安科瑞光伏储能一体化系统的解决方案
2024-12-12 11:13:17 来源：acrel2024
摘要：本文从光伏储能一体化系统的种类和应用入手，分别介绍它的技术、设计原理和示范应用,并将相关研究成果在分布式光伏系统中推广。通过研究，以期促进我国电力事业的健康长远发展，且以供相关人员作为参考依据。
关键词：分布式；光伏；储能；微电网
1光伏储能技术分析
因为光伏发电功率传输不受人为影响，在时间与空间上跟客户需求不符合，如何较好地控制光伏电能，是近些年人们迫切注重的问题。为处理光伏并网电站对配电的影响与*大可能让发电电能自用，首先，从电力角度，提升电力的灵活性，创建智能电网；其次，从光伏电站入手，给并网光伏电站安装储能设备。电网储能技术归属灵活输电技术范围，其在并网光伏电站里使用时，能够通过合理的充放电控制，处理光伏电站输出不可靠的问题，从而防止了因为光伏电源的输出不可靠造成的对电力的一系列不好情况。光伏电站中安装一些合理的储能设备以后，除了能处理以上问题之外，经过采取各种有效的控制措施，还能够对电网与用户创造经济、运行和环境方面的效益。
2光伏系统的类型
2.1独立混合发电结构
独立混合发电结构包含电池方阵、蓄电池、能量转化与控制设备，还有柴油发电机以及其他发电能源。在电能充足情况下，把电池方阵和其它发电源的电能利用充电控制器输入到蓄电池组内；电能不足时，把蓄电池内的电能经过放电控制器通过电能转化设备转换成满足客户需要的能源。柴油发电机是冷备用，用来在紧急状况下为负载提供电源。独立混合发电是现阶段偏远区域供电的重要形式，高新科学技术已经得到了显著的成果，规模由10-90W的路灯结构发展到现在的100-900kW的独立混合系统。逆变器和蓄电池充输电控制器科技也已形成产业化，已从功率等级10-90W发展10kW系列装置。
2.2并网光伏发电结构
并网光伏发电结构主要包含低压并网光伏供电系统与高压并网发电结构，构由池方阵与并网逆变器构成。现阶段用于低压和高压并网逆变器已出现成熟置，低压并网光伏供电结构逆变器*大产品容量是500kW，但高压并网供电结构逆变器设备*大容量是1MW。并网逆变器是跟随电网频率与电压转变的电流源，功率系数是1和指令调节以电力为支撑，不能单独发电，在电力中容量受到较大的制约，输出功率取决于光伏输入。
2.3光伏微网结构
光伏微网系统能够和其它电源和电网并联运行。这个系统包含电池方阵、正常并网逆变器、储能系统、双向变流设备、柴油发电设备等。柴油发电机和双向变流器独立和联合组网，正常光伏连网双向变流器能经过通信线并联运转，同时展开微网能量管理。近些年，国内建成过个光伏微网结构示范工程，运行效果非常客观，如上海高等研究所的能源站，其是通过热电联产装置、铅酸储能结构、风电与光伏系统构成的小型微网组网结构。
3光伏发电内的储能方法
3.1蓄电池电能
蓄电池储能是多种储能技术中非常前途的储能途径之一，存在稳定性高、模块化性能高等特征，常被用来对供电质量需求很高的负荷地区的电力网络中。电池储能关键是使用电池正负极的物力反应实现充输电。蓄电池储能能够解决结构高峰符合阶段的电能需求，也能用蓄电池储能来辅助无功补偿设备，有利于避免电压波动与闪变。现阶段常用的蓄电池包括铅酸蓄电源、锂离子电源、钠硫与液流电源等。
3.2超级电容设备储能
超级电容器设备是由特别材料生产的多孔介质，和一般电容器相比，其具有较高的介电系数，较大的耐压能力与较大的存储容量，还保持了以往电容器输出能量快的特征，日益在储能方面得到重视。按照储能原理的差异，能够将超级电容器分成双电层电容器与电化学电容设备。超级电容设备是一种新型的储能元件，其与其他储能元件相比起来有较多的优点。超级电容器和蓄电池相比具有功率密度高、充放电循环周期长、运行效率高、高低温水平好、能量保存寿命长等特征。可是超级电容器也具有不少的问题，主要包括能量密度小、端电压波动面积非常大、电容的连接后各类电压一致性情况。从蓄电池与超级电容器的特征来看，二者在技术性能方面有较强的互补性。把超级电容器和蓄电池混合应用，可大幅度提升储能设备的性能。通过研究表明，超级电容器和蓄电池并联后，能够提升混合储能设备的功率输出水平，减少内部损耗，提高放电时间；能够降低蓄电池的充放电环节次数，增加使用寿命；还能够缩小储能设备的体积，提高供电系统的稳定性与经济效益。
4Acrel-2000MG充电站微电网能量管理系统
4.1平台概述
Acrel-2000MG微电网能量管理系统，是我司根据新型电力系统下微电网监控系统与微电网能量管理系统的要求，总结国内外的研究和生产的先进经验，专门研制出的企业微电网能量管理系统。本系统满足光伏系统、风力发电、储能系统以及充电站的接入，*进行数据采集分析，直接监视光伏、风能、储能系统、充电站运行状态及健康状况，是一个集监控系统、能量管理为一体的管理系统。该系统在安全稳定的基础上以经济优化运行为目标，促进可再生能源应用，提高电网运行稳定性、补偿负荷波动；有效实现用户侧的需求管理、消除昼夜峰谷差、平滑负荷，提高电力设备运行效率、降低供电成本。为企业微电网能量管理提供安全、可靠、经济运行提供了全新的解决方案。
微电网能量管理系统应采用分层分布式结构，整个能量管理系统在物理上分为三个层：设备层、网络通信层和站控层。站级通信网络采用标准以太网及TCP/IP通信协议，物理媒介可以为光纤、网线、屏蔽双绞线等。系统支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。
4.2平台适用场合
系统可应用于城市、高速公路、工业园区、工商业区、居民区、智能建筑、海岛、无电地区可再生能源系统监控和能量管理需求。
4.3系统架构
本平台采用分层分布式结构进行设计，即站控层、网络层和设备层，详细拓扑结构如下：
图1典型微电网能量管理系统组网方式
5充电站微电网能量管理系统解决方案
5.1实时监测
微电网能量管理系统人机界面友好，应能够以系统一次电气图的形式直观显示各电气回路的运行状态，实时监测光伏、风电、储能、充电站等各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息，动态监视各回路断路器、隔离开关等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。其中，各子系统回路电参量主要有：相电压、线电压、三相电流、有功/无功功率、视在功率、功率因数、频率、有功/无功电度、频率和正向有功电能累计值；状态参数主要有：开关状态、断路器故障脱扣告警等。
系统应可以对分布式电源、储能系统进行发电管理，使管理人员实时掌握发电单元的出力信息、收益信息、储能荷电状态及发电单元与储能单元运行功率设置等。
系统应可以对储能系统进行状态管理，能够根据储能系统的荷电状态进行及时告警，并支持定期的电池维护。
微电网能量管理系统的监控系统界面包括系统主界面，包含微电网光伏、风电、储能、充电站及总体负荷组成情况，包括收益信息、天气信息、节能减排信息、功率信息、电量信息、电压电流情况等。根据不同的需求，也可将充电，储能及光伏系统信息进行显示。
图1系统主界面
子界面主要包括系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电站信息、通讯状况及一些统计列表等。
5.1.1光伏界面
图2光伏系统界面
本界面用来展示对光伏系统信息，主要包括逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、并网柜电力监测及发电量统计、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、辐照度/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。
5.1.2储能界面
图3储能系统界面
本界面主要用来展示本系统的储能装机容量、储能当前充放电量、收益、SOC变化曲线以及电量变化曲线。
图4储能系统PCS参数设置界面
本界面主要用来展示对PCS的参数进行设置，包括开关机、运行模式、功率设定以及电压、电流的限值。
图5储能系统BMS参数设置界面
本界面用来展示对BMS的参数进行设置，主要包括电芯电压、温度保护限值、电池组电压、电流、温度限值等。
图6储能系统PCS电网侧数据界面
本界面用来展示对PCS电网侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数等。
图7储能系统PCS交流侧数据界面
本界面用来展示对PCS交流侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数、温度值等。同时针对交流侧的异常信息进行告警。
图8储能系统PCS直流侧数据界面
本界面用来展示对PCS直流侧数据，主要包括电压、电流、功率、电量等。同时针对直流侧的异常信息进行告警。
图9储能系统PCS状态界面
本界面用来展示对PCS状态信息，主要包括通讯状态、运行状态、STS运行状态及STS故障告警等。
图10储能电池状态界面
本界面用来展示对BMS状态信息，主要包括储能电池的运行状态、系统信息、数据信息以及告警信息等，同时展示当前储能电池的SOC信息。
图11储能电池簇运行数据界面
本界面用来展示对电池簇信息，主要包括储能各模组的电芯电压与温度，并展示当前电芯的电压、温度值及所对应的位置。
5.1.3风电界面
图12风电系统界面
本界面用来展示对风电系统信息，主要包括逆变控制一体机直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、风速/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。
5.1.4充电站界面
图13充电站界面
本界面用来展示对充电站系统信息，主要包括充电站用电总功率、交直流充电站的功率、电量、电量费用，变化曲线、各个充电站的运行数据等。
5.1.5视频监控界面
图14微电网视频监控界面
本界面主要展示系统所接入的视频画面，且通过不同的配置，实现预览、回放、管理与控制等。
5.1.6发电预测
系统应可以通过历史发电数据、实测数据、未来天气预测数据，对分布式发电进行短期、超短期发电功率预测，并展示合格率及误差分析。根据功率预测可进行人工输入或者自动生成发电计划，便于用户对该系统新能源发电的集中管控。
图15光伏预测界面
5.1.7策略配置
系统应可以根据发电数据、储能系统容量、负荷需求及分时电价信息，进行系统运行模式的设置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期计划、需量控制、防逆流、有序充电、动态扩容等。
具体策略根据项目实际情况（如储能柜数量、负载功率、光伏系统能力等）进行接口适配和策略调整，同时支持定制化需求。
图16策略配置界面
5.1.8运行报表
应能查询各子系统、回路或设备*时间的运行参数，报表中显示电参量信息应包括：各相电流、三相电压、总功率因数、总有功功率、总无功功率、正向有功电能、尖峰平谷时段电量等。
图17运行报表
5.1.9实时报警
应具有实时报警功能，系统能够对各子系统中的逆变器、双向变流器的启动和关闭等遥信变位，及设备内部的保护动作或事故跳闸时应能发出告警，应能实时显示告警事件或跳闸事件，包括保护事件名称、保护动作时刻；并应能以弹窗、声音、短信和电话等形式通知相关人员。
图18实时告警
5.1.10历史事件查询
应能够对遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数、电芯温度（锂离子电池）、压力（液流电池）、光照、风速、气压越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。
图19历史事件查询
5.1.11电能质量监测
应可以对整个微电网系统的电能质量包括稳态状态和暂态状态进行持续监测，使管理人员实时掌握供电系统电能质量情况，以便及时发现和消除供电不稳定因素。
1）在供电系统主界面上应能实时显示各电能质量监测点的监测装置通信状态、各监测点的A/B/C相电压总畸变率、三相电压不平衡度*和正序/负序/零序电压值、三相电流不平衡度*和正序/负序/零序电流值；
2）谐波分析功能：系统应能实时显示A/B/C三相电压总谐波畸变率、A/B/C三相电流总谐波畸变率、奇次谐波电压总畸变率、奇次谐波电流总畸变率、偶次谐波电压总畸变率、偶次谐波电流总畸变率；应能以柱状图展示2-63次谐波电压含有率、2-63次谐波电压含有率、0.5～63.5次间谐波电压含有率、0.5～63.5次间谐波电流含有率；
3）电压波动与闪变：系统应能显示A/B/C三相电压波动值、A/B/C三相电压短闪变值、A/B/C三相电压长闪变值；应能提供A/B/C三相电压波动曲线、短闪变曲线和长闪变曲线；应能显示电压偏差与频率偏差；
4）功率与电能计量：系统应能显示A/B/C三相有功功率、无功功率和视在
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图1典型微电网能量管理系统组网方式
图1系统主界面子界面主要包括系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电站信息、通讯状况及一些统计列表等。
图2光伏系统界面本界面用来展示对光伏系统信息，主要包括逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、并网柜电力监测及发电量统计、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、辐照度/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。
图3储能系统界面本界面主要用来展示本系统的储能装机容量、储能当前充放电量、收益、SOC变化曲线以及电量变化曲线。
图4储能系统PCS参数设置界面本界面主要用来展示对PCS的参数进行设置，包括开关机、运行模式、功率设定以及电压、电流的限值。
图5储能系统BMS参数设置界面本界面用来展示对BMS的参数进行设置，主要包括电芯电压、温度保护限值、电池组电压、电流、温度限值等。
图6储能系统PCS电网侧数据界面本界面用来展示对PCS电网侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数等。
图7储能系统PCS交流侧数据界面本界面用来展示对PCS交流侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数、温度值等。同时针对交流侧的异常信息进行告警。
图8储能系统PCS直流侧数据界面本界面用来展示对PCS直流侧数据，主要包括电压、电流、功率、电量等。同时针对直流侧的异常信息进行告警。
图9储能系统PCS状态界面本界面用来展示对PCS状态信息，主要包括通讯状态、运行状态、STS运行状态及STS故障告警等。
图10储能电池状态界面本界面用来展示对BMS状态信息，主要包括储能电池的运行状态、系统信息、数据信息以及告警信息等，同时展示当前储能电池的SOC信息。
图11储能电池簇运行数据界面本界面用来展示对电池簇信息，主要包括储能各模组的电芯电压与温度，并展示当前电芯的电压、温度值及所对应的位置。
图12风电系统界面本界面用来展示对风电系统信息，主要包括逆变控制一体机直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、风速/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。
图13充电站界面本界面用来展示对充电站系统信息，主要包括充电站用电总功率、交直流充电站的功率、电量、电量费用，变化曲线、各个充电站的运行数据等。
图14微电网视频监控界面本界面主要展示系统所接入的视频画面，且通过不同的配置，实现预览、回放、管理与控制等。
图15光伏预测界面5.1.7策略配置
图16策略配置界面5.1.8运行报表
图17运行报表5.1.9实时报警
图18实时告警5.1.10历史事件查询
图19历史事件查询5.1.11电能质量监测
