探究電池儲(chǔ)能系統(tǒng)恒功率削峰填谷策略

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:以南方電網(wǎng)MW級(jí)電池儲(chǔ)能示范工程為背景，以求解采用恒功率充放電策略運(yùn)行的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)削峰填谷策略為目的，提出了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)恒功率削峰填谷優(yōu)化模型及求解該模型的實(shí)用簡(jiǎn)化算法。該算法令電池以*大功率充放電，可以快速求解電池1d充電1次、放電多次情況下的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電策略，給出了削峰填谷實(shí)時(shí)控制策略。

關(guān)鍵詞:電池儲(chǔ)能系統(tǒng)；削峰填谷；恒功率

0.引言

電力系統(tǒng)削峰填谷是負(fù)荷管理的重要方面。對(duì)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)者來(lái)說(shuō)，負(fù)荷峰值降低有利于推遲設(shè)備容量升級(jí)，提高設(shè)備利用率，節(jié)省設(shè)備更新的費(fèi)用，降低供電成本,對(duì)電力用戶(hù)來(lái)說(shuō)，可以利用峰谷電價(jià)差獲得經(jīng)濟(jì)效益。大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)(batteryenergystoragesystem，BESS)以其的優(yōu)勢(shì)在削峰填谷方面能夠發(fā)揮巨大作用。在國(guó)外已有許多大規(guī)模BESS在運(yùn)行；在國(guó)內(nèi)，南方電網(wǎng)開(kāi)展了MW級(jí)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)示范項(xiàng)目，建成了深圳寶清電池儲(chǔ)能站(接入深圳碧嶺變電站)。本文的研究基于南方電網(wǎng)MW級(jí)電池儲(chǔ)能項(xiàng)目，并應(yīng)用于監(jiān)控系統(tǒng)的*級(jí)應(yīng)用控制部分。

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的削峰填谷功能可以分為兩步來(lái)完成。*一步是日前優(yōu)化，在新的一天開(kāi)始前，根據(jù)預(yù)測(cè)出的日負(fù)荷曲線(xiàn)，優(yōu)化出24h的BESS*優(yōu)充放電策略，即每個(gè)時(shí)刻電池是否充放電，充放電的功率大小為多少。*二步是實(shí)時(shí)控制，根據(jù)日前優(yōu)化給出的充放電策略，以及當(dāng)前時(shí)刻的負(fù)荷值、電池狀態(tài)等數(shù)據(jù)，計(jì)算出充放電功率指令并下發(fā)給每組電力電子變流器(powerconverstem，PCS)。

求解電池儲(chǔ)能系統(tǒng)削峰填谷策略的算法主要包括梯度類(lèi)算法、智能算法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法。文獻(xiàn)提出用序列二次規(guī)劃方法求解BESS的運(yùn)行策略，使其在實(shí)時(shí)電價(jià)系統(tǒng)中獲得*大的利潤(rùn)。梯度類(lèi)算法要求模型連續(xù)。文獻(xiàn)中提出用智能算法來(lái)求解含儲(chǔ)能裝置的系統(tǒng)*優(yōu)策略問(wèn)題，包括遺傳算法、模擬退火法、粒子群算法。智能算法的缺點(diǎn)是無(wú)法保證收斂到全局*優(yōu)解。提出用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法求解BESS削峰填谷日前優(yōu)化問(wèn)題，以電池剩余電量或荷電狀態(tài)(stateofcharge，SOC)為狀態(tài)變量。采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的好處包括：可以在模型中考慮電池的物理約束，如充放電功率限制，電池中與充放電過(guò)程有關(guān)的非線(xiàn)性?xún)?nèi)部損耗約束，電池電壓波動(dòng)約束等；動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法不需要連續(xù)函數(shù)，且方便使用計(jì)算機(jī)求解。為了提高計(jì)算速度，文獻(xiàn)提出了多進(jìn)程動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法。文獻(xiàn)針對(duì)微網(wǎng)中的儲(chǔ)能系統(tǒng)，提出了基于短期負(fù)荷預(yù)測(cè)的主動(dòng)控制策略。

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)采用恒功率的充放電策略，既方便對(duì)電池控制，又有利于削峰填谷實(shí)時(shí)控制。尤其是當(dāng)負(fù)荷高峰提前到來(lái)時(shí)，若采用恒功率充放電策略，在實(shí)時(shí)控制時(shí)可以根據(jù)實(shí)際負(fù)荷值靈活地控制起始放電時(shí)間。本文針對(duì)采用恒功率充放電策略運(yùn)行的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，提出恒功率充放電優(yōu)化模型。為便于實(shí)際應(yīng)用，提出求解該模型的實(shí)用簡(jiǎn)化算法。通過(guò)對(duì)深圳碧嶺站的2組預(yù)測(cè)負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，得到電池的充放電策略，驗(yàn)證該實(shí)用簡(jiǎn)化算法的實(shí)用性，并與序列二次規(guī)劃算法的求解結(jié)果進(jìn)行比較。

1.電池儲(chǔ)能系統(tǒng)恒功率充放電優(yōu)化模型

1.1模型假設(shè)

本文提出2點(diǎn)假設(shè)：

1. 忽略電池的爬坡速率約束；

2. 忽略電池組的內(nèi)部損耗。

1.2優(yōu)化變量

模型中的優(yōu)化變量為電池每次充放電的功率p(j)以及電池每次充放電的起始時(shí)間Tstart(j)和結(jié)束時(shí)間Tstop(j)，j=1,2,…,n，其中n為1d中電池充放電次數(shù)，根據(jù)負(fù)荷曲線(xiàn)及電池使用狀況來(lái)確定。考慮到充放電次數(shù)過(guò)多會(huì)影響電池使用壽命，可使電池每天充放電各1次。如負(fù)荷曲線(xiàn)在上午和下午有2個(gè)高峰，可令電池在1d中充放電各2次。如考慮到晚間民用負(fù)荷高峰，可讓電池充放電各3次。通過(guò)改變參數(shù)可靈活控制電池的充放電次數(shù)，利于延長(zhǎng)電池的使用壽命。定義電池的充電功率為正，放電功率為負(fù)。

1.3目標(biāo)函數(shù)

儲(chǔ)能系統(tǒng)可在套利模式和負(fù)荷轉(zhuǎn)移模式2種模式下工作。在套利模式下，目標(biāo)函數(shù)f(b)是使套利*大化。根據(jù)給定的分時(shí)電價(jià)曲線(xiàn)，模型可給出電池充放電策略，帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。一般來(lái)說(shuō)，負(fù)荷高峰期電價(jià)高，負(fù)荷低谷期電價(jià)低。電池在電價(jià)高時(shí)放電，在電價(jià)低時(shí)充電，起到了削峰填谷的作用。在負(fù)荷轉(zhuǎn)移模式下工作時(shí)，目標(biāo)函數(shù)f(b)為*小化負(fù)荷的方差，因?yàn)樵跀?shù)學(xué)上，方差可反映隨機(jī)變量偏離其均值的程度。本文中采用*2種目標(biāo)函數(shù)。將1d劃分成np個(gè)相等的時(shí)間段，目標(biāo)函數(shù)為

minf(b)=D1(i)?D1(j)2(1)

式中：D1(i)為經(jīng)過(guò)電池削峰填谷后*i個(gè)時(shí)間段上的負(fù)荷值，i=1,2,…,np。

1.3約束條件

1）負(fù)荷值約束為

D1(i)=D0(i)?[(sign(i?Tstart(j))?1)],

i=1,2,…,np(2)

式中：D0(i)(i=1,2,…,np)為已知的*i個(gè)時(shí)間段上的預(yù)測(cè)負(fù)荷數(shù)據(jù)；sign(x)為符號(hào)函數(shù)，當(dāng)x≥0時(shí)sign(x)=1，當(dāng)x<0時(shí)sign(x)=?1。當(dāng)i在Tstart(j)和Tstop(j)(j=1,2,…,n)之間時(shí)，D1是D0與p(j)之和；當(dāng)i取其他值時(shí)，D1與D0相等。

2）時(shí)序約束為

1≤Tstart(1)(3)

Tstart(j)<Tstop(j),j=1,2, n(4)

Tstop(i)<Tstart(i+1),i=1,2, n?1(5)

Tstop(n)≤np(6)

3）功率約束為

?Pmax≤p(i)≤Pmax,i=1,2, ,n(7)

式中Pmax為已知的*大充放電功率限值。

4）容量約束為

Slow<Sinitial+[(Tstop(i)?Tstart(i))p(i)]<Shigh,

k=1,2,…,n?1(8)

Sinitial+[(Tstop(i)?Tstart(i))p(i)]=Sfinal(9)

式中：Slow和Shigh分別為已知的電池電量的下限和上限；Sinitial和Sfinal分別為已知的電池電量的初值和希望的終值。

另外，還可以考慮電池物理約束等其他非線(xiàn)性約束。在上述模型中，目標(biāo)函數(shù)、容量約束是非線(xiàn)性的，負(fù)荷值約束中包含的符號(hào)函數(shù)sign(x)是不連續(xù)的。因此模型求解非常困難，可以通過(guò)選取大量不同的初始點(diǎn)來(lái)尋找近似*優(yōu)解，但這會(huì)增加計(jì)算量及計(jì)算時(shí)間。為方便實(shí)際應(yīng)用，本文提出針對(duì)恒功率充放電模型的實(shí)用簡(jiǎn)化求解算法。

2.電池儲(chǔ)能系統(tǒng)恒功率充放電模型的實(shí)用簡(jiǎn)化求解算法

由于上述優(yōu)化模型求解困難，不利于實(shí)際應(yīng)用，可以根據(jù)所要優(yōu)化的負(fù)荷特性，采用簡(jiǎn)化求解算法。以深圳碧嶺站為例，1d的典型負(fù)荷曲線(xiàn)如下圖所示：

在上午、下午和晚上各有1個(gè)負(fù)荷高峰時(shí)段；在凌晨、中午和傍晚各有1個(gè)負(fù)荷低谷時(shí)段。為了延長(zhǎng)電池的使用壽命，讓電池在凌晨充電1次，在上午和下午的負(fù)荷高峰時(shí)段各放電1次。由于電池總功率與負(fù)荷功率相比非常小，可以讓電池以*大功率充放電。總放電時(shí)間和總充電時(shí)間都為T(mén)=S/Pmax。

放電時(shí)段的起始時(shí)刻和終止時(shí)刻的選擇方法如下：將一條水平線(xiàn)從上到下以很小的步長(zhǎng)ΔP移動(dòng)，水平線(xiàn)會(huì)與負(fù)荷曲線(xiàn)上午和下午的2個(gè)高峰相交。若相交的2個(gè)時(shí)段的時(shí)間之和為T(mén)，則找到了電池的2個(gè)放電區(qū)間；若相交的2個(gè)時(shí)段的時(shí)間之和小于T，將水平線(xiàn)以ΔP向下移動(dòng)再進(jìn)行比較，直到相交的2個(gè)時(shí)段的時(shí)間之和等于T為止。

同樣，將水平線(xiàn)從下到上以一個(gè)很小的步長(zhǎng)ΔP移動(dòng)，求出凌晨的充電時(shí)段。目前，實(shí)用簡(jiǎn)化算法已經(jīng)應(yīng)用于深圳寶清電池儲(chǔ)能站中。

3.電池儲(chǔ)能系統(tǒng)削峰填谷實(shí)時(shí)控制

在削峰填谷實(shí)時(shí)控制階段，需綜合考慮削峰填谷日前優(yōu)化結(jié)果、實(shí)時(shí)負(fù)荷曲線(xiàn)、電池SOC等信息，計(jì)算出充放電起止時(shí)間和充放電功率來(lái)進(jìn)行控制。

1）充放電起止時(shí)間的確定。實(shí)際負(fù)荷曲線(xiàn)與預(yù)測(cè)負(fù)荷曲線(xiàn)之間不可避免地存在誤差。研究表明，若實(shí)際負(fù)荷曲線(xiàn)與預(yù)測(cè)負(fù)荷曲線(xiàn)形狀相同，只是在垂直方向進(jìn)行移動(dòng)，則*優(yōu)的電池充放電策略相同。若實(shí)際負(fù)荷曲線(xiàn)與預(yù)測(cè)負(fù)荷曲線(xiàn)的峰谷起止時(shí)刻相同，峰谷的高低有所變化，當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率遠(yuǎn)小于負(fù)荷功率時(shí)，2者的*優(yōu)充放電策略幾乎相同。因此，如果能夠保證預(yù)測(cè)負(fù)荷曲線(xiàn)的峰谷起止時(shí)間準(zhǔn)確，則直接采用日前優(yōu)化出的充放電起止時(shí)間作為實(shí)際的充放電起止時(shí)間。若無(wú)法保證預(yù)測(cè)負(fù)荷曲線(xiàn)的峰谷起止時(shí)刻的準(zhǔn)確性，也就是說(shuō)，實(shí)時(shí)負(fù)荷曲線(xiàn)的峰谷可能提前或推遲到來(lái)，此時(shí)采用負(fù)荷閾值來(lái)確定充放電開(kāi)始時(shí)刻，當(dāng)實(shí)時(shí)負(fù)荷達(dá)到閾值時(shí)開(kāi)始充電或放電。充放電結(jié)束時(shí)刻采用日前優(yōu)化的結(jié)果。

2）充放電功率的確定。若充放電起始時(shí)刻根據(jù)負(fù)荷閾值判斷，不同于日前優(yōu)化出的起始時(shí)刻，此時(shí)的充放電功率需重新計(jì)算，用日前優(yōu)化得到的充放電能量除以充放電時(shí)間，且保證滿(mǎn)足式(7)中的功率限制。另外，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)除了執(zhí)行削峰填谷功能外，還可能響應(yīng)調(diào)峰調(diào)頻等其他功能，使電池SOC突然發(fā)生變化，在實(shí)時(shí)控制中，計(jì)算充放電功率時(shí)還需考慮電池的剩余電量。

4.測(cè)試結(jié)果

4.1序列二次規(guī)劃方法求解結(jié)果

假設(shè)電池容量S=20MW·h，*大充放電功率Pmax=5MW，Slow=0，Shig=S。零點(diǎn)時(shí)電池電量Sinitial=0，經(jīng)1個(gè)周期后電量Sfinal=0。1d有np=288個(gè)時(shí)間段，每個(gè)時(shí)間段為5min。為便于控制，設(shè)定約束使電池在早上06:00處于充滿(mǎn)狀態(tài)，因此充電階段被限制在06:00以前。下面通過(guò)2組不同的預(yù)測(cè)負(fù)荷數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證該算法的有效性。

首先隨機(jī)選取大量初始點(diǎn)，從每個(gè)初始點(diǎn)出發(fā)采用序列二次規(guī)劃方法(successivequadraticprogramming，SQP)來(lái)求解電池儲(chǔ)能系統(tǒng)恒功率充放電策略?xún)?yōu)化模型，再比較所有求解結(jié)果，從中選出使目標(biāo)函數(shù)*優(yōu)的解。序列二次規(guī)劃方法是一類(lèi)求解含非線(xiàn)性不等式約束優(yōu)化問(wèn)題的很重要、很有效的方法。算法中采用變尺度方法構(gòu)造海森矩陣，所以該方法又稱(chēng)為約束變尺度法。這種方法不僅利用了目標(biāo)函數(shù)和約束條件的1階導(dǎo)數(shù)信息，而且利用了目標(biāo)函數(shù)的2階導(dǎo)數(shù)信息，收斂速度快。

在測(cè)試中，用于顯示優(yōu)化結(jié)果的圖形包含2部分，上圖的虛線(xiàn)為原始負(fù)荷曲線(xiàn)，實(shí)線(xiàn)為經(jīng)過(guò)儲(chǔ)能削峰填谷后的負(fù)荷曲線(xiàn)，下圖為儲(chǔ)能系統(tǒng)出力曲線(xiàn)。

針對(duì)2組不同的預(yù)測(cè)負(fù)荷曲線(xiàn)，采用1d充電1次、放電2次的策略，優(yōu)化出的電池出力曲線(xiàn)如圖2和圖3所示。

針對(duì)2組不同的預(yù)測(cè)負(fù)荷曲線(xiàn)，采用1d充電2次、放電2次的策略，優(yōu)化出的電池出力曲線(xiàn)如圖4和圖5所示。針對(duì)兩組不同的預(yù)測(cè)負(fù)荷曲線(xiàn)，采用1d充電1次、放電3次的策略，優(yōu)化出的電池出力曲線(xiàn)如圖6和圖7所示。

由于求解時(shí)隨機(jī)選取了大量初始點(diǎn)，再將各初始點(diǎn)的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行比較，因此解的穩(wěn)定性差，無(wú)法保證每次優(yōu)化的計(jì)算結(jié)果都相同，且增加了計(jì)算時(shí)間。優(yōu)點(diǎn)是可以用來(lái)求解任意次數(shù)充放電的優(yōu)化模型。

4.2實(shí)用簡(jiǎn)化算法求解結(jié)果

采用實(shí)用簡(jiǎn)化算法，通過(guò)水平線(xiàn)與負(fù)荷曲線(xiàn)相交的位置確定出充電區(qū)間和放電區(qū)間。針對(duì)2組不同的曲線(xiàn)，優(yōu)化出的結(jié)果為電池在1d中充電1次，放電2次，優(yōu)化結(jié)果如圖8和圖9所示。簡(jiǎn)化算法求出的結(jié)果與采用序列二次規(guī)劃法求出的結(jié)果類(lèi)似。簡(jiǎn)化算法的計(jì)算速度快，優(yōu)化結(jié)果穩(wěn)定，適于實(shí)際應(yīng)用，但不適用于兩充兩放的情況。實(shí)用簡(jiǎn)化算法已經(jīng)應(yīng)用于深圳寶清電池儲(chǔ)能站中。圖10為儲(chǔ)能站的監(jiān)控系統(tǒng)顯示的削峰填谷優(yōu)化結(jié)果。圖中：曲線(xiàn)1為碧嶺站預(yù)測(cè)負(fù)荷曲線(xiàn)；曲線(xiàn)2為經(jīng)過(guò)削峰填谷后的負(fù)荷曲線(xiàn)。

5.Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)概述

5.1概述

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，是我司根據(jù)新型電力系統(tǒng)下微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)與微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的要求，總結(jié)國(guó)內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，專(zhuān)門(mén)研制出的企業(yè)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)滿(mǎn)足光伏系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)以及充電樁的接入，全天候進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、風(fēng)能、儲(chǔ)能系統(tǒng)、充電樁運(yùn)行狀態(tài)及健康狀況，是一個(gè)集監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理為一體的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上以經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行為目標(biāo)，促進(jìn)可再生能源應(yīng)用，提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性、補(bǔ)償負(fù)荷波動(dòng)；有效實(shí)現(xiàn)用戶(hù)側(cè)的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負(fù)荷，提高電力設(shè)備運(yùn)行效率、降低供電成本。為企業(yè)微電網(wǎng)能量管理提供安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了全新的解決方案。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)應(yīng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，整個(gè)能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個(gè)層：設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層和站控層。站級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議，物理媒介可以為光纖、網(wǎng)線(xiàn)、屏蔽雙絞線(xiàn)等。系統(tǒng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

5.2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

本方案遵循的標(biāo)準(zhǔn)有：

本技術(shù)規(guī)范書(shū)提供的設(shè)備應(yīng)滿(mǎn)足以下規(guī)定、法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T26802.1-2011工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通用規(guī)范*1部分：通用要求

GB/T26806.2-2011工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)基本平臺(tái)*2部分：性能評(píng)定方法

GB/T26802.5-2011工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通用規(guī)范*5部分：場(chǎng)地安全要求

GB/T26802.6-2011工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通用規(guī)范*6部分：驗(yàn)收大綱

GB/T2887-2011計(jì)算機(jī)場(chǎng)地通用規(guī)范

GB/T20270-2006信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)安全技術(shù)要求

GB50174-2018電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范

DL/T634.5101遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)*5-101部分:傳輸規(guī)約基本遠(yuǎn)動(dòng)任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)

DL/T634.5104遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)*5-104部分:傳輸規(guī)約采用標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議子集的IEC60870-5-網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)101

GB/T33589-2017微電網(wǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定

GB/T36274-2018微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

GB/T51341-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

GB/T36270-2018微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

DL/T1864-2018獨(dú)立型微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行規(guī)范

T/CEC150-2018低壓微電網(wǎng)并網(wǎng)一體化裝置技術(shù)規(guī)范

T/CEC151-2018并網(wǎng)型交直流混合微電網(wǎng)運(yùn)行與控制技術(shù)規(guī)范

T/CEC152-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)需求響應(yīng)技術(shù)要求

T/CEC153-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)負(fù)荷管理技術(shù)導(dǎo)則

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行規(guī)范

T/CEC5005-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范

NB/T10148-2019微電網(wǎng)*1部分：微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則

NB/T10149-2019微電網(wǎng)*2部分：微電網(wǎng)運(yùn)行導(dǎo)則

5.3適用場(chǎng)合

系統(tǒng)可應(yīng)用于城市、高速公路、工業(yè)園區(qū)、工商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、智能建筑、海島、無(wú)電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。

5.4型號(hào)說(shuō)明

Acrel-2000

Acrel-2000系列監(jiān)控系統(tǒng)

MG

MG—微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。

5.5系統(tǒng)配置

5.5.1系統(tǒng)架構(gòu)

本平臺(tái)采用分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即站控層、網(wǎng)絡(luò)層和設(shè)備層，詳細(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：

圖1典型微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)組網(wǎng)方式

5.6系統(tǒng)功能

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機(jī)界面友好，應(yīng)能夠以系統(tǒng)一次電氣圖的形式直觀(guān)顯示各電氣回路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。其中，各子系統(tǒng)回路電參量主要有：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因數(shù)、頻率和正向有功電能累計(jì)值；狀態(tài)參數(shù)主要有：開(kāi)關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對(duì)分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電管理，使管理人員實(shí)時(shí)掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲(chǔ)能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲(chǔ)能單元運(yùn)行功率設(shè)置等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)告警，并支持定期的電池維護(hù)。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面包括系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能、充電樁及總體負(fù)荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節(jié)能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據(jù)不同的需求，也可將充電，儲(chǔ)能及光伏系統(tǒng)信息進(jìn)行顯示。

圖2系統(tǒng)主界面

子界面主要包括系統(tǒng)主接線(xiàn)圖、光伏信息、風(fēng)電信息、儲(chǔ)能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計(jì)列表等。

（2）光伏界面

圖3光伏系統(tǒng)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)光伏系統(tǒng)信息，主要包括逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及報(bào)警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測(cè)及發(fā)電量統(tǒng)計(jì)、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)、發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)、碳減排統(tǒng)計(jì)、輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

（3）儲(chǔ)能界面

圖4儲(chǔ)能系統(tǒng)界面

本界面主要用來(lái)展示本系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝機(jī)容量、儲(chǔ)能當(dāng)前充放電量、收益、SOC變化曲線(xiàn)以及電量變化曲線(xiàn)。

圖5儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS參數(shù)設(shè)置界面

本界面主要用來(lái)展示對(duì)PCS的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，包括開(kāi)關(guān)機(jī)、運(yùn)行模式、功率設(shè)定以及電壓、電流的限值。

圖6儲(chǔ)能系統(tǒng)BMS參數(shù)設(shè)置界面

本界面用來(lái)展示對(duì)BMS的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要包括電芯電壓、溫度保護(hù)限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。

圖7儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等。

圖8儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、溫度值等。同時(shí)針對(duì)交流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

圖9儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時(shí)針對(duì)直流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

圖10儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)PCS狀態(tài)信息，主要包括通訊狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、STS運(yùn)行狀態(tài)及STS故障告警等。

圖11儲(chǔ)能電池狀態(tài)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)BMS狀態(tài)信息，主要包括儲(chǔ)能電池的運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)信息、數(shù)據(jù)信息以及告警信息等，同時(shí)展示當(dāng)前儲(chǔ)能電池的SOC信息。

圖12儲(chǔ)能電池簇運(yùn)行數(shù)據(jù)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)電池簇信息，主要包括儲(chǔ)能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當(dāng)前電芯的*大、*小電壓、溫度值及所對(duì)應(yīng)的位置。

(4）風(fēng)電界面

圖13風(fēng)電系統(tǒng)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)信息，主要包括逆變控制一體機(jī)直流側(cè)、交流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及報(bào)警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)、發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)、碳減排統(tǒng)計(jì)、風(fēng)速/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

（5）充電樁界面

圖14充電樁界面

本界面用來(lái)展示對(duì)充電樁系統(tǒng)信息，主要包括充電樁用電總功率、交直流充電樁的功率、電量、電量費(fèi)用，變化曲線(xiàn)、各個(gè)充電樁的運(yùn)行數(shù)據(jù)等。

（6）視頻監(jiān)控界面

圖15微電網(wǎng)視頻監(jiān)控界面

本界面主要展示系統(tǒng)所接入的視頻畫(huà)面，且通過(guò)不同的配置，實(shí)現(xiàn)預(yù)覽、回放、管理與控制等。

（7）發(fā)電預(yù)測(cè)

系統(tǒng)應(yīng)可以通過(guò)歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、未來(lái)天氣預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)分布式發(fā)電進(jìn)行短期、超短期發(fā)電功率預(yù)測(cè)，并展示合格率及誤差分析。根據(jù)功率預(yù)測(cè)可進(jìn)行人工輸入或者自動(dòng)生成發(fā)電計(jì)劃，便于用戶(hù)對(duì)該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。

圖16光伏預(yù)測(cè)界面

（8）策略配置

系統(tǒng)應(yīng)可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、儲(chǔ)能系統(tǒng)容量、負(fù)荷需求及分時(shí)電價(jià)信息，進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行模式的設(shè)置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計(jì)劃、需量控制、有序充電、動(dòng)態(tài)擴(kuò)容等。

圖17策略配置界面

(9)運(yùn)行報(bào)表

應(yīng)能查詢(xún)各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)，報(bào)表中顯示電參量信息應(yīng)包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無(wú)功功率、正向有功電能等。

圖18運(yùn)行報(bào)表

(10)實(shí)時(shí)報(bào)警

應(yīng)具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，系統(tǒng)能夠?qū)Ω髯酉到y(tǒng)中的逆變器、雙向變流器的啟動(dòng)和關(guān)閉等遙信變位，及設(shè)備內(nèi)部的保護(hù)動(dòng)作或事故跳閘時(shí)應(yīng)能發(fā)出告警，應(yīng)能實(shí)時(shí)顯示告警事件或跳閘事件，包括保護(hù)事件名稱(chēng)、保護(hù)動(dòng)作時(shí)刻；并應(yīng)能以彈窗、聲音、短信和電話(huà)等形式通知相關(guān)人員。

圖19實(shí)時(shí)告警

(11)歷史事件查詢(xún)

應(yīng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電芯溫度（鋰離子電池）、壓力（液流電池）、光照、風(fēng)速、氣壓越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統(tǒng)計(jì)、事故分析。

圖20歷史事件查詢(xún)

(12)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

應(yīng)可以對(duì)整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量包括穩(wěn)態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，使管理人員實(shí)時(shí)掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除供電不穩(wěn)定因素。

1）在供電系統(tǒng)主界面上應(yīng)能實(shí)時(shí)顯示各電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度和正序/負(fù)序/零序電壓值、三相電流不平衡度和正序/負(fù)序/零序電流值；

2）諧波分析功能：系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)時(shí)顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率、A/B/C三相電流總諧波畸變率、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率、偶次諧波電壓總畸變率、偶次諧波電流總畸變率；應(yīng)能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率、2-63次諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電流含有率；

3）電壓波動(dòng)與閃變：系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相電壓波動(dòng)值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長(zhǎng)閃變值；應(yīng)能提供A/B/C三相電壓波動(dòng)曲線(xiàn)、短閃變曲線(xiàn)和長(zhǎng)閃變曲線(xiàn)；應(yīng)能顯示電壓偏差與頻率偏差；

4）功率與電能計(jì)量：系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相有功功率、無(wú)功功率和視在功率；應(yīng)能顯示三相總有功功率、總無(wú)功功率、總視在功率和總功率因素；應(yīng)能提供有功負(fù)荷曲線(xiàn)，包括日有功負(fù)荷曲線(xiàn)（折線(xiàn)型）和年有功負(fù)荷曲線(xiàn)（折線(xiàn)型）；

5）電壓暫態(tài)監(jiān)測(cè)：在電能質(zhì)量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降、短時(shí)中斷發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能產(chǎn)生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話(huà)等形式通知相關(guān)人員；系統(tǒng)應(yīng)能查看相應(yīng)暫態(tài)事件發(fā)生前后的波形。

6）電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：系統(tǒng)應(yīng)能顯示1min統(tǒng)計(jì)整2h存儲(chǔ)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括均值、*大值、*小值、95%概率值、方均根值。

7）事件記錄查看功能：事件記錄應(yīng)包含事件名稱(chēng)、狀態(tài)（動(dòng)作或返回）、波形號(hào)、越限值、故障持續(xù)時(shí)間、事件發(fā)生的時(shí)間。

圖21微電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量界面

(13)遙控功能

應(yīng)可以對(duì)整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過(guò)管理系統(tǒng)的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預(yù)置、遙控返校、遙控執(zhí)行的操作順序，可以及時(shí)執(zhí)行調(diào)度系統(tǒng)或站內(nèi)相應(yīng)的操作命令。

圖22遙控功能

(14)曲線(xiàn)查詢(xún)

應(yīng)可在曲線(xiàn)查詢(xún)界面，可以直接查看各電參量曲線(xiàn)，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、SOC、SOH、充放電量變化等曲線(xiàn)。

圖23曲線(xiàn)查詢(xún)

(15)統(tǒng)計(jì)報(bào)表

具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶(hù)可以自由查詢(xún)自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來(lái)任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線(xiàn)用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。對(duì)微電網(wǎng)與外部系統(tǒng)間電能量交換進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能、收益等分析；具備對(duì)微電網(wǎng)供電可靠性分析，包括年停電時(shí)間、年停電次數(shù)等分析；具備對(duì)并網(wǎng)型微電網(wǎng)的并網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行電能質(zhì)量分析。

圖24統(tǒng)計(jì)報(bào)表

(16)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線(xiàn)診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

圖25微電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣缑?/p>

本界面主要展示微電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)洌ㄏ到y(tǒng)的組成內(nèi)容、電網(wǎng)連接方式、斷路器、表計(jì)等信息。

(17)通信管理

可以對(duì)整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進(jìn)行管理、控制、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過(guò)管理系統(tǒng)的主程序右鍵打開(kāi)通信管理程序，然后選擇通信控制啟動(dòng)所有端口或某個(gè)端口，快速查看某設(shè)備的通信和數(shù)據(jù)情況。通信應(yīng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

圖26通信管理

(18)用戶(hù)權(quán)限管理

應(yīng)具備設(shè)置用戶(hù)權(quán)限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控操作，運(yùn)行參數(shù)修改等）。可以定義不同級(jí)別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

圖27用戶(hù)權(quán)限

(19)故障錄波

應(yīng)可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準(zhǔn)確地記錄故障前、后過(guò)程的各相關(guān)電氣量的變化情況，通過(guò)對(duì)這些電氣量的分析、比較，對(duì)分析處理事故、判斷保護(hù)是否正確動(dòng)作、提高電力系統(tǒng)安全運(yùn)行水平有著重要作用。其中故障錄波共可記錄16條，每條錄波可觸發(fā)6段錄波，每次錄波可記錄故障前8個(gè)周波、故障后4個(gè)周波波形，總錄波時(shí)間共計(jì)46s。每個(gè)采樣點(diǎn)錄波至少包含12個(gè)模擬量、10個(gè)開(kāi)關(guān)量波形。

圖28故障錄波

(20)事故追憶

可以自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)掃描數(shù)據(jù)，包括開(kāi)關(guān)位置、保護(hù)動(dòng)作狀態(tài)、遙測(cè)量等，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

用戶(hù)可自定義事故追憶的啟動(dòng)事件，當(dāng)每個(gè)事件發(fā)生時(shí)，存儲(chǔ)事故掃描周期及事故后10個(gè)掃描周期的有關(guān)點(diǎn)數(shù)據(jù)。啟動(dòng)事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點(diǎn)可由用戶(hù)和隨意修改。

圖29事故追憶

6.結(jié)束語(yǔ)

1）本文提出了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)恒功率削峰填谷優(yōu)化模型及求解該模型的實(shí)用簡(jiǎn)化算法，可快速進(jìn)行日前優(yōu)化，配合實(shí)時(shí)控制可實(shí)現(xiàn)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)削峰填谷功能。

2）采用恒功率充放電模型，有利于在實(shí)時(shí)控制階段對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行控制。通過(guò)改變模型參數(shù)可靈活控制電池的充放電次數(shù)，延長(zhǎng)電池的使用壽命。

3）本文提出的實(shí)用簡(jiǎn)化算法計(jì)算速度快，結(jié)果穩(wěn)定，可以用于求解電池儲(chǔ)能系統(tǒng)1d充電1次，放電多次情況下的優(yōu)化策略，但不適用于1d當(dāng)中充電、放電交叉進(jìn)行的情況。

4）本文提出了削峰填谷實(shí)時(shí)控制策略，配合削峰填谷日前優(yōu)化進(jìn)行控制。本文提出的模型和算法已成功應(yīng)用于深圳寶清電池儲(chǔ)能站中，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果證明了該算法的有效性。

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