摘要：闡述分布式新能源交直流母線混合型分布式發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)，分布式新能源發(fā)電中的儲(chǔ)能系統(tǒng)工作模式，各種工作模式下的電能管理策略，探討超*電容與蓄電池兩者共同組成的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，分布式新能源，電能管理。

0、引言

分布式發(fā)電中的儲(chǔ)能系統(tǒng)為了有*降低功率波單電壓獲取剩余容量。但需要特別注意的是，電池動(dòng)所帶來(lái)的影響，就需要在外部電網(wǎng)展開(kāi)新能源輸在工作過(guò)程中，剩余容量和單電壓兩者之間并不存出，從而促使系統(tǒng)時(shí)刻維持自帶負(fù)載輸出狀態(tài)。

1、分布式新能源交直流母線混合型分布式發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)

文章所闡述的分布式新能源發(fā)電系統(tǒng)主要指的是交直流母線混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)。此發(fā)電系統(tǒng)主要利用新能源太陽(yáng)能與風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電。通常情況下，太陽(yáng)能與風(fēng)能發(fā)電的跟*狀態(tài)都處于**功率點(diǎn)，但是由于這兩種新能源發(fā)電模式非常容易受到天氣等各種因素的影響與干擾，*終造成系統(tǒng)輸出功率狀態(tài)不能時(shí)刻保持穩(wěn)定狀態(tài)。因此，為了充分確保此系統(tǒng)可以在孤島條件下長(zhǎng)時(shí)間處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，文章通過(guò)分析將超*電容與蓄電池作為系統(tǒng)儲(chǔ)能裝置，通過(guò)二者剩余容量以及自身特點(diǎn)等各種實(shí)際運(yùn)行情況，制定出不同的控制策略，從而達(dá)到對(duì)系統(tǒng)能量進(jìn)行有*管理的目的[1]。

1. 分布式新能源發(fā)電中的儲(chǔ)能系統(tǒng)工作模式

系統(tǒng)能源管理過(guò)程中的關(guān)鍵參考依據(jù)包括兩個(gè)主要方面，（1）電池的超前狀態(tài)；（2）超*電容器。在物理算法中超電容器和單電壓的平方形成正比例關(guān)系，由此可以推出能夠通過(guò)測(cè)量超電容器的單電壓獲取剩余容量。但需要特別注意的是，電池在工作過(guò)程中，剩余容量和單電壓兩者之間并不存在明確的函數(shù)關(guān)系，在此情況下就需要采取間接測(cè)量法。分布式新能源發(fā)電中的儲(chǔ)能系統(tǒng)使用的是系統(tǒng)系數(shù)積分法與卡門(mén)過(guò)濾器，從而實(shí)現(xiàn)在電池的線上能夠計(jì)算出SOC。本文對(duì)此進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析與討論，根據(jù)相關(guān)預(yù)測(cè)，假若將電力容量的SOC正常狀態(tài)設(shè)定為20%～90%之間，那么低容量可能為20%以下，容量則為90%以上?？梢缘贸鲈趯?shí)際應(yīng)用過(guò)程中會(huì)存在諸如SOC的30%～90%、電池、低容量以及容量等多種模式。當(dāng)采用同一種控制策略應(yīng)對(duì)所有模式時(shí)，檢查電池的SOC、超*電容器以及系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間之外的電網(wǎng)，就可以明確分布式新能源中儲(chǔ)存能量所需的控制策略。如圖1所示，AC/DC總線混合發(fā)電系統(tǒng)，主要借助太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電，通常情況下，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，*的跟*狀態(tài)則為太陽(yáng)能與風(fēng)力發(fā)電輸出處于快速的變化因素。例如，在天氣情況良好的狀態(tài)下，采用超*電容器作為能源儲(chǔ)存設(shè)備。分布式新能源發(fā)電中儲(chǔ)能系統(tǒng)為了促使其能夠在孤島狀態(tài)下處于長(zhǎng)期而穩(wěn)定的運(yùn)行模式，就會(huì)利用長(zhǎng)期能量?jī)?chǔ)存裝置，使用大容量電池，如612V/65Hz。應(yīng)明確的是，必*根據(jù)兩種不同的能源儲(chǔ)存單元的自身特點(diǎn)、外部電網(wǎng)實(shí)際狀況以及剩余容量情況等，分別采用針對(duì)性的控制策略[2]。

圖1交流混合母線分布式發(fā)電系統(tǒng)

1. 各種工作模式下的電能管理策略

2. 儲(chǔ)能系統(tǒng)均處于正常模式的情況。此模式是*為常見(jiàn)的工作模式，此時(shí)電池剩余容量與超*電容都維持在正常狀態(tài)。但由于新能源發(fā)電系統(tǒng)采用的太陽(yáng)能與風(fēng)能發(fā)電模式都具備間歇性特質(zhì)，因此在實(shí)際運(yùn)行時(shí)*易發(fā)生本地載荷驟然降低或增加的突發(fā)*況。當(dāng)出現(xiàn)此種情況時(shí)，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致發(fā)電系統(tǒng)輸出功率發(fā)生頻波動(dòng)。并且同時(shí)又因?yàn)樾铍姵匮b置需要比較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)完成充電或是放點(diǎn)過(guò)程，就難以及時(shí)有*的控制此種頻波動(dòng)。所以，就應(yīng)當(dāng)充分利用超*電容控制這部分波動(dòng)功率。除此之外，在分布式新能源發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)處在孤島條件或并網(wǎng)狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，同樣可以對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)中的功率采取上述能量管理策略進(jìn)行合理的配置，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況產(chǎn)生出實(shí)際所需功率。同時(shí)能夠通過(guò)合理調(diào)節(jié)增益K的方式，實(shí)現(xiàn)有*分配超*電容與蓄電池兩種儲(chǔ)能裝置所輸出的功率。例如，當(dāng)超*電容剩余較大的容量時(shí)，可以將增益K相應(yīng)的提，從而促使超*電容能夠承擔(dān)較多的功率輸出。

（2）蓄電池異常模式。蓄電池異常模式狀態(tài)下的情況主要表現(xiàn)為蓄電池儲(chǔ)能裝置所剩余的容量處于較低或較的狀態(tài)，而超*電容裝置當(dāng)中的剩余容量卻一直處于正常狀態(tài)。在此種情況下，就會(huì)使整體電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性大幅度降低，因此，為了確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必*在*短的時(shí)間內(nèi)使系統(tǒng)恢復(fù)到正常工作模式。同時(shí)，當(dāng)分布式發(fā)電中的儲(chǔ)能系統(tǒng)處于并網(wǎng)狀態(tài)的情況下，其實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)就會(huì)與蓄電池電容異常模式比較接近，此時(shí)，為了盡快恢復(fù)蓄電池裝置自身的剩余容量，就必*采用內(nèi)外電網(wǎng)能量交換的方法，從而真*確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在此過(guò)程中，可能會(huì)產(chǎn)生一定的功率沖擊，但其對(duì)系統(tǒng)造成的實(shí)際影響并不明顯。除此之外，在孤島狀態(tài)下儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于超*電容裝置自身能量存儲(chǔ)狀態(tài)有一定的限*，因此難以促使蓄電池裝置在短時(shí)間內(nèi)借助能量傳遞的方式恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。針對(duì)此種情況，就只能借助超*電容來(lái)確保能量的有*傳遞，直到并網(wǎng)成功之后，才能夠再將蓄電池裝置充電，從而確保其能夠恢復(fù)到正常的運(yùn)行狀態(tài)[3]。

（3）超*電容異常模式。對(duì)于超*電容異常模式來(lái)講，其所表現(xiàn)出的異常情況為：當(dāng)蓄電池儲(chǔ)能裝置自身的剩余容量處于正常狀態(tài)下，而超*電容儲(chǔ)能裝置當(dāng)中的剩余容量卻會(huì)發(fā)生較或較低的異常情況。在此種背景下，分布式發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)自身性能就會(huì)大幅度降低，例如其吸收與釋放頻功率性能，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)給整體系統(tǒng)相應(yīng)功能帶來(lái)嚴(yán)重的負(fù)面影響。必*及時(shí)使系統(tǒng)恢復(fù)到正常的工作模式。與此同時(shí)，當(dāng)分布式新能源發(fā)電中儲(chǔ)能系統(tǒng)處于并網(wǎng)狀態(tài)當(dāng)中時(shí)，可以將外部電網(wǎng)視為一個(gè)不設(shè)上限的電網(wǎng)連接，在此情況下，超*電容就可以借助能量傳遞的方式，來(lái)將超出自身的能量傳遞到外部電網(wǎng)當(dāng)中，從而能夠促使自身在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到正常的運(yùn)行狀態(tài)。此外，在孤島狀態(tài)下，儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，由于會(huì)缺乏外部電網(wǎng)提供的相應(yīng)輔助支持，因此就應(yīng)當(dāng)充分確保儲(chǔ)能系統(tǒng)一直維持在功率平衡的穩(wěn)定狀態(tài)，通過(guò)超*電容來(lái)切實(shí)提升系統(tǒng)自身的反應(yīng)力。與此同時(shí)，為了確保分布式新能源發(fā)電輸出功率穩(wěn)定性的有*提升，還必*強(qiáng)化超*電容與蓄電池二者儲(chǔ)能裝置之間的能量傳遞，從而切實(shí)達(dá)到能量有*管理的目的。

（4）全部異常模式。對(duì)于全部異常模式狀態(tài)下的能量管理策略來(lái)講，必*綜合考慮上述幾種異常模式，通過(guò)直流母線之間的相互均衡，從而促使異常模式能夠合理轉(zhuǎn)述為上述的其中一個(gè)模式，進(jìn)而可以再運(yùn)用相對(duì)應(yīng)的管理策略實(shí)行控制。針對(duì)都處于異常模式下的能量管理策略來(lái)講，可以分為下面兩種情況：①蓄電池剩余容量與超*電容都處于過(guò)的情況，此時(shí)就需要在孤島運(yùn)行過(guò)程中，控制其自身輸出功率；②對(duì)于蓄電池剩余容量與超*電容兩者都處在過(guò)低的狀態(tài)下來(lái)講，為了有*維持敏*負(fù)荷始終處于正常狀態(tài)下，就必*剔除一些不必要的負(fù)載，從而充分確保分布式新能源發(fā)電系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

1. Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)概述

4.1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(guó)內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，專門(mén)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)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)，提升可再生能源應(yīng)用，提電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性、補(bǔ)償負(fù)荷波動(dòng)；有*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技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

本方案遵循的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有：

本技術(shù)規(guī)范書(shū)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(píng)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(chǎng)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(chǎng)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(wèn)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

4.3適用場(chǎng)合

系統(tǒng)可應(yīng)用于城市、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(wú)電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。

4.4型號(hào)說(shuō)明

Acrel-2000系列監(jiān)控系統(tǒng)MG—微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。

5.1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：

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)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(kāi)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：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無(wú)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(kāi)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。

1. 結(jié)束語(yǔ)

本文探討超*電容與蓄電池兩者共同組成的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出具備針對(duì)性的能力管理策略，從而助力分布式新能源發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行中的功率平衡，**程度上降低系統(tǒng)內(nèi)部功率波動(dòng)給外部電網(wǎng)產(chǎn)生的負(fù)面沖擊，有*確保在孤島條件下分布式新能源發(fā)電系統(tǒng)能夠平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

1. 蔡福霖,胡澤春,曹敏健,蔡德福,陳汝斯,孫冠群.提升新能源消納能力的集中式與分布式電池儲(chǔ)能協(xié)同規(guī)劃[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2022,46(20):23-32.

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