光储充微电网能量管理系统控制策略研究及并网分析

摘要：为全面落实我国能源革命战略，实现可持续发展，现必须加大对可再生能源和新能源研发力度，实现其全面发展，以此来达到碳达峰、碳中和的战略目标。所以，在此背景下，光伏发电的重要性日益凸显，但是针对电网内部高效调度缺失以及管理力度不强等问题需要着重关注，并制定高效控制措施，只有这样才能有效解决电力调峰错谷、系统稳定性问题。为了有针对性的缓解大规模光伏发电在接入电网时所造成的各种问题，可以尝试科学使用储能技术，减少新能源并网造成的负面影响以及运行压力，从而强化控制系统经济性，实现质量和效率的全面提高。本文主要针对光伏储能系统控制策略及并网思考展开研究分析。
关键词：光伏储能系统；控制措施；并网思考
1、引言
*近几年，我国对于分布式能源以及微电网发展的重视程度越来越高，而其中占据主要地位的就是光伏系统、储能技术应用，这也逐渐成为保障现代电力能源供应可靠性、促进新能源消纳、减少环境污染的有效措施之一。而针对当代社会对光伏储能控制系统重视程度的提高，我国新能源领域专*学者对其发展前景、应用价值、系统性能等多层面都进行了详细的研究分析。同时也着重凸显出了光伏、储能应用价值以及商业模式的实际应用效果，这对于后期实现项目科学规划建设，保障其经济性发展以及光伏储能控制系统质量的提高都有着非常大的战略意义。
而对于当前开展的各项研究可以看出，对于联合发电系统出力特性的调研工作，应该结合其不同功率波动进行平抑措施，这样可以更好的实现对新能源储能量的完善与优化；然后就是要根据新能源出力典型场景进行综合考虑，根据其概率分布做好能源系统中储能控制体系的科学合理配置。除此之外，要明确储能系统配置和规划问题有直接关联，同时还与短期运行有着密不可分的关系，因此如果是站在短期运行角度进行分析研究的话，就需要对储能、新能源进行综合建模，掌握其对储能规划都有哪些影响，然后构建出高效解决措施来科学配置储能。
2、光伏储能系统控制策略分析
针对光伏发电系统的能量储存管理工作分析，其中主要工作重点的就是储能设备的充电、放电控制、逆变器处并网功率控制几个节点，而以下措施主要针对上述工作重心展开针对性讨论研究。结合储能系统控制效益可以看出，此体系的存在可以充分且全面的解决电网消纳问题，期间还能借助输出和输入两侧的功率平衡来实现电能系统运行的稳定性；再加上储能系统装备的独特优势，不仅能在恶劣环境下正常供电，同时还可以结合实际情况作出不同改变，保障电能供给效益，以此来提高电网运行的可靠性和安全性。
2.1选取高效储能系统设备
在选择储能设备方面，需要针对不同储能需求以及各种储能技术来展开工作，关键点就是光伏技术主体层面，储能技术在细节上主要包括高能量密度储能技术、高功率密度储能技术两种。
高能量密度储能：涵盖磁储能技术、机械能技术、电能技术，而与上面三个对应的分别是超导储能设备、飞轮储能设备、超级电容器储能设备；
高功率密度储能：涵盖电化学技术、化学技术，而其中使用储能设备相对较多的就是化学技术，如：铅酸蓄电池、锂电池、硫化钠电池、流体电池等，且氢电池是*关键的储能设备。对此，怎样选择合适度较高且实用性较强额的储能设备，关键节点就在于可以不断的根据设备性质、储能设备能效等方面进行决定，而紧接着还需要不同条件因素，每个储能设备能量特点、功率等详细参数来赋予其权值，*后就是要对加权平均值进行计算，这样就可以选择出性能*好且储能效益较高的设备。
2.2储能系统设备充放电控制
SC与蓄电池混合设备，主要是利用DC/DC双向变换器之后，与直流母线进行关联，所以在研究分析方面可以在设备没有过量充电或者是过量放电条件下进行分析研究，还有就是在设计方法角度上，能大大的减少蓄电池充放电的*大功率与冲击电流，以此来实现使用寿命的提高，同时还可以维持直流母线处的功率稳定以及电压平衡。
SC与蓄电池混合设备在与直流母线进行连接时，可以采用被动控制、半主动控制、主动控制三种方式。被动控制方式的主要连接方式是直接把混合储能设备连接到直流母线位置上，这样能降低电能储能设备安装难度及成本，但是功率难以有效控制，发展前景并不乐观；主动控制方式是SC与蓄电池混合设备需要分别经过DC/DC双向变换器，然后与直流母线进行连接，实现对设备的实际功率控制，这种控制方式设备安装及运行成本高；半主动控制方式，是将SC与蓄电池混合设备按照两种方式进行连接，安装过程中有效的避免了以上两种方式所衍生出的缺点，尽可能融合其优点，但是还是存在一些问题。所以，针对光伏储能系统控制措施方面，可以选择主动控制的方式来强化储能设备功率，保障其*优化的控制。
2.3利用规则控制器进行管理
对于怎样利用规则控制器进行管理，主要操作方式就是将直流母线的功率差额输入到规则控制器当中，确保低通滤波器当中可以通过高频分量，紧接着就是要按照规范要求，在超级电容器与蓄电池中做好低频部分的分配工作。在整个工作流程期间，储能设备的功率平衡会不时的出现高频份量处理，因此要把超级电容器介入其中，从而促使两者实现平衡。此文献也对于处在控制期间的FLC作出了详细的定向分析，同时结合光伏并网中具体高效的功率控制措施进行了更加深入的研究，但是对于像能量控制、储能设备充放电控制、逆变器控制这几个层面，还是要结合实际，落实基本标准，不仅要保障电容器的正常运行以外，*关键的还是要满足电力需求。
2.4逆变器处并网功率控制措施
首要工作就是结合非隔离性逆变器作出直流变换，是否正常运转进行研究分析，同时分析工作还要涉及到单位功率因数并网的控制方式。因此，单从逆变器角度来说，不仅要满足工作需求，*关键的是要满足一点零功率因素和维持母线电压的根本需求，所以，从工作重心方面分析，主要节点并不是针对逆变器功率因素调节方面。而关键在于，利用双环P1的控制方式对逆变器进行控制，但对于内部层面的控制，重点还是在并网点电流电能控制、直流母线电压的稳定控制方面。对此，怎样才能发挥储能装置的放电实际效果，关键在于对储能装置管理控制系统的内部优化，防止其寿命受到损伤。
3、光伏储能系统并网思考
3.1光伏储能系统并网技术概述
目前，光伏储能系统并网基本分为分布式发电体系、荒漠电站体系，而这两种系统的主要工作机理就是将太阳能组件在工作运行期间，所产生的直流电，转换成交流电，以此来满足我们日常生活需求，之后在将其介入到公共电网当中，从而实现并网。而在整个并网系统中起到关键性作用的，就是并网逆变器，并网逆变器主要作用就是对电流、检测电网的信号、功率点跟踪、抗孤岛进行控制和输出。同时还具有检测并网、控制并网、保护并网功能。根据目前的社会发展，我国的光伏储能系统并网发展还比较缓慢，在实际运用和技术上还有很多问题等待解决。另外，由于在实际使用中缺少实验数据，光伏储能系统并网对整体电网是否存在影响也无从得知。而且，光伏储能系统并网的稳定性相对较差、能量的密度也比较低、调节能力也一般，周围的天气温差和气候甚至是地理位置都会在不同程度上对发电量产生影响。所以，深入研究光伏储能系统并网的体系模式，对加快能源结构调整步伐，提高新能源利用率等这些都具有重大意义。
3.2光伏储能系统并网体系研究
站在结构系统方面分析，光伏储能系统并网体系基本分为两种，分别是单级结构、二级结构。
单级结构：关键机理就是借助逆变器，将光伏电站系统的直流电转换成交流电，之后在将其转换成和并网频率相同、电压幅值相同的电能。
二级结构：使用的则是转换器，首先是升高直流电电压，之后在逆变器的作用下将电流转化成与电网相同频率、电压幅值的交流电，*后实现并网。
大多数情况下，向这种大型光伏电站的控制系统，容量都非常大。所以，为了实现资源节约，减少不必要的资源浪费，基本上选择的都是单级结构，而在其中起到决定性因素的关键技术则是合理设计出的并网逆变器构造和操作方式。所以，使用效益高且科学的并网逆变器，不仅会降低发电成本，提高发电效率和质量，*关键的是可以保障*终并网效益。而像电压闪变、孤岛效应等新问题，这些都对并网逆变器的控制提出新的挑战。并网逆变器的设计应更加科学，更能有效的控制效率等，以此来减少电网中出现的问题。
3.3光伏储能系统并网的配件设计
光伏电站的整体结构复杂，零部件也非常多，这里面*贵的元件就是光伏电池，但是光伏电池的转换效率也是在这个领域一直研究的问题。随着现在社会科技的不断发展，在单晶硅、多晶硅和薄膜电池的广泛应用以后，与此同时也开发出了聚光式的光伏元件，它可以把太阳的光聚焦成很多倍，因此在未来的元器件设计中，一定能实现能量的高效转换。
3.4高性能高效率的电能变换技术
大型的光伏电站内含有的零件非常多，组成也很复杂，而且并网逆变器在光伏电站中一直都有着重要的作用。并网逆变器的元件在实际应用中主要有两大功能，协调控制和集群。同时还包含了两方面的重要内容，在实际应用中可以运用并网逆变器统一控制，同时淡化彼此间的影响；还有一种就是借助系统的整体控制，从而来完成并网逆变器集群的统一工作，这样就可以让电压穿越、孤岛检测等一系列功能能高效运行。
3.5*大功率点的跟踪技术
*大功率点的跟踪技术主要就是指控制器可以实时自动侦查太阳能阵列的电压，并对*高功率值进行追踪，以此来保障控制系统能取得太阳能阵列中*大值的功率，以此来进行充电和放点的管理。大部分的*大功率点的跟踪技术基本涵盖：电压电流直接控制、参数选择间接控制、现代控制理论人工智能等。其中，间接控制：主要就是对经验、公式、数据库进行使用，保障*大功率点，但是存在一个弊端，就是无法实现对*大功率点的跟踪，误差也大。但是，借助电流电压检测的方式，再对其进行跟踪，实际效果要更加理想，优势也比较突出；但是如果运用检测电压电流的方式，然后对*大功率点进行跟踪更具有明显的优势。通过一些实际研究可以看出，对电压电流的检测方式，精准度要非常高，并且能够实时的对*大功率点进行跟踪控制，满足了所有场景的要求，在实际运用中得到了广泛的运用。
3.6孤岛效应技术
孤岛效应通俗的讲就是一种自给供电孤岛现象，它的工作模式是当供电系统因为事故、故障或者是维修等因素暂停工作的时候，在按照客户端时，对于是否存在停电问题，光伏并网发电系统并没有做出精准检测，甚至无法及时切断自身与市政电力网络的连接，以至于*终会影响到周围电力公共负载供电。而对于实际检测孤岛效应的方式，主要分为被动式和主动式两种。被动式：主要是检测电压频率、电压谐波等。主动式检测法：基本上包括功率扰动法、频率扰动法等。但是随着技术科技创新，现在又衍生出了一种较为先进的检测方式，就是电网断电过程中，改变电压和电流的相位，此时整个系统中的输出功率就会一同发生变化，从而实现检测时间缩短的目的，*关键的是可以使用不同的参数来实现并网逆变器的并联检测。
4、安科瑞Acrel-2000MG微电网能量管理系统
4.1概述
Acrel-2000MG储能能量管理系统是安科瑞专门针对工商业储能电站研制的本地化能量管理系统，可实现了储能电站的数据采集、数据处理、数据存储、数据查询与分析、可视化监控、报警管理、统计报表、策略管理、历史曲线等功能。其中策略管理，支持多种控制策略选择，包含计划曲线、削峰填谷、需量控制、防逆流等。该系统不仅可以实现下级各储能单元的统一监控和管理，还可以实现与上级调度系统和云平台的数据通讯与交互，既能接受上级调度指令，又可以满足远程监控与运维，确保储能系统安全、稳定、可靠、经济运行。
4.2应用场景
适用于工商业储能电站、新能源配储电站。
4.3系统结构

4.4系统功能
（1）实时监管
对微电网的运行进行实时监管，包含市电、光伏、风电、储能、充电桩及用电负荷，同时也包括收益数据、天气状况、节能减排等信息。  （2）智能监控
对系统环境、光伏组件、光伏逆变器、风电控制逆变一体机、储能电池、储能变流器、用电设备等进行实时监测，掌握微电网系统的运行状况。 （3）功率预测
对分布式发电系统进行短期、超短期发电功率预测，并展示合格率及误差分析。  （4）电能质量
实现整个微电网系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续性的监测。如电压谐波、电压闪变、电压不平衡等稳态数据和电压暂升/暂降、电压中断暂态数据进行监测分析及录波展示，并对电压、电流瞬变进行监测。  （5）可视化运行
实现微电网无人值守，实现数字化、智能化、便捷化管理;对重要负荷与设备进行不间断监控。  （6）优化控制
通过分析历史用电数据、天气条件对负荷进行功率预测，并结合分布式电源出力与储能状态，实现经济优化调度，以降低尖峰或者高峰时刻的用电量，降低企业综合用电成本。  （7）收益分析
用户可以查看光伏、储能、充电桩三部分的每天电量和收益数据，同时可以切换年报查看每个月的电量和收益。  （8）能源分析
通过分析光伏、风电、储能设备的发电效率、转化效率，用于评估设备性能与状态。 （9）策略配置
微电网配置主要对微电网系统组成、基础参数、运行策略及统计值进行设置。其中策略包含计划曲线、削峰填谷、需量控制、新能源消纳、逆功率控制等。 5、硬件及其配套产品