浅谈光伏储能耦参与调峰的运行优化策略

安科瑞程瑜 2024-08-08 108

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程瑜

安科瑞电气股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：本文主要研究了“光伏-储能”耦合参与调峰的配电网运行优化配置问题。随着光伏发电在配电网中的广泛应用，如何有效利用光伏发电并解决其随机性和间歇性问题成为了关键。通过引入储能系统，可以实现光伏发电与储能的优化配置，提高配电网的稳定性和经济性。首先分析了“光伏-储能”型配电网的供能关系，然后确定配电网耦合调峰作用的实施效果，调节相关电力储能设备，实现对“光伏-储能”配电网的运行优化。

关键词：光伏-储能；耦合调峰；配电网；运行配置

0引言

随着可再生能源的快速发展，光伏发电在配电网中的地位日益重要。然而，光伏发电的随机性和间歇性给电网的稳定运行带来了挑战。储能技术作为一种有效的调节手段，可以弥补光伏发电的不足，提高电网的稳定性。因此，研究“光伏-储能” 耦合参与调峰的配电网运行优化配置具有重要的现实意义和理论价值。本文旨在探讨如何通过优化配置光伏和储能系统，实现配电网的稳定运行和有效调度。通过合理的“光伏-储能”耦合配置，有望解决光伏发电并网带来的技术难题，提高配电网的供电可靠性和经济性。此外，该研究还可为未来智能电网的建设和发展提供有益的参考。

1“光伏-储能”型配电网的供能关系分析

光伏发电的特性决定了其输出的电能与日照强度密切相关。在光照充足的情况下，光伏发电能够为电网提供大量的电能；而在阴雨天或夜晚，其输出将大幅降低，甚至为零。这种不稳定性给电网的运行带来了困扰。而储能系统则能很好地弥补这一缺陷。储能系统的主要功能在于存储电能，并在需要时释放，以平衡电网负荷、提高能源利用效率。在光伏发电系统中，储能系统可以在光照充足时存储多余的电能，然后在光照不足或电力需求高峰时释放这些电能，从而确保电力系统的连续、稳定供电。这种功能特性使得储能系统成为光伏发电系统不可或缺的组成部分。

在供能关系上，光伏发电和储能系统形成了紧密的互补关系。一方面，光伏发电为储能系统提供了的电能，使得储能系统能够不断积累能量，以备不时之需。另一方面，储能系统则通过存储和释放电能，平衡了光伏发电系统的不稳定输出，使得整个电力系统能够更加稳定、可靠地运行。此外，两者的供能关系还体现在提高能源利用效率方面。由于光伏发电受天气条件影响较大，有时会出现电力过剩或不足的情况。通过储能系统的调节，可以将过剩的电能存储起来，在需要时再释放出来，从而避免了电能的浪费。同时，储能系统还可以根据电力需求的变化智能调度电能的存储与释放，使得整个电力系统的运行更加有效、经济。除了互补性和提高能源利用效率外，光伏发电和储能系统在供能关系上还具有其他优势。例如，它们可以为偏远地区提供电力供应。由于偏远地区往往缺乏稳定的电力供应来源，传统的电网建设成本高昂且难以覆盖。而光伏发电和储能系统则可以通过组合成一个独立的离网系统，为这些地区提供稳定、可靠的电力供应，推动当地的经济和社会发展。

然而，当前光伏发电和储能系统的发展仍面临一些挑战和问题。例如，储能技术的成本、寿命和安全性等方面仍需进一步改进和提升；同时，如何更好地整合和优化光伏发电和储能系统的运行和管理，提高其整体效率和稳定性，也是需要不断探索和研究的问题。为了实现“光伏-储能”型配电网的优化配置，需要综合考虑光伏发电的特性、储能技术的特点以及电网的运行需求。通过合理的配置，可以降低电网的运行成本，提高可再生能源的利用率，并保证电网的安全稳定运行。

2配电网的耦合调峰作用效果

配电网的耦合调峰作用效果主要表现在以下几个方面：

（1）有效解决峰谷负荷差问题：通过电力调峰，根据电力供需情况灵活调整电力的生产和消费，可以平衡电力系统的供需关系，有效解决电力系统中出现的峰谷负荷差异问题，维持电网的稳定运行。

（2）提升电力供应可靠性：电力调峰作为一种灵活的电力管理手段，能合理调配电力资源，确保供电能够满足峰值需求，同时避免资源的浪费。

（3）应对新能源并网带来的挑战：随着新能源的大规模并网，电力系统的调度运行面临着更大的挑战。通过电力调峰，可以充分利用可再生能源的特性，提高新能源的消纳率，降低其对传统电网的冲击。

（4）提升配电系统的经济性：通过优化配置分布式能源、储能装置和各类负荷间的互动，可以降低配电系统的运行成本，提高其经济性[3]。同时，利用储能电站进行调峰，能在负荷低谷时储存电能，在负荷高峰时释放电能，有助于缓解高峰期的电力供需缺口。

总的来说，配电网的耦合调峰作用效果对于电力系统的稳定运行、能源结构的优化以及环保节能等方面都具有积极的意义。然而，实现这些效果需要依赖调度控制技术、负荷预测以及完善的电网基础设施等条件。因此，在实际应用中，需要综合考虑各种因素，制定合理的调峰策略，以充分发挥配电网的耦合调峰作用。

3“光伏-储能”配电网的运行优化

“光伏-储能”配电网的运行优化，是一项较为复杂的储能量耦合调峰行为，需注意负荷模型、光伏特性、储能技术、优化算法和智能调度等多方面问题。

为了解决上述问题，实现光伏储能配电网运行优化，一般需要引入储能系统来平滑光伏发电的输出功率。储能系统可以在光照充足时存储多余的电能，在光照不足或电力需求高峰时释放电能，从而平衡电网负荷，提高电力系统的稳定性。此外，储能系统还可用于应对突发事件或电力短缺情况，确保电力系统的连续供电。

在光伏与储能系统的协同作用下，配电网的运行优化策略如下：

（1）电压管理：通过合理地配置和管理光伏与储能系统，可以有效地控制配电网的电压水平。当光伏发电系统输出功率过高时，储能系统可以吸收多余的电能，降低电网电压；当电力需求高峰时，储能系统可以释放电能，提高电网电压。这样可以确保电网电压的稳定性和可靠性，减少因电压波动引起的设备损坏和停电事故。

（2）功率平衡：光伏与储能系统的引入使得配电网的功率平衡更加灵活和可控。通过实时监测和调整光伏系统的输出功率和储能系统的充放电状态，可以确保电网的功率平衡，避免电力短缺或过剩的情况发生。

（3）能源利用效率：通过优化光伏与储能系统的运行策略，可以提高能源利用效率。例如，可以根据天气预报和电力需求预测，提前调整储能系统的充放电计划，以有效地利用可再生能源。此外，还可以通过优化配电网的拓扑结构和设备选型，降低电能传输和转换过程中的损耗。

（4）智能化管理：随着物联网、大数据等技术的发展，配电网的智能化管理水平不断提高。通过实时监测和分析光伏与储能系统的运行状态和数据，可以及时发现并解决潜在问题，提高配电网的安全性和可靠性。同时，还可以利用这些数据优化配电网的运行策略，提高电力系统的整体性能。

4 安科瑞 Acrel-2000MG微电网能量管理系统

4.1概述

Acrel-2000MG 储能能量管理系统是安科瑞专门针对工商业储能电站研制的本地化能量管理系统，可实现了储能电站的数据采集、数据处理、数据存储、数据查询与分析、可视化监控、报警管理、统计报表、策略管理、历史曲线等功能。其中策略管理，支持多种控制策略选择，包含计划曲线、削峰填谷、需量控制、防逆流等。该系统不仅可以实现下级各储能单元的统一监控和管理，还可以实现与上级调度系统和云平台的数据通讯与交互，既能接受上级调度指令，又可以满足远程监控与运维，确保储能系统安全、稳定、可靠、经济运行。

4.2应用场景

适用于工商业储能电站、新能源配储电站。

4.3系统结构

4.4系统功能

（1）实时监管

对微电网的运行进行实时监管，包含市电、光伏、风电、储能、充电桩及用电负荷，同时也包括收益数据、天气状况、节能减排等信息。

（2）智能监控

对系统环境、光伏组件、光伏逆变器、风电控制逆变一体机、储能电池、储能变流器、用电设备等进行实时监测，掌握微电网系统的运行状况。

（3）功率预测

对分布式发电系统进行短期、超短期发电功率预测，并展示合格率及误差分析。

（4）电能质量

实现整个微电网系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续性的监测。如电压谐波、电压闪变、电压不平衡等稳态数据和电压暂升/暂降、电压中断暂态数据进行监测分析及录波展示，并对电压、电流瞬变进行监测。

（5）可视化运行

实现微电网无人值守，实现数字化、智能化、便捷化管理;对重要负荷与设备进行不间断监控。

（6）优化控制

通过分析历史用电数据、天气条件对负荷进行功率预测，并结合分布式电源出力与储能状态，实现经济优化调度，以降低尖峰或者高峰时刻的用电量，降低企业综合用电成本。

（7）收益分析

用户可以查看光伏、储能、充电桩三部分的每天电量和收益数据，同时可以切换年报查看每个月的电量和收益。

（8）能源分析

通过分析光伏、风电、储能设备的发电效率、转化效率，用于评估设备性能与状态。

（9）策略配置

微电网配置主要对微电网系统组成、基础参数、运行策略及统计值进行设置。其中策略包含计划曲线、削峰填谷、需量控制、新能源消纳、逆功率控制等。

5硬件及其配套产品

序号	设备	型号	图片	说明
1	能量管理系统	Acrel-2000MG

	内部设备的数据采集与监控，由通信管理机、工业平板电脑、串口服务器、遥信模块及相关通信辅件组成。数据采集、上传及转发至服务器及协同控制装置策略控制:计划曲线、需量控制、削峰填谷、备用电源等
2	显示器	25.1英寸液晶显示器	系统软件显示载体
3	UPS电源	UPS2000-A-2-KTTS	为监控主机提供后备电源
4	打印机	HP108AA4	用以打印操作记录，参数修改记录、参数越限、复限，系统事故，设备故障，保护运行等记录，以召唤打印为主要方式
5	音箱	R19U	播放报警事件信息
6	工业网络交换机	D-LINKDES-1016A16	提供 16 口百兆工业网络交换机解决了通信实时性、网络安全性、本质安全与安全防爆技术等技术问题
7	GPS时钟	ATS1200GB	利用 gps 同步卫星信号，接收 1pps 和串口时间信息，将本地的时钟和 gps 卫星上面的时间进行同步
8	交流计量电表	AMC96L-E4/KC	电力参数测量(如单相或者三相的电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率,频率、功率因数等)、复费率电能计量、四象限电能计量、谐波分析以及电能监测和考核管理。多种外围接口功能:带有RS485/MODBUS-RTU 协议:带开关量输入和继电器输出可实现断路器开关的"遜信“和“遥控”的功能
9	直流计量电表	PZ96L-DE	可测量直流系统中的电压、电流、功率、正向与反向电能。可带 RS485 通讯接口、模拟量数据转换、开关量输入/输出等功能
10	电能质量监测	APView500	实时监测电压偏差、频率俯差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、诺波等电能质量，记录各类电能质量事件,定位扰动源。
11	防孤岛装置	AM5SE-IS	防孤岛保护装置，当外部电网停电后断开和电网连接
12	箱变测控装置	AM6-PWC	置针对光伏、风能、储能升压变不同要求研发的集保护，测控，通讯一体化装置，具备保护、通信管理机功能、环网交换机功能的测控装置
13	通信管理机	ANet-2E851	能够根据不同的采集规的进行水表、气表、电表、微机保护等设备终端的数据果集汇总: 提供规约转换、透明转发、数据加密压缩、数据转换、边缘计算等多项功能:实时多任务并行处理数据采集和数据转发，可多链路上送平台据:
14	串口服务器	Aport	功能:转换“辅助系统"的状态数据，反馈到能量管理系统中。 1)空调的开关，调温，及完全断电(二次开关实现) 2)上传配电柜各个空开信号 3)上传 UPS 内部电量信息等 4)接入电表、BSMU 等设备
15	遥信模块	ARTU-K16	1)反馈各个设备状态，将相关数据到串口服务器: 读消防 VO信号，并转发给到上层(关机、事件上报等) 2)采集水浸传感器信息，并转发3)给到上层(水浸信号事件上报) 4)读取门禁程传感器信息，并转发