光伏儲(chǔ)能發(fā)電運(yùn)維系統(tǒng)及能量管理策略研究

安科瑞徐赟杰18706165067

摘要：本研究旨在探討光伏儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)的性能優(yōu)化和能量管理策略的發(fā)展。隨著可再生能源的需求不斷增加，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)作為一種具有巨大潛力的能源解決方案備受矚目。然而，有效的能量管理策略是實(shí)現(xiàn)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)能效運(yùn)行的關(guān)鍵。本文通過綜合性的實(shí)驗(yàn)和模擬研究，深入分析了不同能量管理策略的性能，并評估了它們對系統(tǒng)效率和環(huán)境可持續(xù)性的影響。

關(guān)鍵詞：光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)；太陽能發(fā)電；能量管理策略；儲(chǔ)能技術(shù)；預(yù)測性能分析

1.光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的基礎(chǔ)

1.1光伏發(fā)電技術(shù)概述

光伏發(fā)電技術(shù)是一種將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為電能的過程。它基于光伏效應(yīng)，這是一種物理現(xiàn)象，根據(jù)這一現(xiàn)象，某些材料*受到光照射時(shí)會(huì)產(chǎn)生電流。光伏電池通常由半導(dǎo)體材料制成，*常見的是硅。當(dāng)光子（太陽光）碰撞到光伏電池的半導(dǎo)體表面時(shí)，它們激發(fā)了電子，使其從材料中釋放出來，從而形成電流。這產(chǎn)生的直流電流可以被用來為電網(wǎng)供電或儲(chǔ)存*電池中以備將來使用。

1.2儲(chǔ)能技術(shù)介紹

儲(chǔ)能技術(shù)是光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，它允許將通過光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存*電池或其他儲(chǔ)能設(shè)備中，以便*晚上或云天等不可控的時(shí)段供電。常見的儲(chǔ)能技術(shù)包括：

鋰離子電池：這是目前*常用的儲(chǔ)能技術(shù)之一，用于存儲(chǔ)電能，供應(yīng)家庭、工業(yè)和商業(yè)用途。

鉛酸電池：被廣泛應(yīng)用于低成本和短期應(yīng)用中。超級電容器：具有高速充放電能力，通常用于瞬態(tài)儲(chǔ)能需求。

氫能源儲(chǔ)能：通過將電能用于制氫，將氫儲(chǔ)存*燃料電池中，以供電時(shí)重新產(chǎn)生電能。

熱能儲(chǔ)能：利用熱能儲(chǔ)存原理，例如蓄熱式太陽能電站。

1.3光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作原理

光伏發(fā)電：光伏電池*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*電網(wǎng)中使用或供給交流設(shè)備。

電能儲(chǔ)存：剩余的電能可以儲(chǔ)存*電池或其他儲(chǔ)能設(shè)備中，以備將來使用。這是系統(tǒng)的能量存儲(chǔ)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*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(shí)現(xiàn)雙向電流。這有助于提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性

2.能量管理策略

2.1能量管理策略的定義和重要性

能量管理策略是指*能源系統(tǒng)中有效地控制和分配電能的一套方法和規(guī)劃。它的目的是*大程度地提高能源系統(tǒng)的效率、可靠性和可持續(xù)性。能量管理策略*光伏發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)中尤為重要，因?yàn)檫@些系統(tǒng)受到日照變化等不可控因素的影響，需要精確的控制和協(xié)調(diào)，以確?？煽抗╇姟?大限度地減少浪費(fèi)并實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。

2.2基于光伏發(fā)電和儲(chǔ)能的典型能量管理策略

優(yōu)先選擇光伏發(fā)電以滿足負(fù)載需求，這就少了向電網(wǎng)購買電能的必要。余下的電力，可以儲(chǔ)存起來以備不時(shí)之需。此外，精細(xì)管理充電和放電電流，這關(guān)乎電池的使用壽命和效率，可能用到如深度循環(huán)充電和浮動(dòng)充電等策略。儲(chǔ)能系統(tǒng)同樣可以作為備用電源，應(yīng)對電網(wǎng)故障或斷電情況。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)問題，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為儲(chǔ)能供電?？s減高峰時(shí)段的負(fù)載需求，比方說通過調(diào)節(jié)照明、制冷和供暖系統(tǒng)來節(jié)約能耗。如果條件允許，把剩余電力賣回電網(wǎng)也是獲得經(jīng)濟(jì)利益的方法。這需要合適的電網(wǎng)互連安裝和政策支持。

2.3基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和預(yù)測的能量管理方法

能源系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)組件的狀態(tài)和性能，以及負(fù)載需求，可以更好地協(xié)調(diào)能量的生產(chǎn)和分配。其次，使用氣象數(shù)據(jù)和太陽輻射模型，可以預(yù)測太陽能發(fā)電的預(yù)期產(chǎn)量。這有助于系統(tǒng)決策，如何*佳地分配電能。同時(shí)，基于歷史數(shù)據(jù)和負(fù)載需求的模型，可以預(yù)測未來幾小時(shí)或幾天內(nèi)的負(fù)載需求。這有助于系統(tǒng)規(guī)劃，以滿足未來需求。最后，通過分析組件的性能數(shù)據(jù)，可以預(yù)測何時(shí)需要維護(hù)光伏電池和儲(chǔ)能系統(tǒng)，以確保其長期性能和可靠性。能量管理策略是確保光伏發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)*效運(yùn)行的關(guān)鍵。它結(jié)合了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控和預(yù)測技術(shù)，以優(yōu)化能源的生產(chǎn)、儲(chǔ)存和分配，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性。這些策略*未來的能源系統(tǒng)中將發(fā)揮越來越重要的作用，特別是*面臨能源可持續(xù)性和可再生能源集成的挑戰(zhàn)時(shí)。

3.系統(tǒng)概述

3.1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(chǔ)能系統(tǒng)以及充電樁的接入，全天候進(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)*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)，提升可再生能源應(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)*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。

3.2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(tái)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

3.3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。

3.4型號說明

4.系統(tǒng)配置

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：聯(lián)系熱線：172-6975-8633

6.系統(tǒng)功能

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(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(chǔ)能及光伏系統(tǒng)信息進(jìn)行顯示。

6.1.1光伏界面

6.1.2儲(chǔ)能界面

6.1.3風(fēng)電界面

6.1.4充電樁界面

6.1.5視頻監(jiān)控界面

7.硬件及其配套產(chǎn)品 聯(lián)系熱線：172-6975-8633

8.結(jié)語

光伏發(fā)電站具有能量波動(dòng)大、發(fā)電間歇性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，因此*發(fā)電并網(wǎng)環(huán)節(jié)存*較多的風(fēng)險(xiǎn)。為了提高光伏電站并網(wǎng)平穩(wěn)性和可靠性，采用蓄電池和電容器相結(jié)合的方式更好地發(fā)揮出混合儲(chǔ)能系統(tǒng)*能量管理中的協(xié)同優(yōu)勢，對于優(yōu)化蓄電池充放電，延長電池使用壽命創(chuàng)建了積*條件。基于低通濾波原理對混合儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)控制策略，便于更好地保護(hù)儲(chǔ)能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)充放電目標(biāo)。

審核編輯 黃宇