光伏儲能電能計量系統(tǒng)在企業(yè)自建電網(wǎng)中的應(yīng)用

摘要

隨著全球能源危機(jī)與“雙碳”政策的推進(jìn)，企業(yè)對低碳用電需求日益增長。微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)通過整合光伏、儲能和負(fù)載管理，成為工商業(yè)儲能電站發(fā)展的重要技術(shù)方向。本文基于微電網(wǎng)技術(shù)及其典型應(yīng)用案例，探討光伏能量管理系統(tǒng)在工商業(yè)儲能電站中的優(yōu)化策略與經(jīng)濟(jì)價值。

1. 引言

隨著新能源的普及，光伏發(fā)電成為綠色能源的重要來源。然而，其發(fā)電受制于天氣、晝夜等自然條件，具有間歇性和波動性。這一特性對工商業(yè)用戶的可靠供電及用電成本提出了挑戰(zhàn)。微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)通過整合光伏、儲能與負(fù)載管理，為利用光伏發(fā)電提供了解決方案。

2.背景與需求

3.企業(yè)的需求與痛點(diǎn)

4.儲能電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的應(yīng)用場景

4.1微電網(wǎng)系統(tǒng)：

由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)。

4.2分類

并網(wǎng)型：既可以與外部電網(wǎng)連接運(yùn)行，也支持離網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，以并網(wǎng)為主。

離網(wǎng)型：不與外部電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)電能自發(fā)自用，功率平衡微電網(wǎng)。

4.3微電網(wǎng)——風(fēng)電

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為交流電能，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的幅值、頻率均不穩(wěn)定的交流電，經(jīng)過控制器整流成直流電后輸出給逆變電源，由逆變電源轉(zhuǎn)換成幅值、頻率均穩(wěn)定的交流電，經(jīng)過電度表計量后，直接饋入直流電逆變?yōu)?AC380V、50Hz的三相交流電

4.3.1 風(fēng)力機(jī)組部分：捕獲風(fēng)能并將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為交變電能；包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、塔架、地基、線纜等。

4.3.2 并網(wǎng)控制部分： 控制風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的安全正常運(yùn)行，內(nèi)置整流模塊輸出直流電能，并對輸出值電壓進(jìn)行限制，保護(hù)后端逆變器；包括并網(wǎng)控制器、泄荷器、線纜等。

4.3.3 逆變部分：將控制器輸出的直流電逆變成交流電并將能量饋入電網(wǎng)，帶升壓變隔離；包括并網(wǎng)逆變器、線纜等。

4.3.4 卸荷部分：實現(xiàn)智能控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行剎車停機(jī)，確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)在異常工況下的安全。

4.4微電網(wǎng)——儲能

電化學(xué)儲能系統(tǒng)主要由電池組、儲能變流器（PCS）、電池管理系統(tǒng)（BMS）、能量管理系統(tǒng)（EMS）以及其他電氣設(shè)備構(gòu)成。

電池組是儲能系統(tǒng)主要的構(gòu)成部分；

電池管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)電池的監(jiān)測、評估、保護(hù)以及均衡等；

儲能變流器可以控制儲能電池組的充電和放電過程，進(jìn)行交直流的變換。

能量管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和能量調(diào)度等；

電池系統(tǒng)是儲能系統(tǒng)實現(xiàn)電能存儲和釋放主要載體，通過電池單體的串/并聯(lián)可實現(xiàn)電池系統(tǒng)容量的擴(kuò)大，即大容量電池系統(tǒng)。其成組方式：先由多個電池單體經(jīng)串/并聯(lián)后形成電池模塊（BatteryModule，BM），再將多個電池模塊串聯(lián)成電池串，再由多個電池串經(jīng)并聯(lián)而成。

主要功能：

一是兩種不同工作模式下（并/離網(wǎng)模式）對電池系統(tǒng)的充放電功能，并實現(xiàn)兩種工作模式的切換；

二是通過控制策略為系統(tǒng)提供雙向可控的有功、無功功率，實現(xiàn)系統(tǒng)有功、無功功率平衡；

三是通過相關(guān)控制策略實現(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)用功能，如黑啟動、削峰填谷、功率平滑、低電壓穿越等；

四是根據(jù)PCS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如單AC/DC、雙AC/DC+DC/DC、單并聯(lián)、雙并聯(lián)、聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)等），通過相關(guān)控制策略實現(xiàn)對電池系統(tǒng)電壓和荷電狀態(tài)的均衡管理等

電池管理系統(tǒng)包含儲能電池監(jiān)控和電池管理系統(tǒng)兩大部分，每套系統(tǒng)包含電池監(jiān)測電路(CSC）、從電池管理單元(SBMU)、主電池管理單元(MBMU)、高壓線路控制單元、儲能柜預(yù)充電（并聯(lián)）線路、高壓檢測單元、熱管理單元、電流檢測單元、急停系統(tǒng)、以及電池監(jiān)控系統(tǒng)（PC）等。

電池管理系統(tǒng)功能：

實時監(jiān)測電池的電和熱相關(guān)的數(shù)據(jù), 如電池簇總電壓、電池單體電壓或電芯組電壓、電池簇電流、電池模塊內(nèi)部溫度；

具有 SOC/SOH 、充放電電能量值的計算功能；

均衡功能；

電氣保護(hù)功能；

預(yù)警功能；

自檢功能；

參數(shù)整定與修改功能等。

4.5儲能系統(tǒng)——集裝箱

儲能系統(tǒng)多基于磷酸鐵鋰電池儲能技術(shù)，磷酸鐵鋰電池具備安全可靠、放電深度和充放電倍率高等優(yōu)勢。電池單元采用模塊化設(shè)計，采用標(biāo)準(zhǔn)20/40英尺集裝箱，集裝箱內(nèi)具有空調(diào)、溫控、消防、照明等保護(hù)系統(tǒng)，確保電池系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)換效率及運(yùn)作性能，同時具有安全可靠的保護(hù)措施。

5. 微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)概述

微電網(wǎng)是一種集成分布式能源、儲能裝置、可控負(fù)載及監(jiān)控設(shè)備的自治系統(tǒng)，可在并網(wǎng)或離網(wǎng)模式下運(yùn)行。其核心能量管理系統(tǒng)（EMS）能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電優(yōu)化調(diào)度、實時監(jiān)控、智能預(yù)測與協(xié)調(diào)控制。

5.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

光伏能量管理系統(tǒng)通過整合以下關(guān)鍵組件完成能量調(diào)度：

5.1.1光伏發(fā)電模塊：將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，支持全額上網(wǎng)、自發(fā)自用等多種模式。

5.1.2儲能系統(tǒng)：由電池組、儲能變流器（PCS）及電池管理系統(tǒng)（BMS）構(gòu)成，用于削峰填谷、功率平滑和備用電源。

5.1.3能量管理平臺：利用智能算法，根據(jù)電價、負(fù)載需求等調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行策略。

5.2微電網(wǎng)并網(wǎng)要求

微電網(wǎng)宜采用單個并網(wǎng)點(diǎn)接入系統(tǒng)。當(dāng)有兩個及以上與外部電網(wǎng)的并網(wǎng)點(diǎn)時，在并網(wǎng)運(yùn)行時，應(yīng)確保只有一個并網(wǎng)開關(guān)處于閉合狀態(tài)。

當(dāng)高、低兩電壓均具備接入條件時，可采用低電壓等接入，但不應(yīng)低于微電網(wǎng)內(nèi)值電壓等。

5.3微電網(wǎng)特征

6.微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)能夠?qū)ξ㈦娋W(wǎng)的源、網(wǎng)、荷、儲能系統(tǒng)、充電負(fù)荷進(jìn)行實時監(jiān)控、診斷告警、全景分析、有序管理控制，通過在企業(yè)內(nèi)部的源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝安科瑞自主研發(fā)的各類監(jiān)測、分析、保護(hù)、治理裝置；通過控制、計量、通信等技術(shù)，將分布式電源、儲能系統(tǒng)、可控負(fù)荷、電動汽車、電能路由器聚合在一起；平臺根據(jù)電網(wǎng)價格、用電負(fù)荷、電網(wǎng)調(diào)度指令等情況，靈活調(diào)整微電網(wǎng)控制策略并下發(fā)給儲能、充電樁、逆變器等系統(tǒng)與設(shè)備，滿足微電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)視安全分析智能化、調(diào)整控制瞻化、全景分析動態(tài)化的需求，完成不同目標(biāo)下光儲充資源之間的靈活互動與經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行，確保企業(yè)微電網(wǎng)始終安全、可靠、節(jié)約、經(jīng)濟(jì)、低碳的運(yùn)行。

6.2 核心功能

實時監(jiān)測：對光伏、儲能設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，保障系統(tǒng)安全運(yùn)行。

經(jīng)濟(jì)調(diào)度：通過削峰填谷與負(fù)荷管理降低電力成本。

智能預(yù)測：基于氣象預(yù)報與歷史數(shù)據(jù)，預(yù)測光伏發(fā)電量，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

需求響應(yīng)：靈活調(diào)整儲能充放電策略，優(yōu)化電網(wǎng)互動。

平滑功率輸出，提升綠電使用率；

削峰填谷、谷電利用，提高經(jīng)濟(jì)性；

降低充電設(shè)備對局部電網(wǎng)的沖擊；

降低站內(nèi)配電變壓器容量；

實現(xiàn)源荷匹配效能。

6.3控制架構(gòu)

6.4相關(guān)控制策略

6.5功能簡介

多種協(xié)議

支持多種規(guī)約協(xié)議，包括：Modbus TCP/RTU、DL/T645-07/97、IEC60870-5-101/103/104、MQTT、CDT、第三方協(xié)議定制等。

多種通訊方式

支持多種通信方式：串口、網(wǎng)口、WIFI、4G。

通信管理

提供通信通道配置、通信參數(shù)設(shè)定、通信運(yùn)行監(jiān)視和管理等。提供規(guī)約調(diào)試的工具，可監(jiān)視收發(fā)原碼、報文解析、通道狀態(tài)等。

智能策略

系統(tǒng)支持自定義控制策略，如削峰填谷、需量控制、動態(tài)擴(kuò)容、后備電源、平抑波動、有序充電、逆功率保護(hù)等策略，保障用戶的經(jīng)濟(jì)性與安全性。

全量監(jiān)控

覆蓋傳統(tǒng)EMS盲區(qū)，可接入多種協(xié)議和不同廠家設(shè)備實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)制，實現(xiàn)環(huán)境、安防、消防、視頻監(jiān)控、電能質(zhì)量、計量、繼電保護(hù)等多系統(tǒng)和設(shè)備的全量接入。

7.界面介紹

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)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)荷情況，體現(xiàn)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、告警信息、收益、環(huán)境等。

8. 儲能電站的應(yīng)用場景

微電網(wǎng)技術(shù)在工商業(yè)儲能域具備多樣化的應(yīng)用價值。

8.1 優(yōu)化企業(yè)用能

通過儲能系統(tǒng)平滑光伏發(fā)電波動，并利用低谷電儲能、高峰電放電，企業(yè)可實現(xiàn)用能成本的顯著降低。

8.2 確保供電可靠性

微電網(wǎng)在離網(wǎng)模式下提供關(guān)鍵負(fù)載的應(yīng)急電力保障，適用于端天氣或電網(wǎng)故障場景。

8.3 綠色低碳發(fā)展

光伏發(fā)電與儲能的結(jié)合降低了企業(yè)的化石能源消耗，同時提升了綠色能源的利用率。

9. 應(yīng)用案例分析

9.1 江陰風(fēng)光儲充微電網(wǎng)系統(tǒng)

該系統(tǒng)結(jié)合118kW光伏、50kW/100kWh儲能及多臺充電樁，采用并網(wǎng)模式滿足內(nèi)部負(fù)荷需求，同時通過峰谷套利模式實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)化。

- 功能：削峰填谷、備用電源

- 成果：顯著降低電費(fèi)，提高新能源消納率。

9.2 武漢某電氣光儲微電網(wǎng)系統(tǒng)

該項目結(jié)合100kW光伏和70kW/140kWh儲能，運(yùn)行模式包括削峰填谷和緊急備用電源，為企業(yè)提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)，同時優(yōu)化用電成本。

10. 未來展望

隨著儲能技術(shù)及光伏發(fā)電成本的進(jìn)一步降低，微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)將廣泛應(yīng)用于工商業(yè)域。在政策引導(dǎo)與技術(shù)推動下，其將成為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要手段。未來發(fā)展應(yīng)聚焦以下幾點(diǎn)：

1. 提升智能化水平：采用算法提高發(fā)電與用能預(yù)測精度。

2.增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)性：通過規(guī)?；?yīng)降低系統(tǒng)建設(shè)成本。

3. 政策支持：加強(qiáng)對分布式新能源項目的補(bǔ)貼與扶持力度。

結(jié)論

光伏能量管理系統(tǒng)通過對光伏、儲能及負(fù)載的調(diào)控，賦能工商業(yè)儲能電站的低碳與運(yùn)營。其不僅優(yōu)化了企業(yè)用能模式，還為能源安全及環(huán)境保護(hù)做出了積貢獻(xiàn)。未來，通過技術(shù)創(chuàng)新與政策支持，光伏能量管理系統(tǒng)將在企業(yè)發(fā)展中發(fā)揮更重要的作用。

審核編輯 黃宇