淺談風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)中的儲(chǔ)能管理

安科瑞 陳聰

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不可少的形式。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(chǔ)能管理策略下蓄電池組充放電過程中能量存儲(chǔ)及大功率跟蹤問題；分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)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(chǔ)能方式

關(guān)鍵詞:發(fā)電系統(tǒng)；能源；儲(chǔ)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(shí)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(huì)不能缺少電源形式；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(shí)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(chǔ)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(jià)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(huì)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(shí)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(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行特性分析

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

風(fēng)光儲(chǔ)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(chǔ)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(gè)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(chǔ)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(chǔ)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*時(shí)間內(nèi)大限度地滿足用戶需求。

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

在風(fēng)光儲(chǔ)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(shí)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(jì)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(chǔ)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(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)出力

風(fēng)光儲(chǔ)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(dòng)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(huì)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(chǔ)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(jì)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(chǔ)能管理存在的問題

2.1儲(chǔ)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(huì)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(shí)就會(huì)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(chǔ)放點(diǎn)和蓄電池容量不高導(dǎo)致了其存儲(chǔ)能力不足；并且隨著時(shí)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(gè)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(huì)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(jì)時(shí)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(jià)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(jì)，在開發(fā)過程中會(huì)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(shí)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(gè)較為復(fù)雜且技術(shù)相對缺乏的工程設(shè)計(jì)過程。

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

大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行是一個(gè)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(chǔ)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(shí)可以提供足夠時(shí)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(shí)也不會(huì)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(dòng)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(shí)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(shí)就需要進(jìn)行調(diào)流器操作；當(dāng)風(fēng)速超過一定值時(shí)會(huì)自動(dòng)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(shí)也會(huì)導(dǎo)致電力輸送線路斷線、電壓波動(dòng)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(shí)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(shí)，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定。首先應(yīng)合理規(guī)劃與設(shè)計(jì)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(shí)，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(xiàng)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(lì)風(fēng)電場進(jìn)行規(guī)?；ㄔO(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(xiàng)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(chǔ)存裝置

對大容量機(jī)組采用集中存儲(chǔ)方式進(jìn)行控制，大規(guī)模風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能方式有多種，而其存儲(chǔ)裝置也是多種多樣。在實(shí)際中，可以選擇適當(dāng)?shù)膬?chǔ)存方法。例如: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(gè)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(chǔ)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(chǔ)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(jì)時(shí)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(jì)

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(dòng)時(shí)功率輸出也會(huì)隨之變化；反之則會(huì)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(shí)要具備較高風(fēng)速裕度并在短時(shí)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(jì)首先要考慮風(fēng)光調(diào)度時(shí)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(jì)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(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)、充電樁運(yùn)行狀態(tài)及健康狀況，是一個(gè)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(dòng)；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(gè)能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個(gè)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(jì)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)基本平臺(tái)2部分：性能評定方法

GB/T26802.5-2011工業(yè)控制計(jì)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)通用規(guī)范6部分：驗(yàn)收大綱

GB/T2887-2011計(jì)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(jì)規(guī)范

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

DL/T634.5104遠(yuǎn)動(dòng)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(jì)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(jì)規(guī)范

NB/T10148-2019微電網(wǎng)1部分：微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)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(hào)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(tái)采用分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(shí)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(shí)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(dòng)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(hào)。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(jì)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(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電管理，使管理人員實(shí)時(shí)掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲(chǔ)能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲(chǔ)能單元運(yùn)行功率設(shè)置等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計(jì)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(bào)警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計(jì)、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)、發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)、碳減排統(tǒng)計(jì)、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(shí)對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

4.6.1.2儲(chǔ)能界面

圖4儲(chǔ)能系統(tǒng)界面

本界面主要用來展示本系統(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5儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(shí)針對交流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

圖9儲(chǔ)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(shí)針對直流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

圖10儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(shí)展示當(dāng)前儲(chǔ)能電池的SOC信息。

圖12儲(chǔ)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(chǔ)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(bào)警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)、發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)、碳減排統(tǒng)計(jì)、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(shí)對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個(gè)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(gè)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(dòng)生成發(fā)電計(jì)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(chǔ)能系統(tǒng)容量、負(fù)荷需求及分時(shí)電價(jià)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(jì)劃、需量控制、有序充電、動(dòng)態(tài)擴(kuò)容等。

圖17策略配置界面

4.6.4運(yùn)行報(bào)表

應(yīng)能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)，報(bào)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(bào)表

4.6.5實(shí)時(shí)報(bào)警

應(yīng)具有實(shí)時(shí)報(bào)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(dòng)和關(guān)閉等遙信變位，及設(shè)備內(nèi)部的保護(hù)動(dòng)作或事故跳閘時(shí)應(yīng)能發(fā)出告警，應(yīng)能實(shí)時(shí)顯示告警事件或跳閘事件，包括保護(hù)事件名稱、保護(hù)動(dòng)作時(shí)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(shí)告警

4.6.6歷史事件查詢

應(yīng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)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(chǔ)和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、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(gè)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(shí)掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況，以便及時(shí)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(shí)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分*和正序/負(fù)序/零序電壓值、三相電流不平衡度百分*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(shí)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(dòng)與閃變：系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相電壓波動(dòng)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(dòng)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(jì)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(shí)中斷發(fā)生時(shí)，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(jì)：系統(tǒng)應(yīng)能顯示1min統(tǒng)計(jì)整2h存儲(chǔ)的統(tǒng)計(jì)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(dòng)作或返回）、波形號(hào)、越限值、故障持續(xù)時(shí)間、事件發(fā)生的時(shí)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(gè)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(shí)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(jì)報(bào)表

具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時(shí)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(jì)分析報(bào)表。對微電網(wǎng)與外部系統(tǒng)間電能量交換進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(shí)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(jì)報(bào)表

4.6.11網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)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(gè)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(shí)能自動(dòng)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?/span>

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(jì)等信息。

4.6.12通信管理

可以對整個(gè)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(shí)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(dòng)所有端口或某個(gè)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(shí)，自動(dòng)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(dòng)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(gè)周波、故障后4個(gè)周波波形，總錄波時(shí)間共計(jì)46s。每個(gè)采樣點(diǎn)錄波至少包含12個(gè)模擬量、10個(gè)開關(guān)量波形。

圖28故障錄波

4.6.15事故追憶

可以自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)掃描數(shù)據(jù)，包括開關(guān)位置、保護(hù)動(dòng)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(dòng)事件，當(dāng)每個(gè)事件發(fā)生時(shí)，存儲(chǔ)事故*10個(gè)掃描周期及事故后10個(gè)掃描周期的有關(guān)點(diǎn)數(shù)據(jù)。啟動(dòng)事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點(diǎn)可由用戶*定和隨意修改。

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(huì)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(shí)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(dòng)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。

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