gè)過(guò)程類(lèi)似于充電的過(guò)程，其中下水庫充當電池，而地上水庫則充當能量存儲器。當電力資源供過(guò)于求時(shí)，通過(guò)電能轉化為機械能的方式，水被抽升到地上水庫，從而將電能儲存為潛在的勢能。而當電力資源需求增加時(shí)，可以釋放存儲的水，通過(guò)水力發(fā)電的方式將勢能轉化為電能，滿(mǎn)足電力負荷的需求。

抽水蓄被認為是電力資源轉換和電力發(fā)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(shù)的*越性在于它可以迅速響應電力需求的波動(dòng)，有助于維持電網(wǎng)的穩定性。然而，抽水蓄能也存在一些挑戰和限制，其中之一是廠(chǎng)址選擇的復雜性。此外，建設一個(gè)抽水蓄能系統通常需要相當大的投資，涉及到水庫建設、水泵和發(fā)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(cháng)，需要耐心等待系統的建成和投入運行。

（3）電磁儲能

電磁儲能是一種重要的能源儲存方式，它包括兩種主要形式：超導磁儲能和*級電容器儲能。這些技術(shù)在能源儲存和轉換方面都具有巨大的潛力，可以在許多應用領(lǐng)域中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

超導磁儲能利用超導材料制作超導線(xiàn)圈，通過(guò)將電能轉變?yōu)殡姶拍軄?lái)實(shí)現能量的存儲。這個(gè)過(guò)程具有許多優(yōu)勢。首先，超導線(xiàn)圈能夠快速反應，這意味著(zhù)它們可以在瞬間之間轉換能量狀態(tài)。其次，超導磁儲能系統具有高功率密度，這意味著(zhù)它們可以處理大量的能量，并且在短時(shí)間內釋放出來(lái)。此外，這種技術(shù)的能量消耗非常低，因此在儲能周期內能夠*效地保留能量。*重要的是，超導磁儲能系統具有高充放電效率，這意味著(zhù)在能量轉換過(guò)程中幾乎沒(méi)有能量損失，因此非常節能。

與超導磁儲能不同，*級電容器儲能是另一種重要的電磁儲能技術(shù)。它分為兩種類(lèi)型：雙電層電容器儲能和*級電容器儲能。這兩種技術(shù)都以其*特的特點(diǎn)而聞名。首先，它們都具備快速充放電反應的特點(diǎn)，能夠在瞬間之間存儲或釋放大量電能。其次，*級電容器儲能具有高功率密度，這使它們能夠在短時(shí)間內提供大量電能。此外，*級電容器儲能效率非常高，幾乎沒(méi)有能量損失。*后，*級電容器儲能技術(shù)非常安全穩定，不容易發(fā)生過(guò)熱或其他危險情況。

3儲能技術(shù)在虛擬電廠(chǎng)中的應用

3.1在儲能技術(shù)的作用下提高可再生能源利用率

儲能技術(shù)的應用可以通過(guò)多種方式提高可再生能源的發(fā)電能力，它在虛擬電廠(chǎng)中的應用為提高可再生資源的利用率提供了強大的支持。在虛擬電廠(chǎng)的運營(yíng)中，波動(dòng)性和不確定性常常是一個(gè)挑戰。例如，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的能源產(chǎn)量會(huì )受到天氣條件、季節和時(shí)間的影響，導致能源生產(chǎn)的波動(dòng)。此外，這些可再生能源的產(chǎn)量是隨機的，很難提前預測。而儲能技術(shù)可以充分發(fā)揮其作用來(lái)解決這些挑戰，實(shí)現能源系統的可持續性和穩定性，提高可再生能源利用率。

通過(guò)在虛擬電廠(chǎng)中引入儲能設備，我們可以有效地減少可再生能源發(fā)電帶來(lái)的波動(dòng)性和不確定性的影響。當風(fēng)力或光伏系統產(chǎn)生超出規定數值的電力時(shí)，多余的能量可以存儲在儲能設備中，從而不被浪費；同時(shí)，存儲的能量可以在需要時(shí)釋放，以滿(mǎn)足能源需求。因此，即使在天氣等原因導致可再生能源產(chǎn)量過(guò)?；虿蛔愕臓顩r下，這種能源轉換和使用的靈活性仍然可以確保虛擬電廠(chǎng)的穩定運行。

此外，作為一項關(guān)鍵的能源創(chuàng )新，儲能技術(shù)還有助于解決可再生資源的不可預測性問(wèn)題。通過(guò)監測和管理儲能設備中的能量存儲，虛擬電廠(chǎng)操作人員可以更好地應對可再生能源產(chǎn)量的變化。這種實(shí)時(shí)的響應能力使虛擬電廠(chǎng)更加靈活，可以更好地適應不斷變化的能源環(huán)境。

3.2在儲能技術(shù)的作用下提升虛擬電廠(chǎng)的電能質(zhì)量

在虛擬電廠(chǎng)運行過(guò)程中常常會(huì )面臨一些電能質(zhì)量方面的挑戰，其中之一就是諧波問(wèn)題。諧波是一種非正弦電流或電壓波形，它們會(huì )干擾電力系統的正常運行，損害與系統相關(guān)的設備和電能質(zhì)量。

虛擬電廠(chǎng)作為一種集成分布式能源資源的智能電力系統，為了應對這些諧波問(wèn)題，實(shí)現節能環(huán)保和系統穩定運行，儲能技術(shù)的應用成為了一個(gè)關(guān)鍵的解決方案。儲能技術(shù)通常包括電池等設備，它們可以將多余的電能存儲起來(lái)，并在需要時(shí)釋放。其中的逆變器是儲能系統中的一個(gè)關(guān)鍵組件，它能夠將儲存的電能轉換成可用的電流。在虛擬電廠(chǎng)中，逆變器不僅可以用來(lái)提供電力，還可以用來(lái)改善電能質(zhì)量。儲能技術(shù)可以通過(guò)逆變器輸出和諧波相反的電流來(lái)補償虛擬電廠(chǎng)中產(chǎn)生的諧波。當虛擬電廠(chǎng)中的分布式能源資源產(chǎn)生諧波時(shí)，逆變器可以生成與諧波相反方向的電流波形，從而抵消諧波的影響。這種補償作用有助于提升電能質(zhì)量，確保系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系統的損害。

此外，儲能技術(shù)還可以在系統供給和負荷不平衡的情況下發(fā)揮重要作用。當系統中發(fā)電側的供給和負荷需求不平衡時(shí)，可能會(huì )導致系統頻率偏差。此時(shí)儲能技術(shù)可以通過(guò)釋放或吸收電能來(lái)平衡頻率偏差，確保系統供電平衡，并降低偏差對系統的影響。這有助于維持系統的穩定運行，防止頻繁的停電或電力波動(dòng)。

3.3在儲能技術(shù)的作用下提升虛擬電廠(chǎng)供電可靠性

由于可再生能源（如太陽(yáng)能和風(fēng)能等）受外界環(huán)境因素的影響較大，因此其發(fā)電能力可能會(huì )受到天氣條件的限制。此外，電網(wǎng)故障也是一個(gè)不可避免的問(wèn)題，可能導致電力供應中斷，給用戶(hù)用電帶來(lái)不便。而儲能技術(shù)可以解決這些問(wèn)題，確保虛擬電廠(chǎng)能夠為用戶(hù)提供持續的供電支持，從而顯著(zhù)提升供電可靠性。在虛擬電廠(chǎng)中，儲能設備起到了至關(guān)重要的作用。

當可再生能源發(fā)電設備的力量為零或外界環(huán)境因素影響了其發(fā)電能力時(shí)，儲能技術(shù)可以存儲多余的電能。這意味著(zhù)即使太陽(yáng)能電池板因云層遮擋或風(fēng)力發(fā)電機因風(fēng)速不足而停止發(fā)電，用戶(hù)仍然可以依賴(lài)儲能系統獲得所需的電力。這種無(wú)縫切換和持續供電支持對于維持用戶(hù)的正常用電是至關(guān)重要的。此外，當電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，虛擬電廠(chǎng)可以通過(guò)儲能技術(shù)提供備用電力，以確保用戶(hù)不會(huì )受到電力中斷的影響。這種供電可靠性的提高對于各種行業(yè)和領(lǐng)域都具有重要意義，特別是對于關(guān)鍵設施和醫療機構。

4.Acrel-2000ES儲能柜能量管理系統

4.1系統概述

安科瑞儲能能量管理系統Acrel-2000ES，專(zhuān)門(mén)針對工商業(yè)儲能柜、儲能集裝箱研發(fā)的一款儲能EMS，具有完善的儲能監控與管理功能,涵蓋了儲能系統設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息,實(shí)現了數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢(xún)與分析、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(xiàn)、削峰填谷、需量控制、防逆流等控制功能。

4.2系統結構

Acrel-2000ES，可通過(guò)直采或者通過(guò)通訊管理或串口服務(wù)器將儲能柜或者儲能集裝箱內部的設備接入系統。系統結構如下：

4.3系統功能

4.3.1實(shí)時(shí)監測

系統人機界面友好，能夠顯示儲能柜的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測PCS、BMS以及環(huán)境參數信息，如電參量、溫度、濕度等。實(shí)時(shí)顯示有關(guān)故障、告警、收益等信息。

4.3.2設備監控

系統能夠實(shí)時(shí)監測PCS、BMS、電表、空調、消防、除濕機等設備的運行狀態(tài)及運行模式。

PCS監控：滿(mǎn)足儲能變流器的參數與限值設置；運行模式設置；實(shí)現儲能變流器交直流側電壓、電流、功率及充放電量參數的采集與展示；實(shí)現PCS通訊狀態(tài)、啟停狀態(tài)、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、異常告警等狀態(tài)監測。

BMS監控：滿(mǎn)足電池管理系統的參數與限值設置；實(shí)現儲能電池的電芯、電池簇的溫度、電壓、電流的監測；實(shí)現電池充放電狀態(tài)、電壓、電流及溫度異常狀態(tài)的告警。

空調監控：滿(mǎn)足環(huán)境溫度的監測，可根據設置的閾值進(jìn)行空調溫度的聯(lián)動(dòng)調節，并實(shí)時(shí)監測空調的運行狀態(tài)及溫濕度數據，以曲線(xiàn)形式進(jìn)行展示。

UPS監控：滿(mǎn)足UPS的運行狀態(tài)及相關(guān)電參量監測。

4.3.3曲線(xiàn)報表

系統能夠對PCS充放電功率曲線(xiàn)、SOC變換曲線(xiàn)、及電壓、電流、溫度等歷史曲線(xiàn)的查詢(xún)與展示。

4.3.4策略配置

滿(mǎn)足儲能系統設備參數的配置、電價(jià)參數與時(shí)段的設置、控制策略的選擇。目前支持的控制策略包含計劃曲線(xiàn)、削峰填谷、需量控制等。

4.3.5實(shí)時(shí)報警

儲能能量管理系統具有實(shí)時(shí)告警功能，系統能夠對儲能充放電越限、溫度越限、設備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。

4.3.6事件查詢(xún)統計

儲能能量管理系統能夠對遙信變位，溫濕度、電壓越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析。

4.3.7遙控操作

可以通過(guò)每個(gè)設備下面的紅色按鈕對PCS、風(fēng)機、除濕機、空調控制器、照明等設備進(jìn)行相應的控制，但是當設備未通信上時(shí)，控制按鈕會(huì )顯示無(wú)效狀態(tài)。

4.3.8用戶(hù)權限管理

儲能能量管理系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶(hù)權限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）?？梢远x不同級別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

5.相關(guān)平臺部署硬件選型清單

6.結束語(yǔ)

綜上所述，可再生資源在電力系統中具有巨大的潛力，但要實(shí)現這一潛力，需要克服波動(dòng)性和不確定性等挑戰。通過(guò)儲能技術(shù)的應用，我們可以降低虛擬電廠(chǎng)能源利用的波動(dòng)和不確定性，從而提高資源能源的利用率，并改善電能質(zhì)量。這些技術(shù)將有助于推動(dòng)清潔能源的廣泛應用，促進(jìn)可持續能源發(fā)展。

參考文獻

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