程瑜 安科瑞
摘要:近年來,環(huán)境污染、能源短缺等問題愈加嚴(yán)重,大力發(fā)展光伏發(fā)電技術(shù)是解決這些問題的一個有效措施。本文對光伏與儲能一體化系統(tǒng)控制技術(shù)進一步的研討。
關(guān)鍵詞:光儲系統(tǒng);一體化系統(tǒng);控制技術(shù);應(yīng)用
一、儲能技術(shù)在光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用
由于太陽能的不可控性,致使光伏電池的輸出功率無法預(yù)測,所以近年來儲能技術(shù)在光伏發(fā)電領(lǐng)域得到了廣泛的利用,獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)更是離不開儲能裝置,因此都在大力研究儲能技術(shù),我國也不例外。在發(fā)電系統(tǒng)中,常常存在負(fù)載和發(fā)電之間的功率不匹配問題,由于缺乏大規(guī)模發(fā)電系統(tǒng)的平衡機制,這種現(xiàn)象在小規(guī)模的發(fā)電系統(tǒng)中可能更為嚴(yán)重,因此儲能裝置需要經(jīng)常被采用。現(xiàn)在為常見的仍舊是蓄電池和超級電容器,這兩種儲能方式的控制技術(shù)比較成熟,可靠性也比較高,在實際系統(tǒng)中常常將二者綜合起來使用,用以改善儲能裝置的特性。
二、光儲系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略
1.光儲系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
光伏發(fā)電指的是通過光生伏應(yīng)在光伏電池板上將太陽能直接轉(zhuǎn)變成電能的發(fā)電形式,依據(jù)是否與電網(wǎng)相連分為兩大類,光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要有兩類,類是不帶有儲能單元的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),另一類是帶有儲能單元的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。不帶有儲能單元的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),這種系統(tǒng)可控性極差,給負(fù)載提供能量完全依靠光伏電池板所處的環(huán)境,但是因為不帶有儲能單元,降低了生產(chǎn)成本以及由此產(chǎn)生的運行和后期維護費用,同時也消除了部分儲能單元對環(huán)境所造成的潛在污染。如圖1是不帶有儲能的光伏發(fā)電系統(tǒng);
圖2是帶有儲能單元的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),這類系統(tǒng)因為存在儲能部分,所以需要單獨的DC-DC電路來給儲能單元進行充放電處理,在一定程度上增加了控制的難度。依據(jù)儲能單元連接的母線類型,這類光伏系統(tǒng)包括直流母線類型和交流母線類型兩種。
2.蓄電池剩余容量檢測
從本質(zhì)上來講,蓄電池是一種化學(xué)電池,這就決定了其使用壽命是有限的,為了降低電池系統(tǒng)的維護成本、提高電池的效率和使用壽命,對蓄電池進行相應(yīng)的監(jiān)控已成為蓄電池應(yīng)用不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)之一。電池管理系統(tǒng)的作用就是實時監(jiān)測整個電池系統(tǒng)的狀態(tài),包括電池組的溫度、健康狀態(tài)、剩余容量等要素,同時對電池的充電與放電模式控制,從而實現(xiàn)電池系統(tǒng)的能量管理,其中準(zhǔn)確估算蓄電池的荷電狀態(tài)(SOC)是電池管理系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。蓄電池的荷電狀態(tài)(SOC)可以認(rèn)為是當(dāng)下時刻電池可用容量與總的可用容量的比值,其定義式如下,其中Qt代表當(dāng)前時刻蓄電池剩余的可用容量,QO代表蓄電池總的可用容量。
3.光儲系統(tǒng)整體控制策略的設(shè)計
在光儲系統(tǒng)中,光伏電池是系統(tǒng)唯一的能量來源,負(fù)載消耗能量,蓄電池的功能是通過能量存儲和釋放以抑制系統(tǒng)功率的波動,在忽略系統(tǒng)的能量損耗時,從能量流動的角度,可以得出光儲系統(tǒng)有以下幾種能量流動的模式:
(1)當(dāng)光伏電池發(fā)出的能量超出負(fù)載消耗的能量時,光伏電池產(chǎn)生的能量一方面流經(jīng)輸出電路來滿足負(fù)載功率的要求,另一方面通過向蓄電池充電的方式將超出部分存儲起來。
(2)當(dāng)光伏電池發(fā)出的能量不能夠滿足負(fù)載消耗的能量時,那么負(fù)載需求的能量一方面由光伏電池自身發(fā)電提供,另一方面通過蓄電池的放電來彌補不足的部分。
(3)當(dāng)光伏電池發(fā)出的能量正好等于負(fù)載消耗的能量時,光伏電池產(chǎn)生的能量全部提供給負(fù)載,此時蓄電池的工作狀態(tài)是不充不放,維持自身的能量不變。
(4)當(dāng)光伏電池不能夠產(chǎn)生能量時,系統(tǒng)的能量來源只能由蓄電池來充當(dāng),滿足負(fù)載消耗的能量,當(dāng)蓄電池也不能滿足負(fù)載的功率需求時,整個光儲系統(tǒng)必停止工作。
光伏運維子站解決方案
安科瑞Acrel1000-DP分布式光伏電站電力監(jiān)控系統(tǒng)為分布式光伏電站運維子系統(tǒng)提供了解決方案,滿足GB/T 38946《分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)集中運維技術(shù)規(guī)范》中對運維子站的相關(guān)技術(shù)要求。
圖2 分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示
圖3 分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)顯示
圖4 分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)展示
光伏運維主站解決方案
安科瑞AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺適用于分布式光伏電站的運維管理。GB/T 38946《分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)集中運維技術(shù)規(guī)范》中對集中運維主站的相關(guān)技術(shù)要求如下:
圖5 分布式光伏電站場站管理及發(fā)電功率實時監(jiān)控
圖6 日月年發(fā)電數(shù)據(jù)報表及逆變器發(fā)電曲線分析
圖7 遙控操作驗證及操作記錄
圖8 告警分級和異常分析
圖9 巡檢管理及用戶報告
圖10 設(shè)備檔案和設(shè)備保養(yǎng)管理
圖11 工單管理和缺陷記錄
系統(tǒng)管理宜具備以下功能:
a)權(quán)限設(shè)置:登錄權(quán)限?場站權(quán)限?功能權(quán)限?數(shù)據(jù)權(quán)限;
b)在線用戶管理:用戶登錄?操作記錄;
c)時間同步:宜采用簡單網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議(SNTP)對時方式,并以此同步各子站;
d)Web功能:主站宜具備相關(guān)數(shù)據(jù)的信息發(fā)布?瀏覽和下載等Web功能?
圖12 用戶權(quán)限配置及用戶狀態(tài)監(jiān)測
光伏發(fā)電功率預(yù)測
運維主站可根據(jù)當(dāng)日光照和溫濕度數(shù)據(jù)預(yù)測光伏電站發(fā)電功率數(shù)據(jù)進行對照,用于驗證光伏電站發(fā)電效率。
圖13 光伏運維主站、子站發(fā)電功率預(yù)測功能
圖14 箱變測控系統(tǒng)圖
通過AcrelEMS可實時監(jiān)控箱變變壓器和高低壓柜電氣參數(shù)、溫度、箱變內(nèi)濕度等數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)超過正常閾值或發(fā)生異常變位時可及時發(fā)出告警信號。
圖15 變壓器及箱變環(huán)境監(jiān)測
光伏運維相關(guān)二次設(shè)備選型
安科瑞提供光伏運維子站、運維主站監(jiān)測軟件、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)和保護測控單元、交直流監(jiān)測多功能儀表及相關(guān)傳感器,具備電能質(zhì)量監(jiān)測和治理裝置,保障光伏電站高效運行。
系統(tǒng)構(gòu)成
根據(jù)NB/T 42091《電化學(xué)儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》,儲能監(jiān)控系統(tǒng)宜采用星型網(wǎng)絡(luò),功率小于1MW且容量小于1MWh的電化學(xué)儲能監(jiān)控系統(tǒng)宜采用單網(wǎng)配置,如圖16。
圖16 電化學(xué)儲能系統(tǒng)單網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
功率為1MW及以上且容量為1MWh及以上的電化學(xué)儲能監(jiān)控系統(tǒng)宜采用雙網(wǎng)配冗余置,如圖17。
圖17 電化學(xué)儲能系統(tǒng)雙網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
監(jiān)測設(shè)備包括BMS、PCS、保護測控設(shè)備、其他設(shè)備(電能計量、絕緣監(jiān)測、消防、空調(diào)、站用直流屏等)。
Acrel-2000MG儲能系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)和AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺能夠?qū)ζ髽I(yè)微電網(wǎng)的源(市電、分布式光伏、微型風(fēng)機)、網(wǎng)(企業(yè)內(nèi)部配電網(wǎng))、荷(固定負(fù)荷和可調(diào)負(fù)荷)、儲能系統(tǒng)、新能源汽車充電負(fù)荷進行實時監(jiān)測和優(yōu)化控制,保護微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)運行安全,實現(xiàn)不同目標(biāo)下源網(wǎng)荷儲資源之間的靈活互動,增加多策略控制下系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。同時促進新能源消納、合理削峰填谷,減少電網(wǎng)建設(shè)投資,提升微電網(wǎng)運行安全,降低運行成本。Acrel-2000MG儲能系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)適合部署在本地,作為實時監(jiān)控、異常告警和策略管理;AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺適用于企業(yè)源網(wǎng)荷儲充運維的一體化管理平臺,并提供移動端數(shù)據(jù)服務(wù)和異常告警。
數(shù)據(jù)采集和處理
監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能通過測控單元及功率變換系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)進行實時信息的采集和處理。監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置通信接口與電池管理系統(tǒng)連接,接收和處理的信息宜包括但不限于:
a)電池模塊的電壓、溫度、電池能量;
b)電池簇的電流、電壓、功率、電池能量、可充可放電量、累積充放電電量,以及*高、*低
單體電壓及其電池編號:
c)電池堆可充可放電量、累積充放電電量;
d)各種故障告警和保護動作信號;
圖18 Acrel-2000MG和AcrelEMS電池數(shù)據(jù)采集
功率變換系統(tǒng)(PCS)上送信息宜包括但不限于:
a)開關(guān)量信息:直流側(cè)與交流側(cè)接觸器、斷路器的狀態(tài);運行模式(并網(wǎng)、離網(wǎng))、運行狀態(tài)
(充電、放電、待機等)、就地操作把手的狀態(tài)等:
b)模擬量信息:直流側(cè)電壓、電流、功率,交流側(cè)三相電壓、電流、有功、無功;
c)非電量信息:IGBT模塊溫度、電抗器溫度、隔離變溫度等;
d)運行信息:功率變換系統(tǒng)保護動作信號、事故告警信號等。
圖18 Acrel-2000MG和AcrelEMS 功率變換系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集
監(jiān)視和報警
監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)視功能應(yīng)符合但不限于下列要求:
a)應(yīng)能通過顯示器對主要電氣設(shè)備運行參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進行監(jiān)視;
b)應(yīng)能監(jiān)視并實時顯示各設(shè)備的通信狀態(tài)和通信報文;
c)電池管理系統(tǒng)、功率變換系統(tǒng)上傳監(jiān)控系統(tǒng)的遙測量和告警量須有專門的界面顯示和告警
圖19 Acrel-2000MG和AcrelEMS 監(jiān)視和報警分級
控制與調(diào)節(jié)
控制范圍:站內(nèi)交流回路斷路器、功率變換系統(tǒng)及其他相關(guān)重要設(shè)備,包括功率變換系統(tǒng)啟/停、運行/檢修狀態(tài)切換、并網(wǎng)充/放電、離網(wǎng)放電、保護軟壓板投切等。監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)功能定位支持下列應(yīng)用模式:削峰填谷、孤網(wǎng)運行、系統(tǒng)調(diào)頻、電壓支撐、電能質(zhì)量治理、平滑功率輸出、跟蹤計劃出力。
圖19 Acrel-2000MG和AcrelEMS 儲能系統(tǒng)監(jiān)控
電能質(zhì)量監(jiān)測
監(jiān)測儲能系統(tǒng)交流回路的電壓波動與閃變、三相電壓不平衡、電壓暫升/暫降、短時中斷、諧波畸變等工況,實時記錄事件并故障錄波,為電能質(zhì)量分析與治理提供數(shù)據(jù)來源。
圖20 Acrel-2000MG和AcrelEMS 電能質(zhì)量分析
企業(yè)微電網(wǎng)能效管理
AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺除了對儲能系統(tǒng)提供監(jiān)控報警之外,還適用于企業(yè)內(nèi)部的源網(wǎng)荷儲充運維的一體化管理平臺,為企業(yè)微電網(wǎng)能效管理提供全方位的監(jiān)測、優(yōu)化控制、設(shè)備管理、運維管理、分析報告等,并提供基于WEB和APP的數(shù)據(jù)服務(wù)和異常告警。
平臺可根據(jù)企業(yè)光伏發(fā)電數(shù)據(jù)、儲能控制策略以及負(fù)荷波動情況為企業(yè)提供微電網(wǎng)運行數(shù)據(jù),制定用電優(yōu)化方案,在提高企業(yè)微電網(wǎng)運行安全的前提下幫助企業(yè)降低用電成本,促進清潔能源消納。
圖21 AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺
電化學(xué)儲能電站監(jiān)控運維管理系統(tǒng)二次設(shè)備選型
安科瑞提供電化學(xué)儲能電站監(jiān)控運維管理軟件、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)和保護測控單元、多功能儀表及相關(guān)傳感器,具備電能質(zhì)量監(jiān)測和治理裝置,保障儲能電站及企業(yè)微電網(wǎng)高效運行。
表3 儲能電站監(jiān)控運維管理系統(tǒng)選型方案
結(jié)束語
在雙碳目標(biāo)以及電網(wǎng)運行安全要求驅(qū)動下,光伏發(fā)電以及配套儲能系統(tǒng)未來將會得到越來越多的政策支持,可以想象未來也會有越來越多的資本投入促使行業(yè)迅速發(fā)展,從而提高電網(wǎng)運行安全,提升電能使用效率。但是微電網(wǎng)系統(tǒng),特別是光伏電站和儲能電站的運行安全不容忽視,需要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn),建立光伏和儲能監(jiān)測運維管理系統(tǒng)對光伏電站和儲能系統(tǒng)進行監(jiān)視、預(yù)警、控制和運維管理,保障安全生產(chǎn)。
未來新型電力系統(tǒng)中,企業(yè)光儲充微電網(wǎng)內(nèi)部以及企業(yè)微電網(wǎng)和大電網(wǎng)的互動也會越來越頻繁,這需要一套統(tǒng)一平臺來對企業(yè)的“源-網(wǎng)-荷-儲-充”及運維進行統(tǒng)一監(jiān)測和管理,這樣才能保障企業(yè)微電網(wǎng)高效運行,從而促進新型電力系統(tǒng)邁向穩(wěn)定、可靠、低碳的良性循環(huán)。
審核編輯 黃宇
-
光伏
+關(guān)注
關(guān)注
42文章
2966瀏覽量
68874 -
儲能
+關(guān)注
關(guān)注
11文章
1627瀏覽量
33061 -
微電網(wǎng)
+關(guān)注
關(guān)注
24文章
660瀏覽量
34892
發(fā)布評論請先 登錄
相關(guān)推薦
評論