摘要：隨著我國電力行業的迅速發展和新能源技術的不斷涌現，針對系統可靠性和穩定性的要求也逐漸提高。而要實現供電品質穩定，避免停電現象的發生，較好的辦法就是通過建立基站，對電能進行儲存。因此，為使儲能系統得到科學、合理的應用，本文在對太陽能光伏項目的調查基礎上，根據當前的發展趨勢，制定了一種適合于市場的儲能系統和能量管理體系，以確保市場運行的安全、穩定、可靠。

關鍵詞：光伏電站；儲能系統；配置研究

1、前言

在新能源發展中，太陽能、風能之間存在間歇性、波動性、隨機性等特性，要通過建立相應的能量存儲體系來解決棄光棄風問題，同時還要考慮太陽能、風電場的發電量，并在風電場建成之前規劃好如何并網、如何消納。此外，由于在電網結構薄弱、棄光棄風嚴重的區域，太陽能發電、風電場等行業仍舊存在著較大的發展空間。在實際應用中，應對風電機組的裝機容量做出合理的評價，并對風電機組的充放電能力進行多方面的分析和研究，以便制訂出合理的發展規劃，以實現可持續發展。

2、光伏電站儲能系統作用

光伏儲能系統簡單而言就是將太陽能光伏和太陽能電池系統有機地結合起來，其主要功能包括“調節負荷、存儲電量、新能源接入、補償線損、功率補償、提高電能質量、孤網運行、削峰填谷”等功能。簡單的說，就像是一座水庫，它可以在峰頂的時候，將多余的水都儲存起來，然后在峰頂使用，從而降低了能源的浪費；另外，蓄能電站還可以降低線路損耗，延長線路及設備的使用壽命。在微型網絡中，能量存儲系統的功能包括：

2.1保證系統穩定

由于光伏發電系統的輸出功率和負載曲線具有很大的差別，而且均有不可預料的波動特性，因此在不同的情況下應采用不同的濾波方法。通過儲能系統的能量存儲和緩沖，可以實現對電網的快速控制，改善電網的靜態和動態特性，從而保證電力系統在負荷劇烈變動的情況下仍然能夠維持穩定的電力輸出。

2.2能量備用

當太陽能光伏發電不能正常工作時，能量儲存系統可以作為后備和過渡性的功能，比如在晚上或陰雨天氣中，當電池處于飽和狀態時，可以限制太陽能的發電，實現電力供需的均衡，提高系統的能量利用率，并防止蓄電池過充電，延長系統的使用壽命。

2.3提高電力品質與可靠性

能量儲存系統也可以避免由于電壓尖峰、電壓下降以及其它外部干擾而導致的電網波動，從而有效地改善了電力系統的功率因數和電壓穩定，并且能夠有效地抑制系統的振動。充分利用能量存儲，可以確保輸出功率的質量和可靠性。

2.4日常能量儲存

當太陽輻射強度高，負荷小時，可以把剩余的太陽能進行蓄積，充分吸收太陽能的電能。太陽板除了能為車輛提供電力外，還能在房屋需要電力時，將多余的電力進行轉換為房屋所使用。由此可以得出，太陽能發電系統的安全運行是非常關鍵的。能量存儲技術的優點是既能確保電力系統的穩定、可靠，又能解決電壓脈沖、涌流、電壓跌落、瞬間電源中斷等動態電能質量問題。此外，儲能系統在電站整體投資中占有相當大的比重，因此，如何合理地選取和管理，對整個系統的經濟效益起著至關重要的作用，需要對其進行多方位的分析和合理的決策。

3、項目技術方案

3.1項目總體技術概述

太陽能發電系統是一種利用太陽能電池的“光伏效應”，將太陽能輻射能量轉化成電能的發電裝置。當太陽光照射在太陽能電池的表面，會發生一系列的繞射，形成一種特殊的光線，在這個時候，太陽能電池就會吸收光能量，形成一對“電子-空穴對”。在內建電場中，光生電子與空穴對被分開，并在電池組中形成不同數量的電荷，從而形成“光生電壓”。同時，如果將電極引到內建電場的兩邊，再連接到負荷，“光生電流”就會通過該負荷，從而產生功率。通過將太陽能轉換成直流電能，從而達到控制、監控、兼容和診斷電網的目的。當前光伏發電的主要形式有三種：獨立的混合發電系統、并網光伏發電系統、微網光伏發電系統。

（1）獨立混合發電系統

獨立的混合動力系統包含了電池方陣，蓄電池，電能轉換和控制，以及柴油發電機等。當電量充足時，由充電控制器將蓄電池和其它發電站的能量存儲到蓄電池堆中；在電力不足的情況下，利用放電控制器將電池中的電量轉換為電力轉換設備，以滿足使用者的需求。柴油發電機用作應急時的低溫后備電源。在邊遠地區，獨立的電力系統是一種主要的電力供應方式，它的技術發展十分成熟，從一臺數十瓦的路燈到一臺數百瓦的混合電力。同時，我國的逆變器和蓄電池的充放電控制技術也已經實現了工業化，其功率級別從數十千瓦到數十千瓦不等。

（2）并網光伏發電系統

并網光伏系統的主要內容有：低電壓并網的光伏發電和高壓并網發電，其中包含了一個電池陣列和一個并網的逆變器。目前國內已經有成熟的低壓和高壓并網逆變器，其中，在低壓并網的情況下，*大單機功率為500kW，而在高壓并網發電系統中，*大功率為1MW。并網逆變器是一種根據電網的頻率、電壓而改變的電流源，其功率因數為1或指令調整依賴于電網，不能獨立產生電力，在電力系統中，其容量有限，其輸出功率取決于光伏的輸入，在*大或*小的情況下，其輸出功率不能得到保障。

（3）光伏微網系統

光伏微網可以與其他電力或電力網絡并行工作。本系統主要由電池方陣、常規并網逆變器、蓄能器、雙向變流器、柴油發電機等組成。柴油機與雙向逆變器（可調節的頻率和電壓）分別或聯合組網，傳統的并網式逆變器（每臺*多數十kW）可以通過通信線路并行操作，實現對微網的能源管理。在太陽能微網系統中，太陽能光伏電站可以與水輪機、柴油發電機并聯。采用微網能源管理系統，實現了光伏發電和水輪機的協同工作。西藏獅泉河地區的電力網絡建設，能夠滿足電力市場的需要。考慮到氣候變化，太陽能發電站的*大輸出功率將達到35%，以下是10MWp的計算（因為太陽能發電站建成后，電力供應不足，根據電池容量，只能處理一到兩次）。儲能系統是整個電廠的總投資，儲能系統的選型、選型、主要技術參數的確定、運行管理等都關系到儲能系統的安全性、穩定性和經濟性，因此需要對儲能系統進行多方位的分析和合理的選擇。假設在全功率狀態下，因氣候原因而突然下降到35%，則需要柴油機或水電站承受10MWp的65%，也就是6.5MW，如果獅泉河水電站和系統的柴油機都是冷備用，不能提供旋轉備用容量。因此6.5MW的負載都要通過蓄能系統來進行，在不降低頻率的前提下，根據一定的余量，對7MW的負載進行了計算。在水輪發電機的起動過程中，儲能系統的電力輸出是由蓄能系統承擔的，該系統的功率下降到35%，直至達到7000kW的負載，因為從停機到滿載約需6min左右時間，因此蓄能系統能持續輸出7000kW的能量，并保持10min。在*惡劣的工況下，蓄能系統應在無法充電的情況下進行兩次連續放電，而且由于距離太遠，不適合頻繁的維修和更換，因此對儲能系統的容量和使用壽命都有很大的影響。

3.2儲能系統方案策劃

目前全球電力儲能技術主要有物理儲能、化學儲能和電磁儲能三大類，不同類型的儲能具有各自的特點，為不同的大規模儲能應用提供了多樣化的選擇。

（1）物理儲能

目前*成熟的物理儲能技術是利用抽水蓄能技術，它的能源轉化效率高達75%，主要應用于電網的削峰填谷、調頻調等。抽水蓄能電站建設對當地地形、水文條件有很高的要求，而獅泉河地區的建設周期、成本和難度都比較大，難以滿足短期內與太陽能發電的協調發展。另一種物理儲能是飛輪儲能，它的特點是壽命長，無污染，但能量密度低，不宜單獨使用，而且能源消耗高，操作成本高。

（2）化學儲能

化學蓄積技術是一種比較成熟的技術，但是由于其不易控制，很難得到廣泛的推廣。目前，化學儲能技術主要包括：鈉硫電池儲能、液流電池儲能、磷酸鐵鋰電池儲能、鉛酸電池儲能、*級電容儲能等。

①鈉硫電池儲能

鈉硫電池是一種新的化學能源，它的出現使化學儲能技術迅速發展。鈉硫電池因其體積小、容量大、壽命長、效率高而被廣泛用于電網的儲能領域，如削峰填谷、應急電源、風力發電等。此外，由于鈉硫電池工作溫度高，存在安全隱患，且制造過程繁瑣，目前多數為日本企業所擁有，且價格昂貴，因此很難實現國內進口。

②液流礬電池儲能

釩液流電池是一種以釩為主要活性材料的循環流式電解槽。將釩電池的電能儲存在不同價態釩離子的硫酸溶液中，然后利用外部泵將其注入到蓄電池中。而液流礬電池的優勢就在于它的高能量密度和的放電深度，但由于正極和負極之間存在著相互污染和嚴重的環境問題，所以在大規模應用之前，需要先解決這些問題，然后才能充分發揮其技術優勢。

③*級電容儲能

*級電容蓄能設備主要包括*級電容器組、雙向DC/DC轉換器和相應的控制電路。其技術難點在于電容器的電壓平衡與控制策略，以及逆變器的拓撲結構與控制方式。此外，電容儲能設備通常是一種快速反應的儲能系統，具有較快的動態響應，且具有較低的時間消耗。但它的能量密度較小，單位成本較高，因此不宜將其作為大規模的儲能系統，尤其是在不合理使用的情況下。

（3）電磁儲能

電磁儲能目前發展較受成本制約，如超導電磁儲能等，成本高且技術不夠成熟，不具備大規模推廣的價值。根據該項目的需求，當太陽能發電量降低時，儲能系統應能夠提供充足的電力，以支持系統的電壓，確保電網的穩定運行。而目前，用于儲能系統的逆變器都是采用電流源的雙向逆變器，這種逆變器只能根據系統的電壓變化來模擬其電壓，從而使其輸出電流，而不能支持系統的電壓。所以針對此類情況，電磁儲能主要可分為鉛酸蓄電池儲能與磷酸鐵鋰電池儲能兩種類型。

①鉛酸蓄電池儲能

鉛酸電池技術成熟，成本低廉，是目前*成熟的一種儲能技術。但由于其操作溫度高、能量密度小、放電深度低（一般放電深度不宜大于30%，特殊使用時不宜超過50%)，因此，在大規模的能源存儲系統中，尤其是在氣候條件惡劣、交通不便的情況下，將會受到技術條件的限制。例如，鉛酸蓄電池制造時所產生的酸霧，也會對環境造成一定的污染，不符合環保要求。

②磷酸鐵鋰電池

磷酸鐵鋰是近年來發展比較快的一種新型電池，它以其高能量密度、長周期、大放電深度和高放電電流而受到廣泛關注。現在，像比亞迪這樣的企業，已經把它應用到了電動車的能量存儲系統中，并且在大規模的電力系統中得到了應用。磷酸鐵鋰電池在正常工作狀態下的放電深度超過80%，在成組后可以進行1500次以上的充電和放電，對于經常充電和放電的場合是十分適用的。然而，由于其對充放電系統的控制要求比較高，從而限制了它的發展。結合項目的具體情況，如果選用LRA電池，以40%的放電深度進行分析，并在合理的裕度下，應配備7000千伏的電池。如果用磷酸鐵鋰電池做能量存儲單元，以80%的放電深度計算，則需要3500kVAh的磷酸鐵鋰電池。但是，考慮到1~2次的深度放電需求，以及維修和更換電池的成本，磷酸鐵鋰電池的*性就更加突出了。建議在該項目中使用磷酸鐵鋰作為能量存儲系統。

（4）光熱儲能

光熱蓄能器又稱為聚焦式太陽能熱儲存，利用各種物理方法將直接的陽光集中在一起，形成高溫、高壓的水蒸氣，由蒸汽機帶動渦輪機發電。根據不同的集熱器形式，又可分為太陽能槽式熱儲能、太陽能塔式熱儲能和太陽能碟式熱儲能三種。

①太陽能槽式熱儲能

槽式太陽熱發電系統全稱為槽式拋物面式太陽能熱發電系統，它是利用多個槽形拋物面聚光集熱器，以串聯、并聯的形式對工質進行加熱，產生高溫蒸汽來進行太陽能發電。另外，槽型光熱循環系統還可以利用多能互補的方式，充分發揮其儲存的優點，通過縮短發電量的時間，來降低初期的資金投入與發電成本。

②太陽能塔式熱儲能

塔式光熱發電技術是利用大型定日鏡對太陽進行實時追蹤，并將太陽能集中于塔頂的熱吸收設備，以高溫熔鹽進行蓄熱，然后利用熱和熱形成高溫高壓蒸汽，由蒸汽渦輪帶動發電機發電，實現光、熱、機械、電能的轉換。采用不同的熔鹽進行共晶化處理，達到容量大、安全可靠、低成本、高品位的能量儲存，以改進整個系統的可靠性。

③太陽能碟式熱儲能

太陽能碟式熱儲能作為世界上*早出現的太陽能動力系統，其主要是以拋物面為的反射鏡，將其內部的熱量加熱至750攝氏度，從而帶動引擎產生電能。此外，與光電技術相比，碟式太陽能熱發電具有較低的空氣阻力、較低的發射質量和較低的運行費用。

④線性菲尼爾光熱儲能

線性菲涅爾式聚光系統主要包括三個部件：主反射鏡陣列(聚光鏡場)、跟蹤控制裝置和接收器。其主要原理就是沿南北方向或東西方向對稱排列，主反射鏡在跟蹤裝置的控制下軸線上自動跟蹤太陽，將太陽光聚集到接收裝置上，而另一部分通過復合拋物面二次聚光器反射并投影到一個真空集熱器上.集熱管在吸收了太陽輻射之后，通過管道中的熱傳遞工質（水、導熱油、熔鹽）進行加熱儲能。此外，.CPC線性菲涅爾式聚光集熱系統.菲涅爾式光熱電站的導熱主要是在高溫介質上，而高溫介質可以大量地進行低成本的存儲，這就使太陽能光熱與大規模的儲能技術息息相關。

3.3儲能系統運行方式確定

根據該項目的需求，當太陽能發電量降低時，儲能系統應能夠提供充足的電力，以支持系統的電壓。目前，用于儲能系統的逆變器都是采用電流源的雙向逆變器，這種逆變器只能根據系統的電壓變化來模擬其電壓，從而使其輸出電流，而不能支持系統的電壓。

但目前，電源型雙向逆變器的單體容量太少，不能并聯，只能用于小型電廠，不能用于譬如阿里地區的大規模微型電網建設。鑒于項目工期的緊迫性，大容量并聯電壓源雙向逆變器的技術瓶頸還沒有被解決，因此，在發電能力降低的情況下，電站將其作為電力供應。在大容量可并聯電壓源雙向逆變器技術成熟后，為確保獅泉河電網安全可靠地進行技術改造，并對其進行了相應的改造，以適應多種供電方式同時調度的需要。

4、Acrel-2000MG微電網能量管理系統概述

4.1概述

Acrel-2000MG微電網能量管理系統，是我司根據新型電力系統下微電網監控系統與微電網能量管理系統的要求，總結國內外的研究和生產的經驗，專門研制出的企業微電網能量管理系統。本系統滿足光伏系統、風力發電、儲能系統以及充電樁的接入，全天候進行數據采集分析，直接監視光伏、風能、儲能系統、充電樁運行狀態及健康狀況，是一個集監控系統、能量管理為一體的管理系統。該系統在安全穩定的基礎上以經濟優化運行為目標，促進可再生能源應用，提高電網運行穩定性、補償負荷波動；有效實現用戶側的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷，提高電力設備運行效率、降低供電成本。為企業微電網能量管理提供安全、可靠、經濟運行提供了全新的解決方案。

微電網能量管理系統應采用分層分布式結構，整個能量管理系統在物理上分為三個層：設備層、網絡通信層和站控層。站級通信網絡采用標準以太網及TCP/IP通信協議，物理媒介可以為光纖、網線、屏蔽雙絞線等。系統支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

4.2技術標準

本方案遵循的標準有：

本技術規范書提供的設備應滿足以下規定、法規和行業標準：

GB/T26802.1-2011工業控制計算機系統通用規范1部分：通用要求

GB/T26806.2-2011工業控制計算機系統工業控制計算機基本平臺2部分：性能評定方法

GB/T26802.5-2011工業控制計算機系統通用規范5部分：場地安全要求

GB/T26802.6-2011工業控制計算機系統通用規范6部分：驗收大綱

GB/T2887-2011計算機場地通用規范

GB/T20270-2006信息安全技術網絡基礎安全技術要求

GB50174-2018電子信息系統機房設計規范

DL/T634.5101遠動設備及系統5-101部分:傳輸規約基本遠動任務配套標準

DL/T634.5104遠動設備及系統5-104部分:傳輸規約采用標準傳輸協議子集的IEC60870-5-網絡訪問101

GB/T33589-2017微電網接入電力系統技術規定

GB/T36274-2018微電網能量管理系統技術規范

GB/T51341-2018微電網工程設計標準

GB/T36270-2018微電網監控系統技術規范

DL/T1864-2018獨立型微電網監控系統技術規范

T/CEC182-2018微電網并網調度運行規范

T/CEC150-2018低壓微電網并網一體化裝置技術規范

T/CEC151-2018并網型交直流混合微電網運行與控制技術規范

T/CEC152-2018并網型微電網需求響應技術要求

T/CEC153-2018并網型微電網負荷管理技術導則

T/CEC182-2018微電網并網調度運行規范

T/CEC5005-2018微電網工程設計規范

NB/T10148-2019微電網1部分：微電網規劃設計導則

NB/T10149-2019微電網2部分：微電網運行導則

4.3適用場合

系統可應用于城市、高速公路、工業園區、工商業區、居民區、智能建筑、海島、無電地區可再生能源系統監控和能量管理需求。

4.4型號說明

4.5系統配置

4.5.1系統架構

本平臺采用分層分布式結構進行設計，即站控層、網絡層和設備層，詳細拓撲結構如下：

圖1典型微電網能量管理系統組網方式

4.6系統功能

4.6.1實時監測

微電網能量管理系統人機界面友好，應能夠以系統一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各回路斷路器、隔離開關等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。其中，各子系統回路電參量主要有：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數、頻率和正向有功電能累計值；狀態參數主要有：開關狀態、斷路器故障脫扣告警等。

系統應可以對分布式電源、儲能系統進行發電管理，使管理人員實時掌握發電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態及發電單元與儲能單元運行功率設置等。

系統應可以對儲能系統進行狀態管理，能夠根據儲能系統的荷電狀態進行及時告警，并支持定期的電池維護。

微電網能量管理系統的監控系統界面包括系統主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統信息進行顯示。

圖2系統主界面

子界面主要包括系統主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統計列表等。

4.6.1.1光伏界面

圖3光伏系統界面

本界面用來展示對光伏系統信息，主要包括逆變器直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、并網柜電力監測及發電量統計、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、輻照度/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。

4.6.1.2儲能界面

圖4儲能系統界面

本界面主要用來展示本系統的儲能裝機容量、儲能當前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

5、結語

總之，新能源發展迅速，風電、光電等新能源在電網中占有較大比例，但新能源的發電量具有不確定性和不可調度性，給電網的穩定性造成了潛在威脅。同時由于我國具有良好的風、光資源，又處于電力網絡相對薄弱的區域，這使得國內部分地區的新能源開發面臨著技術瓶頸，經過儲能技術的不斷研究，為保證電力的運輸，制定了新能源發電的政策，要求新能源的發電量不得超過10%~15%，并在滿足新能源發展的條件下，滿足新能源的發展需求。

參考文獻

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[5]安科瑞企業微電網設計與應用設計.

作者簡介

翟雪玲，女，現任職安科瑞電氣股份有限公司。