摘要：本文根據(jù)光儲充系統(tǒng)自發(fā)自用，并網(wǎng)不上網(wǎng)原則設(shè)計了一種能量管理策略。通過峰谷電價，白天光伏/儲能出力滿足負載需求，夜間從電網(wǎng)購電滿足儲能充電及負載供電需求，從而實現(xiàn)光伏*大消納，儲能削峰填谷的目標。該策略通過運行數(shù)據(jù)分析，已滿足系統(tǒng)運行要求。

關(guān)鍵詞：光儲充系統(tǒng)；能量管理策略；光伏消納；削峰填谷

安科瑞汪洋/汪小姐/汪女士（銷售專員）聯(lián)系方式：18702106706

0.引言

隨著可再生能源利用技術(shù)的快速發(fā)展，我國分布式能源發(fā)電設(shè)備的裝機容量增長飛速。其中太陽能具有分布廣泛、受地理限制小，光伏發(fā)電建設(shè)周期短且污染少、噪聲小等特點而倍受重視。針對光伏發(fā)電波動性與間歇性等缺點，儲能技術(shù)與光伏發(fā)電技術(shù)的結(jié)合，可有效穩(wěn)定光伏出力，消納過剩光伏能源，提高系統(tǒng)電能質(zhì)量。能量管理系統(tǒng)介入，可對電網(wǎng)、光伏發(fā)電設(shè)備，儲能設(shè)備的能量流進行管控，從而提高系統(tǒng)運行可靠性及經(jīng)濟效益。本文設(shè)計了一種能量管理策略，當光伏出力大于負載的需求，儲能系統(tǒng)充電對光伏剩余出力進行消納。當光伏出力不足無法滿足負載需求，儲能系統(tǒng)向負載放電。通過儲能系統(tǒng)削峰填谷，可提高系統(tǒng)供電穩(wěn)定性，實現(xiàn)光儲充系統(tǒng)可靠運行。

1.光伏儲系統(tǒng)的組成

本文光儲充系統(tǒng)構(gòu)成以閔行工業(yè)區(qū)智慧能源示范項目二號車棚為例，光儲充系統(tǒng)主要包含能量管理系統(tǒng)、光伏系統(tǒng)、充電樁系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)。系統(tǒng)構(gòu)成如圖所示。

1.1 能量管理系統(tǒng)

能量管理系統(tǒng)主要負責光伏、儲能、充電樁、進線電表設(shè)備數(shù)據(jù)采集、顯示、存儲，同時根據(jù)光儲充系統(tǒng)需求 對能量進行協(xié)調(diào)管控，從而提高系統(tǒng)可靠性與經(jīng)濟性。

1.2 光伏系統(tǒng)

光伏系統(tǒng)主要由安裝在車棚屋頂光伏電池板與4臺 35kW組串式光伏逆變器構(gòu)成。光伏系統(tǒng)接入站內(nèi)400V母 線，光伏出力優(yōu)先滿足站內(nèi)負荷，出力富余則給儲能系統(tǒng)供電。

1.3 儲能系統(tǒng)

儲能系統(tǒng)主要2套退役磷酸鐵鋰電池組成，每套由 35kW儲能雙向變流器和153.6kW·h電池簇構(gòu)成。儲能系統(tǒng)接入站內(nèi)400V母線，當光伏出力富余，儲能系統(tǒng)對剩余出力進行消納，光伏出力不足無法滿足負載出力時，儲能系統(tǒng)放電補足出力。在夜間谷電價，儲能系統(tǒng)從電網(wǎng)購電，直至充滿。

1.4 充電樁系統(tǒng)

充電樁系統(tǒng)主要由6臺額定容量為7kW的交流單槍落地式充電樁構(gòu)成。充電樁系統(tǒng)可為帶直流電機的小型電動汽車進行充電，也是站內(nèi)負荷組成的一部分。充電樁系統(tǒng)主要包含刷卡管理、計費管理、充電接口管理、安全保護等功能。

2.光伏儲能系統(tǒng)的工作原理

光伏發(fā)電：光伏電池在陽光照射下產(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，以便在電網(wǎng)中使用或供給交流設(shè)備。

電能儲存：剩余的電能可以儲存在電池或其他儲能設(shè)備中，以備將來使用。這是系統(tǒng)的能量存儲部分。

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。它確保在不可預測的太陽能供應條件下，系統(tǒng)能夠提供連續(xù)可靠的電力供應。

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)，從而實現(xiàn)雙向電流。這有助于提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性和可持續(xù)性。

3.光儲充能量管理系統(tǒng)（EMS）結(jié)構(gòu)

光儲充系統(tǒng)分為三個部分：光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)和充電樁系統(tǒng)。三個系統(tǒng)通過AC400V母線49耦合，通過以太網(wǎng)與EMS進行通訊，由EMS協(xié)調(diào)控制各系統(tǒng)的運行策略。EMS可以通過網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)控數(shù)據(jù)傳送給遠方監(jiān)控系統(tǒng)和監(jiān)視大屏顯示系統(tǒng)[4]。光儲充系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示。

EMS是光儲充系統(tǒng)的核心組成部分，負責整個系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、能量管理調(diào)度和運行數(shù)據(jù)分析。為保證光儲充系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，EMS采用兩級分級控制體分為本地EMS和集控EMS，其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。

本地EMS可實現(xiàn)對儲能變流器（PCS）、電池管理系統(tǒng)（BMS）、光伏逆變器、充電樁和電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集，并根據(jù)峰谷電價、限電政策、應急需求等不同的使用場景，制定和運行不同的能量管理策略。本地EMS通過向PCS發(fā)送有功、無功等控制指令控制PCS執(zhí)行相應的動作，同時可以將監(jiān)測的光儲充系統(tǒng)實時運行狀態(tài)、系統(tǒng)內(nèi)各種設(shè)備狀態(tài)等信息上傳至集控EMS。

集控EMS由EMS工作站和EMS服務器構(gòu)成。EMS工作站的主要功能是實時監(jiān)控光儲充系統(tǒng)的運行狀態(tài)，同時負責制定光儲充系統(tǒng)的運行模式；而EMS服務器的主要功能是儲存光儲充系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，可以提供歷史數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析等服務，是后期根據(jù)大數(shù)據(jù)分析制定運行策略的前提保障。

4.Acrel-2000ES儲能柜能量管理系統(tǒng)

4.1系統(tǒng)概述

安科瑞儲能能量管理系統(tǒng)Acrel-2000ES，專門針對工商業(yè)儲能柜、儲能集裝箱研發(fā)的一款儲能EMS，具有完善的儲能監(jiān)控與管理功能,涵蓋了儲能系統(tǒng)設(shè)備(PCS、BMS、電表、消防、空調(diào)等)的詳細信息,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視化監(jiān)控、報警管理、統(tǒng)計報表等功能。在應用上支持能量調(diào)度,具備計劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等控制功能。

4.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Acrel-2000ES，可通過直采或者通過通訊管理或串口服務器將儲能柜或者儲能集裝箱內(nèi)部的設(shè)備接入系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：

4.3系統(tǒng)功能

4.3.1實時監(jiān)測

系統(tǒng)人機界面友好，能夠顯示儲能柜的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測PCS、BMS以及環(huán)境參數(shù)信息，如電參量、溫度、濕度等。實時顯示有關(guān)故障、告警、收益等信息。

4.3.2設(shè)備監(jiān)控

系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測PCS、BMS、電表、空調(diào)、消防、除濕機等設(shè)備的運行狀態(tài)及運行模式。

PCS監(jiān)控：滿足儲能變流器的參數(shù)與限值設(shè)置；運行模式設(shè)置；實現(xiàn)儲能變流器交直流側(cè)電壓、電流、功率及充放電量參數(shù)的采集與展示；實現(xiàn)PCS通訊狀態(tài)、啟停狀態(tài)、開關(guān)狀態(tài)、異常告警等狀態(tài)監(jiān)測。

BMS監(jiān)控：滿足電池管理系統(tǒng)的參數(shù)與限值設(shè)置；實現(xiàn)儲能電池的電芯、電池簇的溫度、電壓、電流的監(jiān)測；實現(xiàn)電池充放電狀態(tài)、電壓、電流及溫度異常狀態(tài)的告警。

空調(diào)監(jiān)控：滿足環(huán)境溫度的監(jiān)測，可根據(jù)設(shè)置的閾值進行空調(diào)溫度的聯(lián)動調(diào)節(jié)，并實時監(jiān)測空調(diào)的運行狀態(tài)及溫濕度數(shù)據(jù)，以曲線形式進行展示。

UPS監(jiān)控：滿足UPS的運行狀態(tài)及相關(guān)電參量監(jiān)測。

4.3.3曲線報表

系統(tǒng)能夠?qū)CS充放電功率曲線、SOC變換曲線、及電壓、電流、溫度等歷史曲線的查詢與展示。

4.3.4策略配置

滿足儲能系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)的配置、電價參數(shù)與時段的設(shè)置、控制策略的選擇。目前支持的控制策略包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制等。

4.3.5實時報警

儲能能量管理系統(tǒng)具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)δ艹浞烹娫较?、溫度越限、設(shè)備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。

4.3.6事件查詢統(tǒng)計

儲能能量管理系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，溫濕度、電壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

4.3.7遙控操作

可以通過每個設(shè)備下面的紅色按鈕對PCS、風機、除濕機、空調(diào)控制器、照明等設(shè)備進行相應的控制，但是當設(shè)備未通信上時，控制按鈕會顯示無效狀態(tài)。

4.3.8用戶權(quán)限管理

儲能能量管理系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

5.相關(guān)平臺部署硬件選型清單

設(shè)備	型號	圖片	說明
儲能能量管理系統(tǒng)	Acrel-2000ES		實現(xiàn)儲能設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，統(tǒng)計分析、異常告警、優(yōu)化控制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等； 策略控制:計劃曲線、需量控制、削峰填谷、備用電源等。
觸摸屏電腦	PPX-133L		1)承接系統(tǒng)軟件 2)可視化展示:顯示系統(tǒng)運行信息
交流計量表計	DTSD1352		集成電力參量及電能計量及考核管理，提供各類電能數(shù)據(jù)統(tǒng)計。具有諧波與總諧波含量檢測，帶有開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出可實現(xiàn)“遙信”和“遙控”功能，并具備報警輸出。帶有RS485通信接口，可選用MODBUS-RTU或DL/T645協(xié)議。
直流計量表計	DJSF1352		表可測量直流系統(tǒng)中的電壓、電流、功率以及正反向電能等;具有紅外通訊接口和RS-485通訊接口，同時支持Modbus-RTU協(xié)議和DLT645協(xié)議;可帶繼電器報警輸出和開關(guān)量輸入功能。
溫度在線監(jiān)測裝置	ARTM-8		適用于多路溫度的測量和控制，支持測量8通道溫度;每一通道溫度測量對應2段報警，繼電器輸出可以任意設(shè)置報警方向及報警值。
通訊管理機	ANet-2E8S1		能夠根據(jù)不同的采集規(guī)約進行水表、氣表、電表、微機保護等設(shè)備終端的數(shù)據(jù)采集匯總；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、邊緣計算等多項功能；實時多任務并行處理數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，可多鏈路上送平臺據(jù)。
串口服務器	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，及完全斷電(二次開關(guān)實現(xiàn))；2)上傳配電柜各個空開信號；3)上傳UPS內(nèi)部電量信息等；4)接入電表、BSMU等設(shè)備
遙信模塊	ARTU-KJ8		1)反饋各個設(shè)備狀態(tài)，將相關(guān)數(shù)據(jù)到串口服務器；2)讀消防1/0信號，并轉(zhuǎn)發(fā)給到上層(關(guān)機、事件上報等)；3)采集水浸傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā)給到上層(水浸信號事件上報)；4)讀取門禁程傳感器信息，并轉(zhuǎn)發(fā)給到上層(門禁事件上報)。

6.結(jié)束語

本文根據(jù)閔行工業(yè)區(qū)智慧能源示范項目二號車棚光儲充系統(tǒng)自發(fā)自用，并網(wǎng)不上網(wǎng)的原則，設(shè)計一種能量管理策略，即白天消納光伏出力，當光伏出力小于負荷時，儲能補足光伏出力，當光伏出力大于負荷時，儲能消納光伏剩余出力。在夜間平電價，儲能持續(xù)給負載供電，若電量不足，則從電網(wǎng)購電。在夜間谷電價，儲能系統(tǒng)從電網(wǎng)購電，直至充滿。此策略經(jīng)過長時間運行，通過運行數(shù)據(jù)分析，已完全滿足光儲充系統(tǒng)運行需求。

審核編輯 黃宇