.引言

隨著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(shè)備的裝機容量增長飛速。其中太陽能具有分布廣泛、受地理限制小，光伏發(fā)電建設(shè)周期短且污染少、噪聲小等特點而倍受重視。針對光伏發(fā)電波動性與間歇性等缺點，儲能技術(shù)與光伏發(fā)電技術(shù)的結(jié)合，可有效穩(wěn)定光伏出力，消納過剩光伏能源，提高系統(tǒng)電能質(zhì)量。能量管理系統(tǒng)介入，可對電網(wǎng)、光伏發(fā)電設(shè)備，儲能設(shè)備的能量流進行管控，從而提高系統(tǒng)運行可靠性及經(jīng)濟效益。本文設(shè)計了一種能量管理策略，當(dāng)光伏出力大于負載的需求，儲能系統(tǒng)充電對光伏剩余出力進行消納。當(dāng)光伏出力不足無法滿足負載需求，儲能系統(tǒng)向負載放電。通過儲能系統(tǒng)削峰填谷，可提高系統(tǒng)供電穩(wěn)定性，實現(xiàn)光儲充系統(tǒng)可靠運行。

1.光伏儲系統(tǒng)的組成

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

1.1 能量管理系統(tǒng)

能量管理系統(tǒng)主要負責(zé)光伏、儲能、充電樁、進線電表設(shè)備數(shù)據(jù)采集、顯示、存儲，同時根據(jù)光儲充系統(tǒng)需求 對能量進行協(xié)調(diào)管控，從而提高系統(tǒng)可靠性與經(jīng)濟性。

1.2 光伏系統(tǒng)

光伏系統(tǒng)主要由安裝在車棚屋頂光伏電池板與4臺 35kW組串式光伏逆變器構(gòu)成。光伏系統(tǒng)接入站內(nèi)400V母 線，光伏出力優(yōu)先滿足站內(nèi)負荷，出力富余則給儲能系統(tǒng)供電。

1.3 儲能系統(tǒng)

儲能系統(tǒng)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(gòu)成。儲能系統(tǒng)接入站內(nèi)400V母線，當(dāng)光伏出力富余，儲能系統(tǒng)對剩余出力進行消納，光伏出力不足無法滿足負載出力時，儲能系統(tǒng)放電補足出力。在夜間谷電價，儲能系統(tǒng)從電網(wǎng)購電，直至充滿。

1.4 充電樁系統(tǒng)

充電樁系統(tǒng)主要由6臺額定容量為7kW的交流單槍落地式充電樁構(gòu)成。充電樁系統(tǒng)可為帶直流電機的小型電動汽車進行充電，也是站內(nèi)負荷組成的一部分。充電樁系統(tǒng)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(tǒng)的工作原理

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

電能轉(zhuǎn)換：直流電經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，以便在電網(wǎng)中使用或供給交流設(shè)備。

電能儲存：剩余的電能可以儲存在電池或其他儲能設(shè)備中，以備將來使用。這是系統(tǒng)的能量存儲部分。

能量管理：系統(tǒng)的能量管理控制器監(jiān)控能源需求、電池狀態(tài)和其他參數(shù)，并根據(jù)需要分配電能。它確保在不可預(yù)測的太陽能供應(yīng)條件下，系統(tǒng)能夠提供連續(xù)可靠的電力供應(yīng)。

電網(wǎng)互連：如果系統(tǒng)與電網(wǎng)互連，多余的電能可以賣給電網(wǎng)，從而實現(xiàn)雙向電流。這有助于提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性和可持續(xù)性。

3.光儲充能量管理系統(tǒng)（EMS）結(jié)構(gòu)

光儲充系統(tǒng)分為三個部分：光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)和充電樁系統(tǒng)。三個系統(tǒng)通過AC400V母線49耦合，通過以太網(wǎng)與EMS進行通訊，由EMS協(xié)調(diào)控制各系統(tǒng)的運行策略。EMS可以通過網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)控數(shù)據(jù)傳送給遠方監(jiān)控系統(tǒng)和監(jiān)視大屏顯示系統(tǒng)[4]。光儲充系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示。

EMS是光儲充系統(tǒng)的核心組成部分，負責(zé)整個系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、能量管理調(diào)度和運行數(shù)據(jù)分析。為保證光儲充系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，EMS采用兩級分級控制體分為本地EMS和集控EMS，其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。

本地EMS可實現(xiàn)對儲能變流器（PCS）、電池管理系統(tǒng)（BMS）、光伏逆變器、充電樁和電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集，并根據(jù)峰谷電價、限電政策、應(yīng)急需求等不同的使用場景，制定和運行不同的能量管理策略。本地EMS通過向PCS發(fā)送有功、無功等控制指令控制PCS執(zhí)行相應(yīng)的動作，同時可以將監(jiān)測的光儲充系統(tǒng)實時運行狀態(tài)、系統(tǒng)內(nèi)各種設(shè)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(gòu)成。EMS工作站的主要功能是實時監(jiān)控光儲充系統(tǒng)的運行狀態(tài)，同時負責(zé)制定光儲充系統(tǒng)的運行模式；而EMS服務(wù)器的主要功能是儲存光儲充系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，可以提供歷史數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析等服務(wù)，是后期根據(jù)大數(shù)據(jù)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(tǒng)

4.1系統(tǒng)概述

安科瑞儲能能量管理系統(tǒng)Acrel-2000ES，專門針對工商業(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(jiān)控與管理功能,涵蓋了儲能系統(tǒng)設(shè)備(PCS、BMS、電表、消防、空調(diào)等)的詳細信息,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視化監(jiān)控、報警管理、統(tǒng)計報表等功能。在應(yīng)用上支持能量調(diào)度,具備計劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等控制功能。

4.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Acrel-2000ES，可通過直采或者通過通訊管理或串口服務(wù)器將儲能柜或者儲能集裝箱內(nèi)部的設(shè)備接入系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：

4.3系統(tǒng)功能

4.3.1實時監(jiān)測

系統(tǒng)人機界面友好，能夠顯示儲能柜的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測PCS、BMS以及環(huán)境參數(shù)信息，如電參量、溫度、濕度等。實時顯示有關(guān)故障、告警、收益等信息。

4.3.2設(shè)備監(jiān)控

系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測PCS、BMS、電表、空調(diào)、消防、除濕機等設(shè)備的運行狀態(tài)及運行模式。

PCS監(jiān)控：滿足儲能變流器的參數(shù)與限值設(shè)置；運行模式設(shè)置；實現(xiàn)儲能變流器交直流側(cè)電壓、電流、功率及充放電量參數(shù)的采集與展示；實現(xiàn)PCS通訊狀態(tài)、啟停狀態(tài)、開關(guān)狀態(tài)、異常告警等狀態(tài)監(jiān)測。

BMS監(jiān)控：滿足電池管理系統(tǒng)的參數(shù)與限值設(shè)置；實現(xiàn)儲能電池的電芯、電池簇的溫度、電壓、電流的監(jiān)測；實現(xiàn)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(diào)監(jiān)控：滿足環(huán)境溫度的監(jiān)測，可根據(jù)設(shè)置的閾值進行空調(diào)溫度的聯(lián)動調(diào)節(jié)，并實時監(jiān)測空調(diào)的運行狀態(tài)及溫濕度數(shù)據(jù)，以曲線形式進行展示。

UPS監(jiān)控：滿足UPS的運行狀態(tài)及相關(guān)電參量監(jiān)測。

4.3.3曲線報表

系統(tǒng)能夠?qū)CS充放電功率曲線、SOC變換曲線、及電壓、電流、溫度等歷史曲線的查詢與展示。

4.3.4策略配置

滿足儲能系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)的配置、電價參數(shù)與時段的設(shè)置、控制策略的選擇。目前支持的控制策略包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制等。

4.3.5實時報警

儲能能量管理系統(tǒng)具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)δ艹浞烹娫较?、溫度越限、設(shè)備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。

4.3.6事件查詢統(tǒng)計

儲能能量管理系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，溫濕度、電壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

4.3.7遙控操作

可以通過每個設(shè)備下面的紅色按鈕對PCS、風(fēng)機、除濕機、空調(diào)控制器、照明等設(shè)備進行相應(yīng)的控制，但是當(dāng)設(shè)備未通信上時，控制按鈕會顯示無效狀態(tài)。

4.3.8用戶權(quán)限管理

儲能能量管理系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設(shè)置了用戶權(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（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）?？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)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

本文根據(jù)閔行工業(yè)區(qū)智慧能源示范項目二號車棚光儲充系統(tǒng)自發(fā)自用，并網(wǎng)不上網(wǎng)的原則，設(shè)計一種能量管理策略，即白天消納光伏出力，當(dāng)光伏出力小于負荷時，儲能補足光伏出力，當(dāng)光伏出力大于負荷時，儲能消納光伏剩余出力。在夜間平電價，儲能持續(xù)給負載供電，若電量不足，則從電網(wǎng)購電。在夜間谷電價，儲能系統(tǒng)從電網(wǎng)購電，直至充滿。此策略經(jīng)過長時間運行，通過運行數(shù)據(jù)分析，已光儲充系統(tǒng)運行需求。