任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定201801

摘要：針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)單一運(yùn)行模式難以滿足光儲(chǔ)充電站多類技術(shù)需求的問題，提出一種考慮多模式融合的光儲(chǔ)充電站儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行策略。首先，分析光儲(chǔ)充電站儲(chǔ)能系統(tǒng)典型運(yùn)行模式，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行儲(chǔ)能系統(tǒng)多模式融合設(shè)計(jì)；其次，建立不同模式下光儲(chǔ)充電站儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行模型，進(jìn)一步提出多模式融合的光儲(chǔ)充電站儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行策略；*后，基于上海某光儲(chǔ)充電站24h運(yùn)行曲線，對(duì)所提策略進(jìn)行仿真與實(shí)驗(yàn)分析。結(jié)果表明：所提策略可降低光儲(chǔ)充電站并網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)能量平衡用電成本，提升光儲(chǔ)充電站運(yùn)行效益。

關(guān)鍵詞：光儲(chǔ)充電站；儲(chǔ)能系統(tǒng)；功率平滑；負(fù)荷整形；分時(shí)電價(jià)；多模式融合

0引言

隨著電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，人們對(duì)充電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃與建設(shè)提出了更高要求。與此同時(shí)，在“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略背景下，為應(yīng)對(duì)化石能源枯竭和環(huán)境污染問題，提升可再生能源發(fā)展和利用水平、實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展成為世界各國的目標(biāo)。光儲(chǔ)充電站作為兼具新能源消納、負(fù)荷波動(dòng)平抑和延緩輸電線路擴(kuò)容功能的新型充電服務(wù)設(shè)施，近年來得到了廣泛關(guān)注與研究。儲(chǔ)能系統(tǒng)具備雙向變功率的電能傳輸特性，是光儲(chǔ)充電站中*靈活的能量控制單元，因此儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行策略研究對(duì)提升光儲(chǔ)充電站綜合效益具有重要意義。

根據(jù)給定控制目標(biāo)，結(jié)合功率平衡關(guān)系得到被控對(duì)象的功率控制信號(hào)，使其在運(yùn)行時(shí)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行跟蹤，可有效解決上述問題。采用低通濾波、移動(dòng)平均濾波和高斯濾波等方法得到目標(biāo)并網(wǎng)功率值，對(duì)光儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行并網(wǎng)功率平滑控制，提高了光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能輸出質(zhì)量；提出一種電池儲(chǔ)能參與電網(wǎng)削峰填谷的變功率控制策略，通過設(shè)定峰谷閾值進(jìn)行并網(wǎng)負(fù)荷整形；結(jié)合分時(shí)電價(jià)確定儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電時(shí)刻，通過對(duì)儲(chǔ)能進(jìn)行“低儲(chǔ)高放”賺取峰谷電價(jià)差，提升了儲(chǔ)能電站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。綜上，根據(jù)不同控制目標(biāo)，儲(chǔ)能系統(tǒng)主要運(yùn)行模式可分為并網(wǎng)功率平滑、并網(wǎng)負(fù)荷整形和分時(shí)電價(jià)套利等。實(shí)際應(yīng)用中，光儲(chǔ)充電站儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行往往不能簡單從電網(wǎng)側(cè)功率調(diào)節(jié)或負(fù)荷側(cè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等單一方面考慮。

針對(duì)上述問題，本文提出一種考慮多模式融合的光儲(chǔ)充電站儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行策略。通過對(duì)光儲(chǔ)充電站儲(chǔ)能系統(tǒng)功率平滑、負(fù)荷整形和分時(shí)電價(jià)3種運(yùn)行模式進(jìn)行融合設(shè)計(jì)，建立光儲(chǔ)充電站儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化控制模型，得到兼具多種技術(shù)優(yōu)勢(shì)的儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行策略，并結(jié)合上海某光儲(chǔ)充電站運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真與實(shí)驗(yàn)分析，驗(yàn)證所提運(yùn)行策略的有效性。

1光儲(chǔ)充電站結(jié)構(gòu)及運(yùn)行模式

設(shè)計(jì)的光儲(chǔ)充電站結(jié)構(gòu)如圖1所示，相比于傳統(tǒng)電動(dòng)汽車充電站結(jié)構(gòu)，光儲(chǔ)充電站中配置有光伏電池組和儲(chǔ)能電池組。其中，光伏電池組經(jīng)DC/AC變換器連接至交流母線，作為光儲(chǔ)充電站的重要電力來源；儲(chǔ)能電池組通過DC/AC變換器與交流母線相連，用于平抑交流母線不平衡功率；能量管理系統(tǒng)通過監(jiān)測(cè)各能量單元的功率信息對(duì)各時(shí)刻光伏電池組、儲(chǔ)能電池組和電網(wǎng)的功率進(jìn)行調(diào)控，以滿足充電負(fù)荷需求。

考慮*大化新能源消納，光伏逆變器采用*大功率點(diǎn)跟蹤控制模式[19]，任意時(shí)刻t的光伏出力可視為不可控量，與電動(dòng)汽車充電負(fù)荷疊加為光儲(chǔ)充電站的等效負(fù)荷，即

式中：為等效負(fù)荷；為電動(dòng)汽車充電負(fù)荷；為光伏出力；為交流充電負(fù)荷；為直流充電負(fù)荷。

由式（3）可知，通過改變各時(shí)刻儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率，可優(yōu)化電網(wǎng)與光儲(chǔ)充電站間的功率傳輸。從電網(wǎng)運(yùn)行和光儲(chǔ)充電站運(yùn)營的角度出發(fā)，光儲(chǔ)充電站主要存在以下幾種運(yùn)行模式。

1）功率平滑模式。

功率平滑模式主要從電網(wǎng)運(yùn)行角度優(yōu)化光儲(chǔ)充電站并網(wǎng)負(fù)荷變化率，其具體方式是利用儲(chǔ)能系統(tǒng)雙向變功率輸出特性，通過調(diào)節(jié)各時(shí)刻儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電狀態(tài)及其功率大小，緩沖光伏發(fā)電與電動(dòng)汽車充電負(fù)荷的功率驟變，使光儲(chǔ)充電站并網(wǎng)負(fù)荷曲線趨于平滑，減小充電負(fù)荷對(duì)配電網(wǎng)的沖擊。

2）負(fù)荷整形模式。

負(fù)荷整形模式主要從電網(wǎng)運(yùn)行角度優(yōu)化光儲(chǔ)充電站并網(wǎng)負(fù)荷變化范圍，其具體方式是使儲(chǔ)能系統(tǒng)在等效負(fù)荷低于設(shè)定功率下限shi充電，高于設(shè)定功率上限shi放電，保證光儲(chǔ)充電站并網(wǎng)負(fù)荷穩(wěn)定在合理的上下限之間，延緩輸電線路擴(kuò)容。

3）分時(shí)電價(jià)模式。

分時(shí)電價(jià)模式主要從光儲(chǔ)充電站運(yùn)營角度對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電時(shí)段進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，其具體方式是利用儲(chǔ)能系統(tǒng)在谷電價(jià)時(shí)段充電、峰電價(jià)時(shí)段放電，以獲取峰谷差價(jià)利潤，提高光儲(chǔ)充電站運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

以上3種運(yùn)行模式均能從不同角度實(shí)現(xiàn)光儲(chǔ)充電站運(yùn)行優(yōu)化。如功率平滑模式和負(fù)荷整形模式分別從并網(wǎng)負(fù)荷變化率和變化范圍2個(gè)方面進(jìn)行了優(yōu)化，改善了光儲(chǔ)充電站并網(wǎng)負(fù)荷功率質(zhì)量；分時(shí)電價(jià)模式則利用峰谷電價(jià)差降低了光儲(chǔ)充電站購電成本，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。然而，光儲(chǔ)充電站實(shí)際運(yùn)行過程中需要兼顧電網(wǎng)側(cè)運(yùn)行的技術(shù)性指標(biāo)和充電站經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)[6]，因此須對(duì)以上3種運(yùn)行模式進(jìn)行融合設(shè)計(jì)。

2多模式融合的光儲(chǔ)充電站儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行策略

2.1多模式融合設(shè)計(jì)

功率平滑模式和負(fù)荷整形模式的主要控制目標(biāo)均為光儲(chǔ)充電站并網(wǎng)負(fù)荷功率，是不同技術(shù)指標(biāo)下2種并網(wǎng)負(fù)荷功率調(diào)節(jié)手段，具有較好的兼容性，可在完成功率平滑控制目標(biāo)的基礎(chǔ)上，同時(shí)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷整形控制要求。分時(shí)電價(jià)模式的儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率則主要取決于峰谷電價(jià)時(shí)段，與實(shí)際并網(wǎng)負(fù)荷功率的變化情況可能存在一定偏差，即峰電價(jià)時(shí)段不一定為實(shí)際負(fù)荷峰值時(shí)段，谷電價(jià)時(shí)段不一定為實(shí)際負(fù)荷谷值時(shí)段。因此，若簡單將3種運(yùn)行模式疊加，可能導(dǎo)致并網(wǎng)負(fù)荷功率“峰上加峰”的情況，不利于光儲(chǔ)充電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。此外，考慮工作周期內(nèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)參與并網(wǎng)負(fù)荷功率調(diào)節(jié)的充電量和放電量通常不相等，若不采取措施對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行能量平衡，將難以保證儲(chǔ)能系統(tǒng)長時(shí)間持續(xù)運(yùn)行。

為解決上述問題，提出一種多模式融合的儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行策略，主要思路如下。

1）根據(jù)各時(shí)刻光伏出力和充電負(fù)荷數(shù)據(jù)，得到各時(shí)刻光儲(chǔ)充電站原始并網(wǎng)負(fù)荷功率，即各時(shí)刻等效負(fù)荷功率，構(gòu)成等效負(fù)荷功率序列。

2）對(duì)等效負(fù)荷功率序列進(jìn)行功率平滑處理，得到功率平滑處理后的并網(wǎng)負(fù)荷功率序列，在此基礎(chǔ)上對(duì)所得序列進(jìn)行負(fù)荷整形處理，進(jìn)一步得到負(fù)荷整形處理后的并網(wǎng)負(fù)荷功率序列。

3）計(jì)算負(fù)荷整形處理后的并網(wǎng)負(fù)荷功率序列與等效負(fù)荷功率序列之間的能量差，基于“低儲(chǔ)高放”的分時(shí)電價(jià)模式，對(duì)上述能量差進(jìn)行平衡。因此，光儲(chǔ)充電站多模式融合運(yùn)行目標(biāo)主要由2個(gè)部分構(gòu)成。從并網(wǎng)功率優(yōu)化角度，對(duì)功率平滑模式和負(fù)荷整形模式進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)光儲(chǔ)充電站并網(wǎng)負(fù)荷曲線的優(yōu)化調(diào)節(jié)；結(jié)合光儲(chǔ)充電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求，利用分時(shí)電價(jià)模式進(jìn)一步解決融合運(yùn)行帶來的儲(chǔ)能系統(tǒng)能量不平衡問題。

3仿真分析

3.1數(shù)據(jù)來源

選取圖3所示上海某光儲(chǔ)充電站24h運(yùn)行曲線進(jìn)行仿真分析。該光儲(chǔ)充電站具體配置參數(shù)如

表2所示，其功率采樣時(shí)間間隔Δt=1min。

3.2仿真結(jié)果與分析

3.2.1仿真結(jié)果

設(shè)定滑動(dòng)系數(shù)N=15，并網(wǎng)負(fù)荷上、下限分別為變壓器額定功率的75%和1%，可得到光儲(chǔ)充電站儲(chǔ)能系統(tǒng)待平衡能量為−7.65kW·h，即能量平衡前儲(chǔ)能系統(tǒng)24h放電量比充電量多7.65kW·h，因此須增大儲(chǔ)能系統(tǒng)充電量。根據(jù)上海市*新分時(shí)電價(jià)政策，08:00—11:00、18:00—21:00為峰時(shí)段；06:00—08:00、11:00—18:00、21:00—22:00為平時(shí)段；22:00至次日06:00為谷時(shí)段。結(jié)合圖3可知，光儲(chǔ)充電站在00:00—06:00負(fù)荷較低，且處于谷電價(jià)時(shí)段，宜在此階段增大儲(chǔ)能系統(tǒng)充電功率，進(jìn)行儲(chǔ)能系統(tǒng)能量平衡。因此，設(shè)定00:00—06:00為能量平衡時(shí)段，即T1=00:00，T2=06:00。基于以上設(shè)定，可得到所提策略下儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率曲線及SOC變化曲線，如圖4所示。

基于上述儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行方案，可得到儲(chǔ)能工作前后光儲(chǔ)充電站并網(wǎng)負(fù)荷曲線對(duì)比，如圖5所示。其中，儲(chǔ)能工作前曲線為光儲(chǔ)充電站原始并網(wǎng)負(fù)荷曲線（即光儲(chǔ)充電站等效負(fù)荷曲線），儲(chǔ)能工作后曲線為所提策略下光儲(chǔ)充電站并網(wǎng)負(fù)荷曲線。由圖5可知，所提策略可有效實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)點(diǎn)功率平滑和負(fù)荷整形，降低光儲(chǔ)充電站并網(wǎng)點(diǎn)功率變化率和變化范圍，減小光充電站負(fù)荷波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)造成的沖擊。

4 Acrel-2000MG充電站微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

4.1平臺(tái)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(chǔ)能系統(tǒng)以及充電站的接入，*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)、充電站運(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(jí)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平臺(tái)適用場(chǎng)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。

4.3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

5充電站微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)解決方案

5.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

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(cè)光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能、充電站等各回路電壓、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：相電壓、線電壓、三相電流、有功/無功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率、有功/無功電度、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(duì)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(duì)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、充電站及總體負(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1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、充電站信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計(jì)列表等。

5.1.1光伏界面

圖2光伏系統(tǒng)界面

本界面用來展示對(duì)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(cè)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(cè)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(cè)、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對(duì)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。

5.1.2儲(chǔ)能界面

圖3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4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(duì)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5儲(chǔ)能系統(tǒng)BMS參數(shù)設(shè)置界面

本界面用來展示對(duì)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6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(duì)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7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(duì)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(duì)交流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

圖8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(duì)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(duì)直流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

圖9儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面

本界面用來展示對(duì)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10儲(chǔ)能電池狀態(tài)界面

本界面用來展示對(duì)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11儲(chǔ)能電池簇運(yùn)行數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對(duì)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)前電芯的電壓、溫度值及所對(duì)應(yīng)的位置。

5.1.3風(fēng)電界面

圖12風(fēng)電系統(tǒng)界面

本界面用來展示對(duì)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(cè)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(cè)、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對(duì)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。

5.1.4充電站界面

圖13充電站界面

本界面用來展示對(duì)充電站系統(tǒng)信息，主要包括充電站用電總功率、交直流充電站的功率、電量、電量費(fèi)用，變化曲線、各個(gè)充電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)等。

5.1.5視頻監(jiān)控界面

圖14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。

5.1.6發(fā)電預(yù)測(cè)

系統(tǒng)應(yīng)可以通過歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、未來天氣預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)分布式發(fā)電進(jìn)行短期、超短期發(fā)電功率預(yù)測(cè)，并展示合格率及誤差分析。根據(jù)功率預(yù)測(cè)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(duì)該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。

圖15光伏預(yù)測(cè)界面

5.1.7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、防逆流、有序充電、動(dòng)態(tài)擴(kuò)容等。

具體策略根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況（如儲(chǔ)能柜數(shù)量、負(fù)載功率、光伏系統(tǒng)能力等）進(jìn)行接口適配和策略調(diào)整，同時(shí)支持定制化需求。

圖16策略配置界面

5.1.8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、尖峰平谷時(shí)段電量等。

圖17運(yùn)行報(bào)表

5.1.9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18實(shí)時(shí)告警

5.1.10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(duì)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19歷史事件查詢

5.1.11電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

應(yīng)可以對(duì)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(cè)，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(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度*和正序/負(fù)序/零序電壓值、三相電流不平衡度*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(cè)：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、*值、*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20微電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量界面

5.1.12遙控功能

應(yīng)可以對(duì)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21遙控功能

5.1.13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22曲線查詢

5.1.14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)的發(fā)電、用電、充放電情況，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(duì)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(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能、收益等分析；具備對(duì)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(duì)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23統(tǒng)計(jì)報(bào)表

5.1.15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24微電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣缑?/p>

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。

5.1.16通信管理

可以對(duì)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(cè)。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25通信管理

5.1.17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）?？梢远x不同級(jí)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26用戶權(quán)限

5.1.18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(duì)這些電氣量的分析、比較，對(duì)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27故障錄波

5.1.19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(cè)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qian10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)可由用戶隨意修改。

6結(jié)束語

本文針對(duì)光儲(chǔ)充電站儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行問題進(jìn)行了研究，對(duì)功率平滑、負(fù)荷整形和分時(shí)電價(jià)3種運(yùn)行模式進(jìn)行了融合設(shè)計(jì)，得出以下結(jié)論。

1）所提策略可使光儲(chǔ)充電站負(fù)荷波動(dòng)率降低為原來的22.4%，同時(shí)將光儲(chǔ)充電站負(fù)荷變化范圍限制于變壓器額定功率的1%~75%，能夠從負(fù)荷波動(dòng)率和波動(dòng)范圍2個(gè)方面改善光儲(chǔ)充電站并網(wǎng)負(fù)荷曲線，降低光儲(chǔ)充電站負(fù)荷波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量造成的不利影響，延長變壓器運(yùn)行壽命。

2）所提策略下光儲(chǔ)充電站儲(chǔ)能系統(tǒng)24h充放電量相等，能夠克服因并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)導(dǎo)致的儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電量失衡問題，提升儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

3）所提策略利用谷電價(jià)時(shí)段對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)能量平衡，總購電成本相比原始狀態(tài)降低了0.69%，同時(shí)還可兼顧實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)功率平滑、并網(wǎng)負(fù)荷整形、儲(chǔ)能系統(tǒng)能量平衡等技術(shù)效果，能夠提升光儲(chǔ)充電站的綜合運(yùn)行性能。

4）實(shí)驗(yàn)表明，所提策略下儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)際交流側(cè)功率能夠較好地跟蹤其功率給定值，具備可行性。本研究將儲(chǔ)能系統(tǒng)視為整體，與光儲(chǔ)充電站中其他能量單元進(jìn)行功率的優(yōu)化分配。事實(shí)上，隨著電池儲(chǔ)能系統(tǒng)壽命周期的不斷增長，其內(nèi)部各儲(chǔ)能單元將呈現(xiàn)出一定的個(gè)體差異性，因此基于論文所提策略框架下的儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部功率分配問題將是下一步研究重點(diǎn)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】蔡海青，代偉,趙靜怡,等.基于多參數(shù)規(guī)劃的電動(dòng)汽車充電站有效容量評(píng)估方法[J].中國電力,2022,55(11):175–183.

【2】畢悅，方思瑞，于舒祺.含光伏并網(wǎng)的弱交流系統(tǒng)低頻振蕩協(xié)調(diào)控制策略[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào),2021,36(4):59–65

【3】時(shí)珊珊，魏新遲，張宇，王育飛，方陳，王皓靖.考慮多模式融合的光儲(chǔ)充電站儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行策略.

【4】安科瑞高校綜合能效解決方案2022.5版.

【5】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.

作者簡介

任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。