淺談光伏儲能耦參與調(diào)峰的運行優(yōu)化策略

程瑜

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要：本文主要研究了“光伏-儲能”耦合參與調(diào)峰的配電網(wǎng)運行優(yōu)化配置問題。隨著光伏發(fā)電在配電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用，如何有效利用光伏發(fā)電并解決其隨機性和間歇性問題成為了關(guān)鍵。通過引入儲能系統(tǒng)，可以實現(xiàn)光伏發(fā)電與儲能的優(yōu)化配置，提高配電網(wǎng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。首先分析了“光伏-儲能”型配電網(wǎng)的供能關(guān)系，然后確定配電網(wǎng)耦合調(diào)峰作用的實施效果，調(diào)節(jié)相關(guān)電力儲能設(shè)備，實現(xiàn)對“光伏-儲能”配電網(wǎng)的運行優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：光伏-儲能；耦合調(diào)峰；配電網(wǎng)；運行配置

0引言

隨著可再生能源的快速發(fā)展，光伏發(fā)電在配電網(wǎng)中的地位日益重要。然而，光伏發(fā)電的隨機性和間歇性給電網(wǎng)的穩(wěn)定運行帶來了挑戰(zhàn)。儲能技術(shù)作為一種有效的調(diào)節(jié)手段，可以彌補光伏發(fā)電的不足，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。因此，研究“光伏-儲能” 耦合參與調(diào)峰的配電網(wǎng)運行優(yōu)化配置具有重要的現(xiàn)實意義和理論價值。本文旨在探討如何通過優(yōu)化配置光伏和儲能系統(tǒng)，實現(xiàn)配電網(wǎng)的穩(wěn)定運行和有效調(diào)度。通過合理的“光伏-儲能”耦合配置，有望解決光伏發(fā)電并網(wǎng)帶來的技術(shù)難題，提高配電網(wǎng)的供電可靠性和經(jīng)濟性。此外，該研究還可為未來智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展提供有益的參考。

1“光伏-儲能”型配電網(wǎng)的供能關(guān)系分析

光伏發(fā)電的特性決定了其輸出的電能與日照強度密切相關(guān)。在光照充足的情況下，光伏發(fā)電能夠為電網(wǎng)提供大量的電能；而在陰雨天或夜晚，其輸出將大幅降低，甚至為零。這種不穩(wěn)定性給電網(wǎng)的運行帶來了困擾。而儲能系統(tǒng)則能很好地彌補這一缺陷。儲能系統(tǒng)的主要功能在于存儲電能，并在需要時釋放，以平衡電網(wǎng)負荷、提高能源利用效率。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，儲能系統(tǒng)可以在光照充足時存儲多余的電能，然后在光照不足或電力需求高峰時釋放這些電能，從而確保電力系統(tǒng)的連續(xù)、穩(wěn)定供電。這種功能特性使得儲能系統(tǒng)成為光伏發(fā)電系統(tǒng)不可或缺的組成部分。

在供能關(guān)系上，光伏發(fā)電和儲能系統(tǒng)形成了緊密的互補關(guān)系。一方面，光伏發(fā)電為儲能系統(tǒng)提供了的電能，使得儲能系統(tǒng)能夠不斷積累能量，以備不時之需。另一方面，儲能系統(tǒng)則通過存儲和釋放電能，平衡了光伏發(fā)電系統(tǒng)的不穩(wěn)定輸出， 使得整個電力系統(tǒng)能夠更加穩(wěn)定、可靠地運行。此外，兩者的供能關(guān)系還體現(xiàn)在提高能源利用效率方面。由于光伏發(fā)電受天氣條件影響較大，有時會出現(xiàn)電力過剩或不足的情況。通過儲能系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，可以將過剩的電能存儲起來，在需要時再釋放出來，從而避免了電能的浪費。同時，儲能系統(tǒng)還可以根據(jù)電力需求的變化智能調(diào)度電能的存儲與釋放，使得整個電力系統(tǒng)的運行更加有效、經(jīng)濟。除了互補性和提高能源利用效率外，光伏發(fā)電和儲能系統(tǒng)在供能關(guān)系上還具有其他優(yōu)勢。例如， 它們可以為偏遠地區(qū)提供電力供應(yīng)。由于偏遠地區(qū)往往缺乏穩(wěn)定的電力供應(yīng)來源，傳統(tǒng)的電網(wǎng)建設(shè)成本高昂且難以覆蓋。而光伏發(fā)電和儲能系統(tǒng)則可以通過組合成一個獨立的離網(wǎng)系統(tǒng)，為這些地區(qū)提供穩(wěn)定、可靠的電力供應(yīng)，推動當?shù)氐慕?jīng)濟和社會發(fā)展。

然而，當前光伏發(fā)電和儲能系統(tǒng)的發(fā)展仍面臨一些挑戰(zhàn)和問題。例如，儲能技術(shù)的成本、壽命和安全性等方面仍需進一步改進和提升；同時，如何更好地整合和優(yōu)化光伏發(fā)電和儲能系統(tǒng)的運行和管理，提高其整體效率和穩(wěn)定性，也是需要不斷探索和研究的問題。為了實現(xiàn)“光伏-儲能”型配電網(wǎng)的優(yōu)化配置，需要綜合考慮光伏發(fā)電的特性、儲能技術(shù)的特點以及電網(wǎng)的運行需求。通過合理的配置，可以降低電網(wǎng)的運行成本，提高可再生能源的利用率，并保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

2配電網(wǎng)的耦合調(diào)峰作用效果

配電網(wǎng)的耦合調(diào)峰作用效果主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）有效解決峰谷負荷差問題：通過電力調(diào)峰，根據(jù)電力供需情況靈活調(diào)整電力的生產(chǎn)和消費，可以平衡電力系統(tǒng)的供需關(guān)系，有效解決電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的峰谷負荷差異問題，維持電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

（2）提升電力供應(yīng)可靠性：電力調(diào)峰作為一種靈活的電力管理手段，能合理調(diào)配電力資源，確保供電能夠滿足峰值需求，同時避免資源的浪費。

（3）應(yīng)對新能源并網(wǎng)帶來的挑戰(zhàn)：隨著新能源的大規(guī)模并網(wǎng)，電力系統(tǒng)的調(diào)度運行面臨著更大的挑戰(zhàn)。通過電力調(diào)峰，可以充分利用可再生能源的特性，提高新能源的消納率，降低其對傳統(tǒng)電網(wǎng)的沖擊。

（4）提升配電系統(tǒng)的經(jīng)濟性：通過優(yōu)化配置分布式能源、儲能裝置和各類負荷間的互動，可以降低配電系統(tǒng)的運行成本，提高其經(jīng)濟性[3]。同時，利用儲能電站進行調(diào)峰，能在負荷低谷時儲存電能，在負荷高峰時釋放電能，有助于緩解高峰期的電力供需缺口。

總的來說，配電網(wǎng)的耦合調(diào)峰作用效果對于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行、能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及環(huán)保節(jié)能等方面都具有積極的意義。然而，實現(xiàn)這些效果需要依賴調(diào)度控制技術(shù)、負荷預(yù)測以及完善的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施等條件。因此，在實際應(yīng)用中，需要綜合考慮各種因素，制定合理的調(diào)峰策略，以充分發(fā)揮配電網(wǎng)的耦合調(diào)峰作用。

3“光伏-儲能”配電網(wǎng)的運行優(yōu)化

“光伏-儲能”配電網(wǎng)的運行優(yōu)化，是一項較為復(fù)雜的儲能量耦合調(diào)峰行為，需注意負荷模型、光伏特性、儲能技術(shù)、優(yōu)化算法和智能調(diào)度等多方面問題。

為了解決上述問題，實現(xiàn)光伏儲能配電網(wǎng)運行優(yōu)化，一般需要引入儲能系統(tǒng)來平滑光伏發(fā)電的輸出功率。儲能系統(tǒng)可以在光照充足時存儲多余的電能，在光照不足或電力需求高峰時釋放電能，從而平衡電網(wǎng)負荷，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外，儲能系統(tǒng)還可用于應(yīng)對突發(fā)事件或電力短缺情況，確保電力系統(tǒng)的連續(xù)供電。

在光伏與儲能系統(tǒng)的協(xié)同作用下，配電網(wǎng)的運行優(yōu)化策略如下：

（1）電壓管理：通過合理地配置和管理光伏與儲能系統(tǒng)，可以有效地控制配電網(wǎng)的電壓水平。當光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率過高時，儲能系統(tǒng)可以吸收多余的電能，降低電網(wǎng)電壓；當電力需求高峰時，儲能系統(tǒng)可以釋放電能，提高電網(wǎng)電壓。這樣可以確保電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性和可靠性，減少因電壓波動引起的設(shè)備損壞和停電事故。

（2）功率平衡：光伏與儲能系統(tǒng)的引入使得配電網(wǎng)的功率平衡更加靈活和可控。通過實時監(jiān)測和調(diào)整光伏系統(tǒng)的輸出功率和儲能系統(tǒng)的充放電狀態(tài)，可以確保電網(wǎng)的功率平衡，避免電力短缺或過剩的情況發(fā)生。

（3）能源利用效率：通過優(yōu)化光伏與儲能系統(tǒng)的運行策略，可以提高能源利用效率。例如，可以根據(jù)天氣預(yù)報和電力需求預(yù)測，提前調(diào)整儲能系統(tǒng)的充放電計劃，以有效地利用可再生能源。此外，還可以通過優(yōu)化配電網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)和設(shè)備選型，降低電能傳輸和轉(zhuǎn)換過程中的損耗。

（4）智能化管理：隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，配電網(wǎng)的智能化管理水平不斷提高。通過實時監(jiān)測和分析光伏與儲能系統(tǒng)的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，可以及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題，提高配電網(wǎng)的安全性和可靠性。同時，還可以利用這些數(shù)據(jù)優(yōu)化配電網(wǎng)的運行策略，提高電力系統(tǒng)的整體性能。

4 安科瑞 Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

4.1概述

Acrel-2000MG 儲能能量管理系統(tǒng)是安科瑞專門針對工商業(yè)儲能 電站研制的本地化能量管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)了儲能電站的數(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、策略管理、歷史曲線等功能。其中策略管理，支持多種控制策 略選擇，包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等。該系統(tǒng)不 僅可以實現(xiàn)下級各儲能單元的統(tǒng)一監(jiān)控和管理，還可以實現(xiàn)與上級調(diào) 度系統(tǒng)和云平臺的數(shù)據(jù)通訊與交互，既能接受上級調(diào)度指令，又可以 滿足遠程監(jiān)控與運維，確保儲能系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟運行。

4.2應(yīng)用場景

適用于工商業(yè)儲能電站、新能源配儲電站。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4系統(tǒng)功能

（1）實時監(jiān)管

對微電網(wǎng)的運行進行實時監(jiān)管，包含市電、光伏、風(fēng)電、儲能、充電樁及用電負荷，同時也包括收益數(shù)據(jù)、天氣狀況、節(jié)能減排等信息。

（2）智能監(jiān)控

對系統(tǒng)環(huán)境、光伏組件、光伏逆變器、風(fēng)電控制逆變一體機、儲能電池、儲能變流器、用電設(shè)備等進行實時監(jiān)測，掌握微電網(wǎng)系統(tǒng)的運行狀況。

（3）功率預(yù)測

對分布式發(fā)電系統(tǒng)進行短期、超短期發(fā)電功率預(yù)測，并展示合格率及誤差分析。

（4）電能質(zhì)量

實現(xiàn)整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進行持續(xù)性的監(jiān)測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態(tài)數(shù)據(jù)進行監(jiān)測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進行監(jiān)測。

（5）可視化運行

實現(xiàn)微電網(wǎng)無人值守，實現(xiàn)數(shù)字化、智能化、便捷化管理;對重要負荷與設(shè)備進行不間斷監(jiān)控。

（6）優(yōu)化控制

通過分析歷史用電數(shù)據(jù)、天氣條件對負荷進行功率預(yù)測，并結(jié)合分布式電源出力與儲能狀態(tài)，實現(xiàn)經(jīng)濟優(yōu)化調(diào)度，以降低尖峰或者高峰時刻的用電量，降低企業(yè)綜合用電成本。

（7）收益分析

用戶可以查看光伏、儲能、充電樁三部分的每天電量和收益數(shù)據(jù)，同時可以切換年報查看每個月的電量和收益。

（8）能源分析

通過分析光伏、風(fēng)電、儲能設(shè)備的發(fā)電效率、轉(zhuǎn)化效率，用于評估設(shè)備性能與狀態(tài)。

（9）策略配置

微電網(wǎng)配置主要對微電網(wǎng)系統(tǒng)組成、基礎(chǔ)參數(shù)、運行策略及統(tǒng)計值進行設(shè)置。其中策略包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制、新能源消納、逆功率控制等。

5硬件及其配套產(chǎn)品

	內(nèi)部設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，由通信管理機、工業(yè)平板電腦、串口服務(wù)器、遙信模塊及相關(guān)通信輔件組成。 數(shù)據(jù)采集、上傳及轉(zhuǎn)發(fā)至服務(wù)器及協(xié)同控制裝置 策略控制:計劃曲線、需量控制、削峰填谷、備用電源等
2	顯示器	25.1英寸液晶顯示器		系統(tǒng)軟件顯示載體
3	UPS電源	UPS2000-A-2-KTTS		為監(jiān)控主機提供后備電源
4	打印機	HP108AA4		用以打印操作記錄，參數(shù)修改記錄、參數(shù)越限、復(fù)限，系統(tǒng)事故，設(shè)備故障，保護運行等記錄，以召喚打印為主要方式
5	音箱	R19U		播放報警事件信息
6	工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機	D-LINKDES-1016A16		提供 16 口百兆工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機解決了通信實時性、網(wǎng)絡(luò)安全性、本質(zhì)安全與安全防爆技術(shù)等技術(shù)問題
7	GPS時鐘	ATS1200GB		利用 gps 同步衛(wèi)星信號，接收 1pps 和串口時間信息，將本地的時鐘和 gps 衛(wèi)星上面的時間進行同步
8	交流計量電表	AMC96L-E4/KC		電力參數(shù)測量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率,頻率、功率因數(shù)等)、復(fù)費率電能計量、 四象限電能計量、諧波分析以及電能監(jiān)測和考核管理。多種外圍接口功能:帶有RS485/MODBUS-RTU 協(xié)議:帶開關(guān)量輸入和繼電器輸出可實現(xiàn)斷路器開關(guān)的"遜信“和“遙控”的功能
9	直流計量電表	PZ96L-DE		可測量直流系統(tǒng)中的電壓、電流、功率、正向與反向電能?？蓭?RS485 通訊接口、模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、開關(guān)量輸入/輸出等功能
10	電能質(zhì)量監(jiān)測	APView500		實時監(jiān)測電壓偏差、頻率俯差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、諾波等電能質(zhì)量，記錄各類電能質(zhì)量事件,定位擾動源。
11	防孤島裝置	AM5SE-IS		防孤島保護裝置，當外部電網(wǎng)停電后斷開和電網(wǎng)連接
12	箱變測控裝置	AM6-PWC		置針對光伏、風(fēng)能、儲能升壓變不同要求研發(fā)的集保護，測控，通訊一體化裝置，具備保護、通信管理機功能、環(huán)網(wǎng)交換機功能的測控裝置
13	通信管理機	ANet-2E851		能夠根據(jù)不同的采集規(guī)的進行水表、氣表、電表、微機保護等設(shè)備終端的數(shù)據(jù)果集匯總: 提供規(guī)約轉(zhuǎn)換、透明轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)加密壓縮、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、邊緣計算等多項功能:實時多任務(wù)并行處理數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，可多鏈路上送平臺據(jù):
14	串口服務(wù)器	Aport		功能:轉(zhuǎn)換“輔助系統(tǒng)"的狀態(tài)數(shù)據(jù)，反饋到能量管理系統(tǒng)中。 1)空調(diào)的開關(guān)，調(diào)溫，及完全斷電(二次開關(guān)實現(xiàn)) 2)上傳配電柜各個空開信號 3)上傳 UPS 內(nèi)部電量信息等 4)接入電表、BSMU 等設(shè)備
15	遙信模塊	ARTU-K16		1)反饋各個設(shè)備狀態(tài)，將相關(guān)數(shù)據(jù)到串口服務(wù)器: 讀消防 VO信號，并轉(zhuǎn)發(fā)給到上層(關(guān)機、事件上報等) 2)采集水浸傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā)3)給到上層(水浸信號事件上報) 4)讀取門禁程傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā)

6結(jié)論與展望

在能源需求日益增長和可再生能源蓬勃發(fā)展的背景下，光伏發(fā)電和儲能技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用成為了研究的熱點。本文詳細探討了“光伏-儲能” 耦合參與調(diào)峰的配電網(wǎng)運行優(yōu)化配置，為解決光伏發(fā)電并網(wǎng)帶來的技術(shù)難題提供了有效的思路。

通過深入分析光伏發(fā)電的特性和儲能技術(shù)的原理，本文得出了“光伏-儲能”耦合在配電網(wǎng)中能夠提高供電可靠性和經(jīng)濟性的結(jié)論。在理論分析和仿真實驗的基礎(chǔ)上，本文提出了多種優(yōu)化配置方案，為實際應(yīng)用提供了重要的參考。

然而，光伏發(fā)電和儲能技術(shù)的實際應(yīng)用還面臨許多挑戰(zhàn)。因此，未來的研究需要繼續(xù)深入探討這些關(guān)鍵問題，以期推動“光伏-儲能”耦合技術(shù)在配電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用。

參考文獻

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審核編輯 黃宇