分布式光伏與儲能協(xié)調控制策略的應用分析
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要：針對光伏發(fā)電的隨機性、波動(dòng)性、間歇性特征,研發(fā)了分布式光伏與儲能協(xié)調控制策略,并在鎮江地調開(kāi)展分布式電源光儲協(xié)控試點(diǎn)應用，開(kāi)展光儲協(xié)調控制策略研究，實(shí)時(shí)采集分布式光伏電站、儲能電站、試點(diǎn)變電站運行數據，根據氣象信息預測光伏出力，實(shí)時(shí)調整儲能出力，實(shí)現儲能對分布式電源功率波動(dòng)的平抑。
關(guān)鍵詞：分布式光伏；儲能；協(xié)調控制；告警策略
目前鎮江地區光伏發(fā)電屬于隨機性、間歇性電源，出力存在較大的波動(dòng)性。因此大量的分布式光伏發(fā)電接入電網(wǎng)會(huì )嚴重降低負荷預測準確率，造成電網(wǎng)波動(dòng)，影響電網(wǎng)安全穩定運行。鎮江于2018年建成投運8座電網(wǎng)側儲能電站，儲能電站具備靈活的充放電能力，能夠毫秒級實(shí)現充放電狀態(tài)的轉換。儲能的運行特性可有效平滑分布式電源的波動(dòng)性。針對光伏發(fā)電的隨機性、波動(dòng)性、間歇性特征，對分布式光伏進(jìn)行有效的有功無(wú)功控制，提高分布式光伏的靈活性，是保障含大量分布式光伏的電網(wǎng)安全穩定運行的重要手段。發(fā)揮儲能的調節作用，通過(guò)光儲協(xié)調控制，實(shí)現儲能平抑分布式光伏出力波動(dòng)，是提高分布式光伏的可觀(guān)性和可控性的有效手段。
在整體數據匯集方面通過(guò)現有電網(wǎng)模型擴展10千伏的分布式電站模型，并實(shí)現圖模一體管理；分布式光伏控制平臺獲取實(shí)時(shí)處理計算的模型，并完成從地區調控自動(dòng)化系統接入運行實(shí)時(shí)信息并下發(fā)控制指令。
圖1 數據流向圖
如圖1所示，鎮江光儲協(xié)控系統數據來(lái)源主要有兩個(gè)：1區調度自動(dòng)化SCADA系統，3區新能源管理系統。其中新能源管理系統主要提供分布式光伏區域超短期功率預測數據。光儲協(xié)控命令通過(guò)光纖專(zhuān)線(xiàn)通道下發(fā)。
綜合考慮上一時(shí)間間隔的儲能出力、儲能SOC值，以及預測的下一時(shí)間間隔分布式光伏總出力，對下一時(shí)間儲能出力進(jìn)行計算，當光伏變化為正且儲能SOC在可行范圍時(shí)，儲能吸收電能，當光伏變化為負且儲能SOC在可行范圍，儲能設備放電。同時(shí)考慮儲能設備充放電功率約束，當SOC即將越限，考慮SOC補償算法，并增加了儲能指令延時(shí)的補償算法[1]。
（1）本策略保留原有儲能電站及調度通道、安全策略不變動(dòng)，光儲協(xié)控系統與D5000前置系統通過(guò)104規約進(jìn)行通信。上行通道將儲能電站遙測、遙信數據轉發(fā)給光儲協(xié)控系統；同時(shí)，光儲協(xié)控系統通過(guò)該接口將遙調遙控命令由D5000前置系統下發(fā)給儲能電站，實(shí)現光儲協(xié)控系統對儲能電站的充放電控制。
（2）儲能控制策略修正了對指令時(shí)滯的預補償量計算，從控制策略層面，在計算出儲能指令后，按預測原理給儲能指令增加延時(shí)補償量以提高數據同步性。減小了時(shí)滯對濾波效果的影響。
（3） 儲能控制策略修正了SOC水平控制策略，設置SOC在25%-75%中時(shí)采用濾波控制策略，當達到此邊界時(shí)就切換為限制光伏*大變化率的SOC修正充放電控制，在維持光伏發(fā)電波動(dòng)量不超過(guò)給定的*大值的前提下，執行電池充放電，快速修正SOC回到濾波控制范圍中。
在試運行期間，省調暫時(shí)退出試點(diǎn)區域電網(wǎng)側儲能電站的有功控制，由分布式電源光儲協(xié)控系統進(jìn)行光儲協(xié)調控制。根據光伏的出力情況，實(shí)時(shí)調整儲能電站出力，實(shí)現儲能對分布式電源功率波動(dòng)的平抑分析，面向電網(wǎng)需求削峰填谷等功能。
圖2 光伏與光儲協(xié)控混合出力曲線(xiàn)
光伏與光儲協(xié)控混合出力曲線(xiàn)如圖2所示，從圖中可見(jiàn)，經(jīng)光儲協(xié)調控制后的出力曲線(xiàn)較為平滑，波動(dòng)率明顯降低，實(shí)現儲能對分布式電源功率波動(dòng)的平抑運行。
Acrel-2000MG 儲能能量管理系統是安科瑞專(zhuān)門(mén)針對工商業(yè)儲能 電站研制的本地化能量管理系統，可實(shí)現了儲能電站的數據采集、數 據處理、數據存儲、數據查詢(xún)與分析、可視化監控、報警管理、統計報表、策略管理、歷史曲線(xiàn)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(xiàn)、削峰填谷、需量控制、防逆流等。該系統不 僅可以實(shí)現下級各儲能單元的統一監控和管理，還可以實(shí)現與上級調 度系統和云平臺的數據通訊與交互，既能接受上級調度指令，又可以 滿(mǎn)足遠程監控與運維，確保儲能系統安全、穩定、可靠、經(jīng)濟運行。
適用于工商業(yè)儲能電站、新能源配儲電站。
（1）實(shí)時(shí)監管
對微電網(wǎng)的運行進(jìn)行實(shí)時(shí)監管，包含市電、光伏、風(fēng)電、儲能、充電樁及用電負荷，同時(shí)也包括收益數據、天氣狀況、節能減排等信息。
（2）智能監控
對系統環(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、用電設備等進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，掌握微電網(wǎng)系統的運行狀況。
（3）功率預測
對分布式發(fā)電系統進(jìn)行短期、超短期發(fā)電功率預測，并展示合格率及誤差分析。
（4）電能質(zhì)量
實(shí)現整個(gè)微電網(wǎng)系統范圍內的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續性的監測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩態(tài)數據和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態(tài)數據進(jìn)行監測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進(jìn)行監測。
（5）可視化運行
實(shí)現微電網(wǎng)無(wú)人值守，實(shí)現數字化、智能化、便捷化管理;對重要負荷與設備進(jìn)行不間斷監控。
（6）優(yōu)化控制
通過(guò)分析歷史用電數據、天氣條件對負荷進(jìn)行功率預測，并結合分布式電源出力與儲能狀態(tài)，實(shí)現經(jīng)濟優(yōu)化調度，以降低尖峰或者高峰時(shí)刻的用電量，降低企業(yè)綜合用電成本。
（7）收益分析
用戶(hù)可以查看光伏、儲能、充電樁三部分的每天電量和收益數據，同時(shí)可以切換年報查看每個(gè)月的電量和收益。
（8）能源分析
通過(guò)分析光伏、風(fēng)電、儲能設備的發(fā)電效率、轉化效率，用于評估設備性能與狀態(tài)。
（9）策略配置
微電網(wǎng)配置主要對微電網(wǎng)系統組成、基礎參數、運行策略及統計值進(jìn)行設置。其中策略包含計劃曲線(xiàn)、削峰填谷、需量控制、新能源消納、逆功率控制等。
序號 | 設備 | 型號 | 圖片 | 說(shuō)明 |
1 | 能量管理系統 | Acrel-2000MG |
| 內部設備的數據采集與監控，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。 數據采集、上傳及轉發(fā)至服務(wù)器及協(xié)同控制裝置 策略控制:計劃曲線(xiàn)、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 |
| 系統軟件顯示載體 |
3 | UPS電源 | UPS2000-A-2-KTTS |
| 為監控主機提供后備電源 |
4 | 打印機 | HP108AA4 |
| 用以打印操作記錄，參數修改記錄、參數越限、復限，系統事故，設備故障，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(shí)時(shí)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(wèn)題 |
7 | GPS時(shí)鐘 | ATS1200GB |
| 利用gps同步衛星信號，接收1pps和串口時(shí)間信息，將本地的時(shí)鐘和gps衛星上面的時(shí)間進(jìn)行同步 |
8 | 交流計量電表 | AMC96L-E4/KC |
| 電力參數測量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率、視在功率,頻率、功率因數等)、復費率電能計量、 四象限電能計量、諧波分析以及電能監測和考核管理。多種外圍接口功能:帶有RS485/MODBUS-RTU協(xié)議:帶開(kāi)關(guān)量輸入和繼電器輸出可實(shí)現斷路器開(kāi)關(guān)的"遜信“和“遙控"的功能 |
9 | 直流計量電表 | PZ96L-DE |
| 可測量直流系統中的電壓、電流、功率、正向與反向電能?？蓭S485通訊接口、模擬量數據轉換、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出等功能 |
10 | 電能質(zhì)量監測 | APView500 |
| 實(shí)時(shí)監測電壓偏差、頻率俯差、三相電壓不平衡、電壓波動(dòng)和閃變、諾波等電能質(zhì)量，記錄各類(lèi)電能質(zhì)量事件,定位擾動(dòng)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(kāi)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 |
| 能夠根據不同的采集規的進(jìn)行水表、氣表、電表、微機保護等設備終端的數據果集匯總: 提供規約轉換、透明轉發(fā)、數據加密壓縮、數據轉換、邊緣計算等多項功能:實(shí)時(shí)多任務(wù)并行處理數據采集和數據轉發(fā)，可多鏈路上送平臺據: |
14 | 串口服務(wù)器 | Aport |
| 功能:轉換“輔助系統"的狀態(tài)數據，反饋到能量管理系統中。 1)空調的開(kāi)關(guān)，調溫，及斷電(二次開(kāi)關(guān)實(shí)現) 2)上傳配電柜各個(gè)空開(kāi)信號 3)上傳UPS內部電量信息等 4)接入電表、BSMU等設備 |
15 | 遙信模塊 | ARTU-K16 |
| 1)反饋各個(gè)設備狀態(tài)，將相關(guān)數據到串口服務(wù)器: 讀消防VO信號，并轉發(fā)給到上層(關(guān)機、事件上報等) 2)采集水浸傳感器信息，并轉發(fā)3)給到上層(水浸信號事件上報) 4)讀取門(mén)禁程傳感器信息，并轉發(fā) |
光儲協(xié)調控制策略的應用，充分利用儲能與新能源的互補特性，提升新能源消納能力，提升儲能提供電網(wǎng)輔助服務(wù)的動(dòng)態(tài)性能，降低電網(wǎng)運行成本，助力分布式新能源全額消納?；诜植际焦夥念A測結果，采用儲能電站進(jìn)行補償實(shí)際出力與預測之間的差額，將差額保障在調度運行可接納的范圍之內，降低電網(wǎng)運行備用成本。通過(guò)儲能濾除新能源發(fā)電波動(dòng)功率，減小新能源對電網(wǎng)的影響。
[1]譚文娟,陳燕東.光儲直流微網(wǎng)能量協(xié)調控制方法[J].電源學(xué)報,2018,16(2): 76-82
[2]楊苓,羅安,陳燕東.LCL型逆變器的魯棒延時(shí)補償并網(wǎng)控制方法及穩定性分析[J].電網(wǎng)技術(shù),2015,39(11):3102-3108
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[4]朱文韜,孫東杰,陳燕,姜正馳,岳帥,于曉蒙,劉昶,蔣煜.分布式光伏與儲能協(xié)調控制策略的研發(fā)與應用[J].能源科技,2020,09(08):381.
[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022年05版
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