安科瑞 陳聰

摘要：本文根據光儲充系統自發(fā)自用，并網(wǎng)不上網(wǎng)原則設計了一種能量管理策略。通過(guò)峰谷電價(jià)，白天光伏/儲能出力滿(mǎn)足負載需求，夜間從電網(wǎng)購電滿(mǎn)足儲能充電及負載供電需求，從而實(shí)現光伏*大消納，儲能削峰填谷的目標。該策略通過(guò)運行數據分析，已滿(mǎn)足系統運行要求。

關(guān)鍵詞：光儲充系統；能量管理策略；光伏消納；削峰填谷

0.引言

隨著(zhù)可再生能源利用技術(shù)的快速發(fā)展，我國分布式能源發(fā)電設備的裝機容量增長(cháng)飛速。其中太陽(yáng)能具有分布廣泛、受地理限制小，光伏發(fā)電建設周期短且污染少、噪聲小等特點(diǎn)而倍受重視。針對光伏發(fā)電波動(dòng)性與間歇性等缺點(diǎn)，儲能技術(shù)與光伏發(fā)電技術(shù)的結合，可有效穩定光伏出力，消納過(guò)剩光伏能源，提高系統電能質(zhì)量。能量管理系統介入，可對電網(wǎng)、光伏發(fā)電設備，儲能設備的能量流進(jìn)行管控，從而提高系統運行可靠性及經(jīng)濟效益。本文設計了一種能量管理策略，當光伏出力大于負載的需求，儲能系統充電對光伏剩余出力進(jìn)行消納。當光伏出力不足無(wú)法滿(mǎn)足負載需求，儲能系統向負載放電。通過(guò)儲能系統削峰填谷，可提高系統供電穩定性，實(shí)現光儲充系統可靠運行。

1.光伏儲系統的組成

本文光儲充系統構成以閔行工業(yè)區智慧能源示范項目二號車(chē)棚為例，光儲充系統主要包含能量管理系統、光伏系統、充電樁系統、儲能系統。系統構成如圖所示。

1.1 能量管理系統

能量管理系統主要負責光伏、儲能、充電樁、進(jìn)線(xiàn)電表設備數據采集、顯示、存儲，同時(shí)根據光儲充系統需求 對能量進(jìn)行協(xié)調管控，從而提高系統可靠性與經(jīng)濟性。

1.2 光伏系統

光伏系統主要由安裝在車(chē)棚屋頂光伏電池板與4臺 35kW組串式光伏逆變器構成。光伏系統接入站內400V母 線(xiàn)，光伏出力優(yōu)先滿(mǎn)足站內負荷，出力富余則給儲能系統供電。

1.3 儲能系統

儲能系統主要2套退役磷酸鐵鋰電池組成，每套由 35kW儲能雙向變流器和153.6kW·h電池簇構成。儲能系統接入站內400V母線(xiàn)，當光伏出力富余，儲能系統對剩余出力進(jìn)行消納，光伏出力不足無(wú)法滿(mǎn)足負載出力時(shí)，儲能系統放電補足出力。在夜間谷電價(jià)，儲能系統從電網(wǎng)購電，直至充滿(mǎn)。

1.4 充電樁系統

充電樁系統主要由6臺額定容量為7kW的交流單槍落地式充電樁構成。充電樁系統可為帶直流電機的小型電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充電，也是站內負荷組成的一部分。充電樁系統主要包含刷卡管理、計費管理、充電接口管理、安全保護等功能。

2.光伏儲能系統的工作原理

光伏發(fā)電：光伏電池在陽(yáng)光照射下產(chǎn)生直流電。這一過(guò)程是系統的電力輸入。

電能轉換：直流電經(jīng)過(guò)逆變器轉換為交流電，以便在電網(wǎng)中使用或供給交流設備。

電能儲存：剩余的電能可以?xún)Υ嬖陔姵鼗蚱渌麅δ茉O備中，以備將來(lái)使用。這是系統的能量存儲部分。

能量管理：系統的能量管理控制器監控能源需求、電池狀態(tài)和其他參數，并根據需要分配電能。它確保在不可預測的太陽(yáng)能供應條件下，系統能夠提供連續可靠的電力供應。

電網(wǎng)互連：如果系統與電網(wǎng)互連，多余的電能可以賣(mài)給電網(wǎng)，從而實(shí)現雙向電流。這有助于提高系統的經(jīng)濟性和可持續性。

3.光儲充能量管理系統（EMS）結構

光儲充系統分為三個(gè)部分：光伏發(fā)電系統、儲能系統和充電樁系統。三個(gè)系統通過(guò)AC400V母線(xiàn)49耦合，通過(guò)以太網(wǎng)與EMS進(jìn)行通訊，由EMS協(xié)調控制各系統的運行策略。EMS可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將監控數據傳送給遠方監控系統和監視大屏顯示系統^[4]。光儲充系統的系統架構如下圖所示。

EMS是光儲充系統的核心組成部分，負責整個(gè)系統的底層數據采集、系統網(wǎng)絡(luò )監控、能量管理調度和運行數據分析。為保證光儲充系統的穩定運行，EMS采用兩級分級控制體分為本地EMS和集控EMS，其結構圖如下圖所示。

本地EMS可實(shí)現對儲能變流器（PCS）、電池管理系統（BMS）、光伏逆變器、充電樁和電網(wǎng)的數據采集，并根據峰谷電價(jià)、限電政策、應急需求等不同的使用場(chǎng)景，制定和運行不同的能量管理策略。本地EMS通過(guò)向PCS發(fā)送有功、無(wú)功等控制指令控制PCS執行相應的動(dòng)作，同時(shí)可以將監測的光儲充系統實(shí)時(shí)運行狀態(tài)、系統內各種設備狀態(tài)等信息上傳至集控EMS。

集控EMS由EMS工作站和EMS服務(wù)器構成。EMS工作站的主要功能是實(shí)時(shí)監控光儲充系統的運行狀態(tài)，同時(shí)負責制定光儲充系統的運行模式；而EMS服務(wù)器的主要功能是儲存光儲充系統的運行數據，可以提供歷史數據查詢(xún)、數據分析等服務(wù)，是后期根據大數據分析制定運行策略的前提保障。

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。

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)

本文根據閔行工業(yè)區智慧能源示范項目二號車(chē)棚光儲充系統自發(fā)自用，并網(wǎng)不上網(wǎng)的原則，設計一種能量管理策略，即白天消納光伏出力，當光伏出力小于負荷時(shí)，儲能補足光伏出力，當光伏出力大于負荷時(shí)，儲能消納光伏剩余出力。在夜間平電價(jià)，儲能持續給負載供電，若電量不足，則從電網(wǎng)購電。在夜間谷電價(jià)，儲能系統從電網(wǎng)購電，直至充滿(mǎn)。此策略經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間運行，通過(guò)運行數據分析，已完*滿(mǎn)足光儲充系統運行需求。

參考文獻

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