安科瑞 劉秋霞
摘要：隨著可再生能源的興起，光伏發(fā)電與儲能系統(tǒng)的集成成為了研究的熱點(diǎn)。本研究以光伏(PV)-儲能系統(tǒng)(ESS)為對象，針對其集成問題進(jìn)行了系統(tǒng)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先，我們詳細(xì)描述了光伏發(fā)電與儲能系統(tǒng)的獨(dú)立工作模式，然后采用系統(tǒng)集成的方法將二者有機(jī)地結(jié)合起來，以提升系統(tǒng)的能源效率并且實(shí)現(xiàn)供電的穩(wěn)定。其次，本研究借助于數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化配置的設(shè)計(jì)。在模型設(shè)計(jì)的過程中，我們引入了多項(xiàng)約束，包括但不限于光伏系統(tǒng)的額定功率、儲能系統(tǒng)的最大電池容量和系統(tǒng)投資成本的限制。模型的設(shè)計(jì)旨在通過優(yōu)化配置實(shí)現(xiàn)電功率平衡并且降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。最后，通過實(shí)例分析，驗(yàn)證了該光伏-儲能集成系統(tǒng)在應(yīng)對電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)、提高能源效率、減少系統(tǒng)成本等方面的優(yōu)勢。據(jù)此，該研究極大地推動(dòng)了光伏-儲能系統(tǒng)集成技術(shù)的研究和應(yīng)用，為相關(guān)領(lǐng)域提供了新的思路和指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；儲能系統(tǒng)；系統(tǒng)集成；優(yōu)化設(shè)計(jì)；能源效率
0引言
隨著全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，可再生能源已成為當(dāng)前及未來能源發(fā)展的重要趨勢。其中，光伏發(fā)電作為重要的可再生能源形式，已獲廣泛的應(yīng)用和研究。然而，由于光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性和不連續(xù)性，使其在大規(guī)模并網(wǎng)運(yùn)行中面臨一定的挑戰(zhàn)。這需要我們尋找一種有效的方式，將可再生能源與新興的儲能技術(shù)有效地結(jié)合，以提高能源利用效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性。因此，光伏(PV)-儲能系統(tǒng)(ESS)的系統(tǒng)集成問題逐漸引起了研究者的注意。本研究以此為依托，以光伏-儲能系統(tǒng)為研究對象，通過系統(tǒng)性的分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，旨在打造一套兼具效率和穩(wěn)定性的光伏-儲能集成系統(tǒng)。
1光伏與儲能系統(tǒng)獨(dú)立工作模式的描述及分析
1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的獨(dú)立工作模式
光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽能將光能轉(zhuǎn)化為電能的一種可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。在獨(dú)立工作模式下，光伏發(fā)電系統(tǒng)不依賴于任何外部能源輸入，依靠太陽能來進(jìn)行發(fā)電。
光伏發(fā)電系統(tǒng)的獨(dú)立工作模式可以分為兩種：直流獨(dú)立工作模式和交流獨(dú)立工作模式。
(1)直流獨(dú)立工作模式
直流獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏陣列、電池組和直流負(fù)載組成。光伏陣列通過光電效應(yīng)將太陽能轉(zhuǎn)化為直流電能，經(jīng)過充電控制器充電至電池組中。電池組將儲存的能量提供給直流負(fù)載使用。這種工作模式適用于無人島嶼、山區(qū)牧區(qū)、移動(dòng)車輛等無電網(wǎng)供電的場景。
(2)交流獨(dú)立工作模式
交流獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏陣列、電池組、逆變器和交流負(fù)載組成。光伏陣列轉(zhuǎn)化太陽能為直流電能，充電控制器將電池組充電。逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，以滿足交流負(fù)載的供電需求。這種工作模式適用于無電網(wǎng)供電或有電網(wǎng)供電但經(jīng)常停電的場景，如偏遠(yuǎn)農(nóng)村、野外工地等。
(3)光伏-儲能系統(tǒng)的獨(dú)立與互動(dòng)關(guān)系
光伏-儲能系統(tǒng)的獨(dú)立與互動(dòng)關(guān)系體現(xiàn)在系統(tǒng)的能量流動(dòng)和控制策略上。在獨(dú)立工作模式下，光伏發(fā)電系統(tǒng)通過儲能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對太陽能的儲存和利用，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。光伏發(fā)電系統(tǒng)通過充電控制器將太陽能轉(zhuǎn)化為電能儲存在電池組中，再根據(jù)負(fù)載需求，通過逆變器將電能轉(zhuǎn)換為交流電供交流負(fù)載使用。
光伏發(fā)電系統(tǒng)與儲能系統(tǒng)之間需要進(jìn)行合理的控制策略和能量管理，以實(shí)現(xiàn)最佳的能源利用效率和系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。例如，根據(jù)太陽能的強(qiáng)度和負(fù)載需求的變化，合理調(diào)節(jié)光伏陣列的工作狀態(tài)和電池組的充放電策略，以實(shí)現(xiàn)最大的能源采集效率和電能供應(yīng)質(zhì)量。
光伏發(fā)電系統(tǒng)的獨(dú)立工作模式是利用太陽能進(jìn)行發(fā)電并儲存能量，滿足負(fù)載需求的一種工作模式。該模式下，光伏發(fā)電系統(tǒng)通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，實(shí)現(xiàn)對交流負(fù)載的供電。光伏發(fā)電系統(tǒng)與儲能系統(tǒng)之間的互動(dòng)關(guān)系通過合理的控制策略和能量管理實(shí)現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)最佳的能源利用效率和系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。
1.2儲能系統(tǒng)的獨(dú)立工作模式
儲能系統(tǒng)是將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量并在需要時(shí)將其釋放出來的裝置。在獨(dú)立工作模式下，儲能系統(tǒng)通過將多余的電能儲存起來，可以獨(dú)立供電，減少對電網(wǎng)的依賴。
常見的儲能系統(tǒng)類型包括電池、超級電容器和儲水式蓄能裝置等。電池是最常見的儲能設(shè)備，可以將電能儲存為化學(xué)能，并在需要時(shí)轉(zhuǎn)化為電能輸出。超級電容器則是一種能夠存儲和釋放大量電能的裝置，具有高功率密度和長周期壽命等特點(diǎn)。儲水式蓄能裝置通過將水抬升到高處來儲存電能，需要時(shí)通過水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能輸出。
1.3光伏-儲能系統(tǒng)的獨(dú)立與互動(dòng)關(guān)系
光伏-儲能系統(tǒng)的獨(dú)立工作模式是基于光伏發(fā)電系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)的相互配合和互動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。光伏發(fā)電系統(tǒng)通過將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，滿足電力需求，并將多余的電能儲存在儲能系統(tǒng)中。
當(dāng)需要用電時(shí)，儲能系統(tǒng)將儲存的電能輸出供電。如果光伏發(fā)電系統(tǒng)無法提供足夠的電能，儲能系統(tǒng)可以作為備用電源，滿足電力需求。另外，在天氣不好或夜間無太陽光照射時(shí)，儲能系統(tǒng)可以為光伏發(fā)電系統(tǒng)提供電能支持，確保系統(tǒng)的連續(xù)供電。
光伏-儲能系統(tǒng)的獨(dú)立與互動(dòng)關(guān)系能夠?qū)崿F(xiàn)電能的高效利用和平穩(wěn)供應(yīng)。通過光伏組件和儲能裝置的互相補(bǔ)充和互相支持，系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，能源利用效率得到提高。這種集成方式也減少了對傳統(tǒng)能源的依賴，對可再生能源的利用具有積極的意義。
2光伏-儲能系統(tǒng)的系統(tǒng)集成與優(yōu)化設(shè)計(jì)
2.1光伏-儲能系統(tǒng)集成的關(guān)鍵技術(shù)分析
光伏-儲能系統(tǒng)的集成是將光伏發(fā)電系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)相互連接，并通過控制算法實(shí)現(xiàn)能量的高效轉(zhuǎn)化和利用。關(guān)鍵技術(shù)對于系統(tǒng)的性能和效率至關(guān)重要。
集成系統(tǒng)的電網(wǎng)連接技術(shù)是關(guān)鍵的一環(huán)。該技術(shù)包括逆變器的設(shè)計(jì)和控制，以及電網(wǎng)與系統(tǒng)之間的通信和協(xié)調(diào)。逆變器的設(shè)計(jì)需要滿足光伏發(fā)電系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)的要求，并保證系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。電網(wǎng)連接也需要考慮到雙向能量流動(dòng)和與電網(wǎng)的同步性。
能量管理和調(diào)度技術(shù)是系統(tǒng)集成的核心。能量管理技術(shù)通過協(xié)調(diào)光伏發(fā)電系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)之間的能量流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)能量的平衡，并最大限度地減少能量的浪費(fèi)和損失。調(diào)度技術(shù)則通過優(yōu)化算法和控制策略，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，并滿足用戶的能量需求。
智能控制和監(jiān)測技術(shù)也是系統(tǒng)集成中的重要組成部分。智能控制技術(shù)可以根據(jù)能量的需求和供應(yīng)情況，實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化配置。
監(jiān)測技術(shù)則可以實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和性能指標(biāo)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)措施。
2.2系統(tǒng)集成的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
系統(tǒng)集成的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法旨在提高系統(tǒng)的效率和性能，利用可再生能源，并降低能源成本。
需要進(jìn)行系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)。根據(jù)實(shí)際需求和資源情況，確定光伏發(fā)電系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)的規(guī)模和容量，并合理布局設(shè)備的位置和連接方式?？紤]系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和適應(yīng)性，以便在未來進(jìn)行系統(tǒng)的升級和擴(kuò)展。
優(yōu)化配置設(shè)計(jì)是系統(tǒng)集成的關(guān)鍵步驟。該步驟包括確定光伏組件的類型和布置，選擇適當(dāng)?shù)膬δ茉O(shè)備和調(diào)度控制算法，以及設(shè)計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行策略和模式。優(yōu)化配置設(shè)計(jì)需要綜合考慮能量供給和需求的平衡，系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性，以及經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性等因素。
對系統(tǒng)進(jìn)行模擬和分析是優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要手段。通過建立數(shù)學(xué)模型和仿真平臺，可以評估系統(tǒng)的性能和效果，并對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。模擬和分析可以考慮各種參數(shù)和因素的影響，提供系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化的指導(dǎo)意見。
2.3系統(tǒng)優(yōu)化配置設(shè)計(jì)與約束條件
系統(tǒng)優(yōu)化配置設(shè)計(jì)需要考慮到一系列約束條件，以確保系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。系統(tǒng)的規(guī)模和容量應(yīng)根據(jù)實(shí)際能源需求和供給情況進(jìn)行合理分配。光伏發(fā)電系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)的容量需
要與用戶的能量需求相匹配，避免系統(tǒng)過?；虿蛔愕膯栴}。系統(tǒng)的規(guī)模和容量也需要考慮到資源約束和環(huán)境影響等因素。
系統(tǒng)的成本和經(jīng)濟(jì)性是約束條件的重要考慮因素。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和配置應(yīng)盡量降低成本，并在經(jīng)濟(jì)效益和投資回報(bào)上達(dá)到。優(yōu)化配置設(shè)計(jì)需要綜合考慮設(shè)備采購成本、運(yùn)維成本和能源成本等方面的問題。
系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性也是約束條件的重要方面。優(yōu)化配置設(shè)計(jì)需要確保系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定，并避免能量供給不足或過剩的問題。系統(tǒng)的可靠性還需要考慮到設(shè)備壽命、故障率和維修保養(yǎng)等方面的因素。
光伏-儲能系統(tǒng)的系統(tǒng)集成與優(yōu)化設(shè)計(jì)需要綜合考慮關(guān)鍵技術(shù)、優(yōu)化方法和約束條件，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和能源利用。通過合理配置、智能控制和優(yōu)化算法等手段，可以提高系統(tǒng)的效率和性能，降低能源成本，并實(shí)現(xiàn)能源供需平衡與優(yōu)化。
3光伏-儲能系統(tǒng)集成的性能分析及應(yīng)用優(yōu)勢
3.1集成系統(tǒng)的電力平衡與系統(tǒng)運(yùn)行成本分析
光伏-儲能系統(tǒng)的集成能夠?qū)崿F(xiàn)電力的平衡，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。光伏發(fā)電系統(tǒng)在白天產(chǎn)生的電力可以直接供應(yīng)給負(fù)載，而多余的電力可以通過儲能系統(tǒng)進(jìn)行儲存，以供給夜間或低輻射時(shí)段的負(fù)載需求。光伏-儲能系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電力的平衡，減少對電網(wǎng)的依賴性，降低電力供應(yīng)的不確定性。
光伏-儲能系統(tǒng)集成的另一個(gè)重要方面是系統(tǒng)運(yùn)行成本的分析。光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行成本主要包括設(shè)備的安裝、運(yùn)維和維修等方面的費(fèi)用，而儲能系統(tǒng)的運(yùn)行成本則主要包括儲能設(shè)備的制造、安裝和維護(hù)等費(fèi)用。通過對光伏-儲能系統(tǒng)的性能分析，可以評估系統(tǒng)的運(yùn)行成本，并針對性地提出降低運(yùn)行成本的措施，如優(yōu)化設(shè)備的選型和配置，改進(jìn)運(yùn)維方式等。
3.2集成系統(tǒng)應(yīng)對電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)的性能分析
電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)是影響電力供應(yīng)穩(wěn)定性的重要因素。光伏-儲能系統(tǒng)的集成可以有效應(yīng)對電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)，提高系統(tǒng)的電力供應(yīng)可靠性。
光伏-儲能系統(tǒng)通過儲能設(shè)備的使用可以有效平衡電力的供需關(guān)系。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷過高或太低時(shí)，儲能系統(tǒng)可以根據(jù)電網(wǎng)的需求進(jìn)行電力的釋放或儲存，以調(diào)節(jié)電力的供應(yīng)和消耗，保持電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
另外，光伏-儲能系統(tǒng)還可以通過與電網(wǎng)進(jìn)行互動(dòng)實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)的應(yīng)對。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷過高時(shí)，光伏-儲能系統(tǒng)可以將多余的電力注入電網(wǎng)，從而減輕電網(wǎng)負(fù)荷；當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷不足時(shí)，光伏-儲能系統(tǒng)可以從電網(wǎng)獲取額外的電力供給負(fù)載。通過這種方式，光伏-儲能系統(tǒng)能夠與電網(wǎng)互相支撐，提高電網(wǎng)的應(yīng)對負(fù)荷波動(dòng)的能力。
3.3光伏-儲能系統(tǒng)集成的能源效率和經(jīng)濟(jì)性分析
光伏-儲能系統(tǒng)集成的能源效率是評估系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)之一。光伏發(fā)電系統(tǒng)的能源效率主要取決于光伏組件的轉(zhuǎn)換效率和光照強(qiáng)度，而儲能系統(tǒng)的能源效率則主要取決于儲能設(shè)備的充放電效率。通過對光伏-儲能系統(tǒng)的能源效率進(jìn)行分析，可以評估系統(tǒng)的能源利用效率，并采取措施提高系統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)換效率和利用率。
光伏-儲能系統(tǒng)集成的經(jīng)濟(jì)性分析是評估系統(tǒng)投資回報(bào)的重要依據(jù)。光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性主要包括系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行成本，而儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性則主要包括儲能設(shè)備的制造、安裝和運(yùn)維成本。通過對光伏-儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，可以評估系統(tǒng)投資的回報(bào)率和收益，為決策者提供合理的投資方案和運(yùn)行管理策略。
光伏-儲能系統(tǒng)集成還可以提供其他應(yīng)用優(yōu)勢，如減少碳排放、提高電力供應(yīng)的可持續(xù)性等方面。通過對光伏-儲能系統(tǒng)集成的性能分析，可以深入了解系統(tǒng)的優(yōu)勢和潛力，并為相關(guān)政策和戰(zhàn)略的制定提供依據(jù)。
在未來的研究中，還需要進(jìn)一步完善光伏-儲能系統(tǒng)的性能分析方法和模型，提高系統(tǒng)的性能和經(jīng)濟(jì)性。還需要針對不同地區(qū)和應(yīng)用場景，深入探討光伏-儲能系統(tǒng)集成的可行性和應(yīng)用前景，推動(dòng)光伏-儲能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。
4 Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)
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)的先進(jìn)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、儲能系統(tǒng)以及充電樁的接入，銓天候進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、風(fēng)能、儲能系統(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)
本方案遵循的國家標(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)范第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)基本平臺第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)范第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)范第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)第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)第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)第1部分：微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則
NB/T10149-2019微電網(wǎng)第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型號說明
4.5系統(tǒng)配置
4.5.1系統(tǒng)架構(gòu)
本平臺采用分層分布式結(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：
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。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、儲能荷電狀態(tài)]及發(fā)電單元與儲能單元運(yùn)行功率設(shè)置等。
系統(tǒng)應(yīng)可以對儲能系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲能系統(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儲能界面
圖4儲能系統(tǒng)界面
本界面主要用來展示本系統(tǒng)的儲能裝機(jī)容量、儲能當(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)前儲能電池的SOC信息。
圖12儲能電池簇運(yùn)行數(shù)據(jù)界面
本界面用來展示對電池簇信息，主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當(dāng)前電芯的Z大、Z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。
4.6.1.6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
4.6.1.7策略配置
系統(tǒng)應(yīng)可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、儲能系統(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
4.6.2運(yùn)行報(bào)表
應(yīng)能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備Z定時(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
4.6.3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
4.6.4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
4.6.5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B分B和正序/負(fù)序/零序電壓值、三相電流不平衡度B分B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存儲的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括均值、Z大值、Z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、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
4.6.6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
4.6.7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。
4.6.8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。[6]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
4.6.8.1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)洌ㄏ到y(tǒng)的組成內(nèi)容、電網(wǎng)連接方式、斷路器、表計(jì)等信息。4.6.8.2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，[6]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。
4.6.8.3用戶權(quán)限管理
應(yīng)具備設(shè)置用戶權(quán)限管理功能。[5]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）?？梢远x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。
4.6.8.4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，[6]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。
4.6.8.5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)，存儲事故掃描周期及事故后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Z定和隨意修改。
圖29事故追憶
5硬件及其配套產(chǎn)品
6結(jié)束語
本研究以光伏-儲能系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)為研究對象，首先對其獨(dú)立工作模式進(jìn)行了深入的分析，并且提出了一種新的系統(tǒng)集成方法，通過這種方法，可以提高系統(tǒng)的能源效率并實(shí)現(xiàn)供電的穩(wěn)定。同時(shí)，我們采用數(shù)學(xué)模型對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化配置設(shè)計(jì)，盡管在設(shè)計(jì)過程中遇到了多項(xiàng)約束，但通過科學(xué)合理的配置，成功實(shí)現(xiàn)了電功率平衡并降低了系統(tǒng)運(yùn)行成本。最后，實(shí)例分析表明，該光伏-儲能集成系統(tǒng)能有效應(yīng)對電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)，提高能源效率并減少系統(tǒng)成本。盡管該研究有一定的成果，但仍存在一些不完善的地方，例如集成優(yōu)化方法在復(fù)雜環(huán)境下的適用性等問題，需要在今后的研究中進(jìn)行深入探討。此外，為了盡可能地提高系統(tǒng)的能源效率和穩(wěn)定性，有必要研究新的光伏-儲能集成技術(shù)和策略，提供更全面、準(zhǔn)確的優(yōu)化配置方案。本研究的結(jié)果，一方面為光伏-儲能系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)，另一方面也為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了新的思路和指導(dǎo)。
參考文獻(xiàn)
[1]張樹清,趙洪祝.光伏-儲能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究新進(jìn)展[J].電源技術(shù),2020(11):1679-1685.
[2]馬飛,張南江,宋勛.光伏發(fā)電與儲能系統(tǒng)集成優(yōu)化研究[J].電源技術(shù),2021(2):300-306.
[3]李龍,劉正文,朱偉芹,黃泰宏,顧國龍,詹姆斯.城市供電系統(tǒng)中光伏與儲能集成設(shè)計(jì)[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2021(14):4323-4332.
[4]林燕,薄云龍,龐宏等.基于多目標(biāo)優(yōu)化模型的光伏儲能系統(tǒng)集成配置研究包[J].能源與環(huán)保,2021(6):24-28.
[5]楊明星,彭琳琳,張晨輝.光伏-儲能-需求響應(yīng)優(yōu)化集成體系研究新進(jìn)展[J].電源技術(shù),2021(9):1499-1508.
[6]熊國喜.光伏—儲能系統(tǒng)的集成研究
