分布式光伏與儲能協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：針對光伏發電的隨機性、波動性、間歇性特征,研發了分布式光伏與儲能協調控制策略,并在鎮江地調開展分布式電源光儲協控試點應用，開展光儲協調控制策略研究，實時采集分布式光伏電站、儲能電站、試點變電站運行數據，根據氣象信息預測光伏出力，實時調整儲能出力，實現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；協調控制；告警策略
目前鎮江地區光伏發電屬于隨機性、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電接入電網會嚴重降低負荷預測準確率，造成電網波動，影響電網安全穩定運行。鎮江于2018年建成投運8座電網側儲能電站，儲能電站具備靈活的充放電能力，能夠毫秒級實現充放電狀態的轉換。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安全穩定運行的重要手段。發揮儲能的調節作用，通過光儲協調控制，實現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。
在整體數據匯集方面通過現有電網模型擴展10千伏的分布式電站模型，并實現圖模一體管理；分布式光伏控制平臺獲取實時處理計算的模型，并完成從地區調控自動化系統接入運行實時信息并下發控制指令。
圖1 數據流向圖
如圖1所示，鎮江光儲協控系統數據來源主要有兩個：1區調度自動化SCADA系統，3區新能源管理系統。其中新能源管理系統主要提供分布式光伏區域超短期功率預測數據。光儲協控命令通過光纖專線通道下發。
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，光儲協控系統與D5000前置系統通過104規約進行通信。上行通道將儲能電站遙測、遙信數據轉發給光儲協控系統；同時，光儲協控系統通過該接口將遙調遙控命令由D5000前置系統下發給儲能電站，實現光儲協控系統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據同步性。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，在維持光伏發電波動量不超過給定的*大值的前提下，執行電池充放電，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域電網側儲能電站的有功控制，由分布式電源光儲協控系統進行光儲協調控制。根據光伏的出力情況，實時調整儲能電站出力，實現儲能對分布式電源功率波動的平抑分析，面向電網需求削峰填谷等功能。
圖2 光伏與光儲協控混合出力曲線
光伏與光儲協控混合出力曲線如圖2所示，從圖中可見，經光儲協調控制后的出力曲線較為平滑，波動率明顯降低，實現儲能對分布式電源功率波動的平抑運行。
Acrel-2000MG 儲能能量管理系統是安科瑞專門針對工商業儲能 電站研制的本地化能量管理系統，可實現了儲能電站的數據采集、數 據處理、數據存儲、數據查詢與分析、可視化監控、報警管理、統計報表、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。該系統不 僅可以實現下級各儲能單元的統一監控和管理，還可以實現與上級調 度系統和云平臺的數據通訊與交互，既能接受上級調度指令，又可以 滿足遠程監控與運維，確保儲能系統安全、穩定、可靠、經濟運行。
適用于工商業儲能電站、新能源配儲電站。
（1）實時監管
對微電網的運行進行實時監管，包含市電、光伏、風電、儲能、充電樁及用電負荷，同時也包括收益數據、天氣狀況、節能減排等信息。
（2）智能監控
對系統環境、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測，掌握微電網系統的運行狀況。
（3）功率預測
對分布式發電系統進行短期、超短期發電功率預測，并展示合格率及誤差分析。
（4）電能質量
實現整個微電網系統范圍內的電能質量和電能可靠性狀況進行持續性的監測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩態數據和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態數據進行監測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進行監測。
（5）可視化運行
實現微電網無人值守，實現數字化、智能化、便捷化管理;對重要負荷與設備進行不間斷監控。
（6）優化控制
通過分析歷史用電數據、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，實現經濟優化調度，以降低尖峰或者高峰時刻的用電量，降低企業綜合用電成本。
（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據，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、儲能設備的發電效率、轉化效率，用于評估設備性能與狀態。
（9）策略配置
微電網配置主要對微電網系統組成、基礎參數、運行策略及統計值進行設置。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 | Acrel-2000MG |
| 內部設備的數據采集與監控，由通信管理機、工業平板電腦、串口服務器、遙信模塊及相關通信輔件組成。 數據采集、上傳及轉發至服務器及協同控制裝置 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 |
| 系統軟件顯示載體 |
3 | UPS電源 | UPS2000-A-2-KTTS |
| 為監控主機提供后備電源 |
4 | 打印機 | HP108AA4 |
| 用以打印操作記錄，參數修改記錄、參數越限、復限，系統事故，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 | 工業網絡交換機 | D-LINKDES-1016A16 |
| 提供16口百兆工業網絡交換機解決了通信實時性、網絡安全性、本質安全與安全防爆技術等技術問題 |
7 | GPS時鐘 | ATS1200GB |
| 利用gps同步衛星信號，接收1pps和串口時間信息，將本地的時鐘和gps衛星上面的時間進行同步 |
8 | 交流計量電表 | AMC96L-E4/KC |
| 電力參數測量(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、功率因數等)、復費率電能計量、 四象限電能計量、諧波分析以及電能監測和考核管理。多種外圍接口功能:帶有RS485/MODBUS-RTU協議:帶開關量輸入和繼電器輸出可實現斷路器開關的"遜信“和“遙控"的功能 |
9 | 直流計量電表 | PZ96L-DE |
| 可測量直流系統中的電壓、電流、功率、正向與反向電能。可帶RS485通訊接口、模擬量數據轉換、開關量輸入/輸出等功能 |
10 | 電能質量監測 | APView500 |
| 實時監測電壓偏差、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，當外部電網停電后斷開和電網連接 |
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、環網交換機功能的測控裝置 |
13 | 通信管理機 | ANet-2E851 |
| 能夠根據不同的采集規的進行水表、氣表、電表、微機保護等設備終端的數據果集匯總: 提供規約轉換、透明轉發、數據加密壓縮、數據轉換、邊緣計算等多項功能:實時多任務并行處理數據采集和數據轉發，可多鏈路上送平臺據: |
14 | 串口服務器 | Aport |
| 功能:轉換“輔助系統"的狀態數據，反饋到能量管理系統中。 1)空調的開關，調溫，及斷電(二次開關實現) 2)上傳配電柜各個空開信號 3)上傳UPS內部電量信息等 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，將相關數據到串口服務器: 讀消防VO信號，并轉發給到上層(關機、事件上報等) 2)采集水浸傳感器信息，并轉發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 |
光儲協調控制策略的應用，充分利用儲能與新能源的互補特性，提升新能源消納能力，提升儲能提供電網輔助服務的動態性能，降低電網運行成本，助力分布式新能源全額消納。基于分布式光伏的預測結果，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，降低電網運行備用成本。通過儲能濾除新能源發電波動功率，減小新能源對電網的影響。
[1]譚文娟,陳燕東.光儲直流微網能量協調控制方法[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控制方法及穩定性分析[J].電網技術,2015,39(11):3102-3108
[3]米陽,吳彥偉.獨立光儲直流微電網分層協調控制[J].電力系統保護與控制, 2017, 45(8): 37-44
[4]朱文韜,孫東杰,陳燕,姜正馳,岳帥,于曉蒙,劉昶,蔣煜.分布式光伏與儲能協調控制策略的研發與應用[J].能源科技,2020,09(08):381.
[5]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022年05版
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