分布式光伏與儲能協(xié)調控制策略的應用分析
劉建鵬
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(zhèn)江地調開展分布式電源光儲協(xié)控試點應用，開展光儲協(xié)調控制策略研究，實時采集分布式光伏電站、儲能電站、試點變電站運行數(shù)據(jù)，根據(jù)氣象信息預測光伏出力，實時調整儲能出力，實現(xiàn)儲能對分布式電源功率波動的平抑。
關鍵詞：分布式光伏；儲能；協(xié)調控制；告警策略
目前鎮(zhèn)江地區(qū)光伏發(fā)電屬于隨機性、間歇性電源，出力存在較大的波動性。因此大量的分布式光伏發(fā)電接入電網(wǎng)會嚴重降低負荷預測準確率，造成電網(wǎng)波動，影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。鎮(zhèn)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，能夠毫秒級實現(xiàn)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性。針對光伏發(fā)電的隨機性、波動性、間歇性特征，對分布式光伏進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)定運行的重要手段。發(fā)揮儲能的調節(jié)作用，通過光儲協(xié)調控制，實現(xiàn)儲能平抑分布式光伏出力波動，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)模型擴展10千伏的分布式電站模型，并實現(xiàn)圖模一體管理；分布式光伏控制平臺獲取實時處理計算的模型，并完成從地區(qū)調控自動化系統(tǒng)接入運行實時信息并下發(fā)控制指令。
圖1 數(shù)據(jù)流向圖
如圖1所示，鎮(zhèn)江光儲協(xié)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)來源主要有兩個：1區(qū)調度自動化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)域超短期功率預測數(shù)據(jù)。光儲協(xié)控命令通過光纖專線通道下發(fā)。
綜合考慮上一時間間隔的儲能出力、儲能SOC值，以及預測的下一時間間隔分布式光伏總出力，對下一時間儲能出力進行計算，當光伏變化為正且儲能SOC在可行范圍時，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，光儲協(xié)控系統(tǒng)與D5000前置系統(tǒng)通過104規(guī)約進行通信。上行通道將儲能電站遙測、遙信數(shù)據(jù)轉發(fā)給光儲協(xié)控系統(tǒng)；同時，光儲協(xié)控系統(tǒng)通過該接口將遙調遙控命令由D5000前置系統(tǒng)下發(fā)給儲能電站，實現(xiàn)光儲協(xié)控系統(tǒng)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補償量以提高數(shù)據(jù)同步性。減小了時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%中時采用濾波控制策略，當達到此邊界時就切換為限制光伏*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。
在試運行期間，省調暫時退出試點區(qū)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(tǒng)進行光儲協(xié)調控制。根據(jù)光伏的出力情況，實時調整儲能電站出力，實現(xiàn)儲能對分布式電源功率波動的平抑分析，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
光伏與光儲協(xié)控混合出力曲線如圖2所示，從圖中可見，經(jīng)光儲協(xié)調控制后的出力曲線較為平滑，波動率明顯降低，實現(xiàn)儲能對分布式電源功率波動的平抑運行。
Acrel-2000MG 儲能能量管理系統(tǒng)是安科瑞專門針對工商業(yè)儲能 電站研制的本地化能量管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)了儲能電站的數(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、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，包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等。該系統(tǒng)不 僅可以實現(xiàn)下級各儲能單元的統(tǒng)一監(jiān)控和管理，還可以實現(xiàn)與上級調 度系統(tǒng)和云平臺的數(shù)據(jù)通訊與交互，既能接受上級調度指令，又可以 滿足遠程監(jiān)控與運維，確保儲能系統(tǒng)安全、穩(wěn)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）實時監(jiān)管
對微電網(wǎng)的運行進行實時監(jiān)管，包含市電、光伏、風電、儲能、充電樁及用電負荷，同時也包括收益數(shù)據(jù)、天氣狀況、節(jié)能減排等信息。
（2）智能監(jiān)控
對系統(tǒng)環(huán)境、光伏組件、光伏逆變器、風電控制逆變一體機、儲能電池、儲能變流器、用電設備等進行實時監(jiān)測，掌握微電網(wǎng)系統(tǒng)的運行狀況。
（3）功率預測
對分布式發(fā)電系統(tǒng)進行短期、超短期發(fā)電功率預測，并展示合格率及誤差分析。
（4）電能質量
實現(xiàn)整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質量和電能可靠性狀況進行持續(xù)性的監(jiān)測。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)進行監(jiān)測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進行監(jiān)測。
（5）可視化運行
實現(xiàn)微電網(wǎng)無人值守，實現(xiàn)數(shù)字化、智能化、便捷化管理;對重要負荷與設備進行不間斷監(jiān)控。
（6）優(yōu)化控制
通過分析歷史用電數(shù)據(jù)、天氣條件對負荷進行功率預測，并結合分布式電源出力與儲能狀態(tài)，實現(xiàn)經(jīng)濟優(yōu)化調度，以降低尖峰或者高峰時刻的用電量，降低企業(yè)綜合用電成本。
（7）收益分析
用戶可以查看光伏、儲能、充電樁三部分的每天電量和收益數(shù)據(jù)，同時可以切換年報查看每個月的電量和收益。
（8）能源分析
通過分析光伏、風電、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(tǒng)組成、基礎參數(shù)、運行策略及統(tǒng)計值進行設置。其中策略包含計劃曲線、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 | 說明 |
1 | 能量管理系統(tǒng) | Acrel-2000MG |
| 內(nèi)部設備的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，由通信管理機、工業(yè)平板電腦、串口服務器、遙信模塊及相關通信輔件組成。 數(shù)據(jù)采集、上傳及轉發(fā)至服務器及協(xié)同控制裝置 策略控制:計劃曲線、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)控主機提供后備電源 |
4 | 打印機 | HP108AA4 |
| 用以打印操作記錄，參數(shù)修改記錄、參數(shù)越限、復限，系統(tǒng)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)絡交換機 | D-LINKDES-1016A16 |
| 提供16口百兆工業(yè)網(wǎng)絡交換機解決了通信實時性、網(wǎng)絡安全性、本質安全與安全防爆技術等技術問題 |
7 | GPS時鐘 | ATS1200GB |
| 利用gps同步衛(wèi)星信號，接收1pps和串口時間信息，將本地的時鐘和gps衛(wèi)星上面的時間進行同步 |
8 | 交流計量電表 | AMC96L-E4/KC |
| 電力參數(shù)測量(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)、復費率電能計量、 四象限電能計量、諧波分析以及電能監(jiān)測和考核管理。多種外圍接口功能:帶有RS485/MODBUS-RTU協(xié)議:帶開關量輸入和繼電器輸出可實現(xiàn)斷路器開關的"遜信“和“遙控"的功能 |
9 | 直流計量電表 | PZ96L-DE |
| 可測量直流系統(tǒng)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(shù)據(jù)轉換、開關量輸入/輸出等功能 |
10 | 電能質量監(jiān)測 | APView500 |
| 實時監(jiān)測電壓偏差、頻率俯差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、諾波等電能質量，記錄各類電能質量事件,定位擾動源。 |
11 | 防孤島裝置 | AM5SE-IS |
| 防孤島保護裝置，當外部電網(wǎng)停電后斷開和電網(wǎng)連接 |
12 | 箱變測控裝置 | AM6-PWC |
| 置針對光伏、風能、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(jù)不同的采集規(guī)的進行水表、氣表、電表、微機保護等設備終端的數(shù)據(jù)果集匯總: 提供規(guī)約轉換、透明轉發(fā)、數(shù)據(jù)加密壓縮、數(shù)據(jù)轉換、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)轉發(fā)，可多鏈路上送平臺據(jù): |
14 | 串口服務器 | Aport |
| 功能:轉換“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)空調的開關，調溫，及斷電(二次開關實現(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等設備 |
15 | 遙信模塊 | ARTU-K16 |
| 1)反饋各個設備狀態(tài)，將相關數(shù)據(jù)到串口服務器: 讀消防VO信號，并轉發(fā)給到上層(關機、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)輔助服務的動態(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，采用儲能電站進行補償實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(nèi)，降低電網(wǎng)運行備用成本。通過儲能濾除新能源發(fā)電波動功率，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].電源學報,2018,16(2): 76-82
[2]楊苓,羅安,陳燕東.LCL型逆變器的魯棒延時補償并網(wǎng)控制方法及穩(wěn)定性分析[J].電網(wǎng)技術,2015,39(11):3102-3108
[3]米陽,吳彥偉.獨立光儲直流微電網(wǎng)分層協(xié)調控制[J].電力系統(tǒng)保護與控制, 2017, 45(8): 37-44
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[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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