分布式光伏與儲(chǔ)能協(xié)調(diào)控制策略的應(yīng)用分析
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要：針對(duì)光伏發(fā)電的隨機(jī)性、波動(dòng)性、間歇性特征,研發(fā)了分布式光伏與儲(chǔ)能協(xié)調(diào)控制策略,并在鎮(zhèn)江地調(diào)開展分布式電源光儲(chǔ)協(xié)控試點(diǎn)應(yīng)用，開展光儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制策略研究，實(shí)時(shí)采集分布式光伏電站、儲(chǔ)能電站、試點(diǎn)變電站運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)氣象信息預(yù)測(cè)光伏出力，實(shí)時(shí)調(diào)整儲(chǔ)能出力，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能對(duì)分布式電源功率波動(dòng)的平抑。
關(guān)鍵詞：分布式光伏；儲(chǔ)能；協(xié)調(diào)控制；告警策略
目前鎮(zhèn)江地區(qū)光伏發(fā)電屬于隨機(jī)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(yán)重降低負(fù)荷預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率，造成電網(wǎng)波動(dòng)，影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。鎮(zhèn)江于2018年建成投運(yùn)8座電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站，儲(chǔ)能電站具備靈活的充放電能力，能夠毫秒級(jí)實(shí)現(xiàn)充放電狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。儲(chǔ)能的運(yùn)行特性可有效平滑分布式電源的波動(dòng)性。針對(duì)光伏發(fā)電的隨機(jī)性、波動(dòng)性、間歇性特征，對(duì)分布式光伏進(jìn)行有效的有功無功控制，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(wěn)定運(yùn)行的重要手段。發(fā)揮儲(chǔ)能的調(diào)節(jié)作用，通過光儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能平抑分布式光伏出力波動(dòng)，是提高分布式光伏的可觀性和可控性的有效手段。
在整體數(shù)據(jù)匯集方面通過現(xiàn)有電網(wǎng)模型擴(kuò)展10千伏的分布式電站模型，并實(shí)現(xiàn)圖模一體管理；分布式光伏控制平臺(tái)獲取實(shí)時(shí)處理計(jì)算的模型，并完成從地區(qū)調(diào)控自動(dòng)化系統(tǒng)接入運(yùn)行實(shí)時(shí)信息并下發(fā)控制指令。
圖1 數(shù)據(jù)流向圖
如圖1所示，鎮(zhèn)江光儲(chǔ)協(xié)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)來源主要有兩個(gè)：1區(qū)調(diào)度自動(dòng)化SCADA系統(tǒng)，3區(qū)新能源管理系統(tǒng)。其中新能源管理系統(tǒng)主要提供分布式光伏區(qū)域超短期功率預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。光儲(chǔ)協(xié)控命令通過光纖專線通道下發(fā)。
綜合考慮上一時(shí)間間隔的儲(chǔ)能出力、儲(chǔ)能SOC值，以及預(yù)測(cè)的下一時(shí)間間隔分布式光伏總出力，對(duì)下一時(shí)間儲(chǔ)能出力進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)光伏變化為正且儲(chǔ)能SOC在可行范圍時(shí)，儲(chǔ)能吸收電能，當(dāng)光伏變化為負(fù)且儲(chǔ)能SOC在可行范圍，儲(chǔ)能設(shè)備放電。同時(shí)考慮儲(chǔ)能設(shè)備充放電功率約束，當(dāng)SOC即將越限，考慮SOC補(bǔ)償算法，并增加了儲(chǔ)能指令延時(shí)的補(bǔ)償算法[1]。
（1）本策略保留原有儲(chǔ)能電站及調(diào)度通道、安全策略不變動(dòng)，光儲(chǔ)協(xié)控系統(tǒng)與D5000前置系統(tǒng)通過104規(guī)約進(jìn)行通信。上行通道將儲(chǔ)能電站遙測(cè)、遙信數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給光儲(chǔ)協(xié)控系統(tǒng)；同時(shí)，光儲(chǔ)協(xié)控系統(tǒng)通過該接口將遙調(diào)遙控命令由D5000前置系統(tǒng)下發(fā)給儲(chǔ)能電站，實(shí)現(xiàn)光儲(chǔ)協(xié)控系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能電站的充放電控制。
（2）儲(chǔ)能控制策略修正了對(duì)指令時(shí)滯的預(yù)補(bǔ)償量計(jì)算，從控制策略層面，在計(jì)算出儲(chǔ)能指令后，按預(yù)測(cè)原理給儲(chǔ)能指令增加延時(shí)補(bǔ)償量以提高數(shù)據(jù)同步性。減小了時(shí)滯對(duì)濾波效果的影響。
（3） 儲(chǔ)能控制策略修正了SOC水平控制策略，設(shè)置SOC在25%-75%中時(shí)采用濾波控制策略，當(dāng)達(dá)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)量不超過給定的*大值的前提下，執(zhí)行電池充放電，快速修正SOC回到濾波控制范圍中。
在試運(yùn)行期間，省調(diào)暫時(shí)退出試點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站的有功控制，由分布式電源光儲(chǔ)協(xié)控系統(tǒng)進(jìn)行光儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制。根據(jù)光伏的出力情況，實(shí)時(shí)調(diào)整儲(chǔ)能電站出力，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能對(duì)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(chǔ)協(xié)控混合出力曲線
光伏與光儲(chǔ)協(xié)控混合出力曲線如圖2所示，從圖中可見，經(jīng)光儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制后的出力曲線較為平滑，波動(dòng)率明顯降低，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能對(duì)分布式電源功率波動(dòng)的平抑運(yùn)行。
Acrel-2000MG 儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)是安科瑞專門針對(duì)工商業(yè)儲(chǔ)能 電站研制的本地化能量管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能電站的數(shù)據(jù)采集、數(shù) 據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視化監(jiān)控、報(bào)警管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)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(jì)劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等。該系統(tǒng)不 僅可以實(shí)現(xiàn)下級(jí)各儲(chǔ)能單元的統(tǒng)一監(jiān)控和管理，還可以實(shí)現(xiàn)與上級(jí)調(diào) 度系統(tǒng)和云平臺(tái)的數(shù)據(jù)通訊與交互，既能接受上級(jí)調(diào)度指令，又可以 滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控與運(yùn)維，確保儲(chǔ)能系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
適用于工商業(yè)儲(chǔ)能電站、新能源配儲(chǔ)電站。
（1）實(shí)時(shí)監(jiān)管
對(duì)微電網(wǎng)的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管，包含市電、光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能、充電樁及用電負(fù)荷，同時(shí)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(duì)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(jī)、儲(chǔ)能電池、儲(chǔ)能變流器、用電設(shè)備等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，掌握微電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。
（3）功率預(yù)測(cè)
對(duì)分布式發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行短期、超短期發(fā)電功率預(yù)測(cè)，并展示合格率及誤差分析。
（4）電能質(zhì)量
實(shí)現(xiàn)整個(gè)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(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測(cè)。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(jìn)行監(jiān)測(cè)分析及錄波展示，并對(duì)電壓、電流瞬變進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
（5）可視化運(yùn)行
實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)無人值守，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化、便捷化管理;對(duì)重要負(fù)荷與設(shè)備進(jìn)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(duì)負(fù)荷進(jìn)行功率預(yù)測(cè)，并結(jié)合分布式電源出力與儲(chǔ)能狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)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
用戶可以查看光伏、儲(chǔ)能、充電樁三部分的每天電量和收益數(shù)據(jù)，同時(shí)可以切換年報(bào)查看每個(gè)月的電量和收益。
（8）能源分析
通過分析光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能設(shè)備的發(fā)電效率、轉(zhuǎn)化效率，用于評(píng)估設(shè)備性能與狀態(tài)。
（9）策略配置
微電網(wǎng)配置主要對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)組成、基礎(chǔ)參數(shù)、運(yùn)行策略及統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行設(shè)置。其中策略包含計(jì)劃曲線、削峰填谷、需量控制、新能源消納、逆功率控制等。
序號(hào) | 設(shè)備 | 型號(hào) | 圖片 | 說明 |
1 | 能量管理系統(tǒng) | Acrel-2000MG |
| 內(nèi)部設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，由通信管理機(jī)、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(jì)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(jī)提供后備電源 |
4 | 打印機(jī) | 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(hù)運(yùn)行等記錄，以召喚打印為主要方式 |
5 | 音箱 | R19U |
| 播放報(bào)警事件信息 |
6 | 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī) | D-LINKDES-1016A16 |
| 提供16口百兆工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)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)問題 |
7 | GPS時(shí)鐘 | ATS1200GB |
| 利用gps同步衛(wèi)星信號(hào)，接收1pps和串口時(shí)間信息，將本地的時(shí)鐘和gps衛(wèi)星上面的時(shí)間進(jìn)行同步 |
8 | 交流計(jì)量電表 | AMC96L-E4/KC |
| 電力參數(shù)測(cè)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(fèi)率電能計(jì)量、 四象限電能計(jì)量、諧波分析以及電能監(jiān)測(cè)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(shí)現(xiàn)斷路器開關(guān)的"遜信“和“遙控"的功能 |
9 | 直流計(jì)量電表 | PZ96L-DE |
| 可測(cè)量直流系統(tǒng)中的電壓、電流、功率、正向與反向電能。可帶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(cè) | APView500 |
| 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(hù)裝置，當(dāng)外部電網(wǎng)停電后斷開和電網(wǎng)連接 |
12 | 箱變測(cè)控裝置 | AM6-PWC |
| 置針對(duì)光伏、風(fēng)能、儲(chǔ)能升壓變不同要求研發(fā)的集保護(hù)，測(cè)控，通訊一體化裝置，具備保護(hù)、通信管理機(jī)功能、環(huán)網(wǎng)交換機(jī)功能的測(cè)控裝置 |
13 | 通信管理機(jī) | ANet-2E851 |
| 能夠根據(jù)不同的采集規(guī)的進(jìn)行水表、氣表、電表、微機(jī)保護(hù)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(jì)算等多項(xiàng)功能:實(shí)時(shí)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(tái)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，及斷電(二次開關(guān)實(shí)現(xiàn)) 2)上傳配電柜各個(gè)空開信號(hào) 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(gè)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(hào)，并轉(zhuǎn)發(fā)給到上層(關(guān)機(jī)、事件上報(bào)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(hào)事件上報(bào)) 4)讀取門禁程傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā) |
光儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制策略的應(yīng)用，充分利用儲(chǔ)能與新能源的互補(bǔ)特性，提升新能源消納能力，提升儲(chǔ)能提供電網(wǎng)輔助服務(wù)的動(dòng)態(tài)性能，降低電網(wǎng)運(yùn)行成本，助力分布式新能源全額消納?；诜植际焦夥念A(yù)測(cè)結(jié)果，采用儲(chǔ)能電站進(jìn)行補(bǔ)償實(shí)際出力與預(yù)測(cè)之間的差額，將差額保障在調(diào)度運(yùn)行可接納的范圍之內(nèi)，降低電網(wǎng)運(yùn)行備用成本。通過儲(chǔ)能濾除新能源發(fā)電波動(dòng)功率，減小新能源對(duì)電網(wǎng)的影響。
[1]譚文娟,陳燕東.光儲(chǔ)直流微網(wǎng)能量協(xié)調(diào)控制方法[J].電源學(xué)報(bào),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(bǔ)償并網(wǎng)控制方法及穩(wěn)定性分析[J].電網(wǎng)技術(shù),2015,39(11):3102-3108
[3]米陽,吳彥偉.獨(dú)立光儲(chǔ)直流微電網(wǎng)分層協(xié)調(diào)控制[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2017, 45(8): 37-44
[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(chǔ)能協(xié)調(diào)控制策略的研發(fā)與應(yīng)用[J].能源科技,2020,09(08):381.
[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022年05版
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