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摘要:針新型電力系統(tǒng)是新型能源體系的重要載體,具備清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開放互動五大特征。儲能技術(shù)在新型電力系統(tǒng)構(gòu)建中扮演著角色,是實(shí)現(xiàn)五大特征的重要引擎,也是保障電力持續(xù)可靠供應(yīng)、保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、促進(jìn)新能源高效消納(簡稱“兩保一促")的基礎(chǔ)支柱。
關(guān)鍵詞:電力系統(tǒng);儲能技術(shù);新能源
0.引言
隨著新型電力系統(tǒng)已經(jīng)正式邁入“路徑設(shè)計(jì)"及"的關(guān)鍵階段。2023年7月11日,持召開全面深化改革委員會二次會議,審議通過了《關(guān)于深化電力體制改革加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的指導(dǎo)意見》,強(qiáng)調(diào)要科學(xué)合理設(shè)計(jì)新型電力系統(tǒng)建設(shè)路徑。同日《中國電力報》刊發(fā)電網(wǎng)有限公司辛保安董事長署名文章“新型電力系統(tǒng)構(gòu)建方研究",闡釋新型電力系統(tǒng)構(gòu)建中的關(guān)鍵難點(diǎn)??梢钥隙ǖ氖?,在新型電力系統(tǒng)建設(shè)的不同階段,儲能技術(shù)都將持續(xù)發(fā)揮重要作用,非常有必要在頂層設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,完善儲能系統(tǒng)的理論方法,促進(jìn)儲能數(shù)字化智能化(簡稱數(shù)智化)技術(shù)創(chuàng)新,服務(wù)好支撐電源側(cè)高比例可再生能源廣泛接入、電網(wǎng)側(cè)資源安全高效靈活配置、負(fù)荷側(cè)多元負(fù)荷需求的戰(zhàn)略目標(biāo)。
1.開發(fā)背景
當(dāng)基于上述背景,《供用電》邀請我們共同策劃了“新型電力系統(tǒng)下的儲能技術(shù)"專題,組織了5篇技術(shù)論文。面向數(shù)智化發(fā)展的電化學(xué)儲能電站創(chuàng)新應(yīng)用新需求與新挑戰(zhàn),中國電力科學(xué)研究院有限公司李相俊等在分析我國電化學(xué)儲能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,提出了儲能電池、儲能變流器、儲能電站的數(shù)智化應(yīng)用新思路與新方法,并展望了電化學(xué)儲能電站數(shù)字化智能化應(yīng)用前景;針對愈加復(fù)雜的微電網(wǎng)黑啟動問題,北京信息科技大學(xué)劉佳豪等綜合考慮儲能荷電狀態(tài)及分布式電源出力不確定性的影響,提出了一種基于分布式電源黑啟動能力在線評估的微電網(wǎng)動態(tài)黑啟動策略,該策略可避免電源實(shí)際出力小于負(fù)荷需求而導(dǎo)致黑啟動失敗,也可減少電源實(shí)際出力過剩而導(dǎo)致的能源浪費(fèi);針對電池儲能電站中鋰離子電池的安全風(fēng)險與優(yōu)化運(yùn)行問題,中國電力科學(xué)研究院有限公司李焓寧等兼顧電池儲能單元的荷電狀態(tài)、健康狀態(tài)和安全狀態(tài),提出了一種電池儲能電站能量管理策略,該策略保證了儲能系統(tǒng)的安全運(yùn)行,具有良好的荷電狀態(tài)平衡效果,且電池儲能電站能夠更好地參與電力系統(tǒng)調(diào)度;針對改善風(fēng)力發(fā)電出力特
性的問題,國網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院陳金玉等提出了一種面向功率平抑的風(fēng)-儲系統(tǒng)魯棒模型預(yù)測控制技術(shù),相比于其他技術(shù),所提魯棒模型預(yù)測控制策略對風(fēng)電波動的平抑效果更佳,且對不同水平的風(fēng)電預(yù)測誤差具有更強(qiáng)的適應(yīng)性;針對電壓暫降防治問題,國網(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學(xué)研究院劉曼佳等提出了一種基于構(gòu)網(wǎng)型儲能變流器的電壓暫降分級治理策略,該策略能夠有效支撐并網(wǎng)點(diǎn)電壓,保證了工業(yè)園區(qū)重要敏感負(fù)荷的穩(wěn)定運(yùn)行。
2.1概述
安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)具有完善的儲能監(jiān)控與管理功能,涵蓋了儲能系統(tǒng)設(shè)備(PCS、BMS、電表、消防、空調(diào)等)的詳細(xì)信息,實(shí)現(xiàn)了數(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、可視監(jiān)控、報警管理、統(tǒng)計(jì)報表等功能。在高級應(yīng)用上支持能量調(diào)度,具備計(jì)劃曲線、削峰填谷、需量控制、備用電源等控制功能。系統(tǒng)對電池組性能進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測及歷史數(shù)據(jù)分析、根據(jù)分析結(jié)果采用智
能化的分配策略對電池組進(jìn)行充放電控制,優(yōu)化了電池性能,提高電池壽命。系統(tǒng)支持Windows操作系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫采用SQLServer。本系統(tǒng)既可以用于儲能一體柜,也可以用于儲能集裝箱,是專門用于儲能設(shè)備管理的一套軟件系統(tǒng)平臺。
2.2適用場合
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、無電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。
2.2.1工商業(yè)儲能四大應(yīng)用場景
1)工廠與商場:工廠與商場用電習(xí)慣明顯,安裝儲能以進(jìn)行削峰填谷、需量管理,能夠降低用電成本,并充當(dāng)后備電源應(yīng)急;
2)光儲充電站:光伏自發(fā)自用、供給電動車充電站能源,儲能平抑大功率充電站對于電網(wǎng)的沖擊;
3)微電網(wǎng):微電網(wǎng)具備可并網(wǎng)或離網(wǎng)運(yùn)行的靈活性,以工業(yè)園區(qū)微網(wǎng)、海島微網(wǎng)、偏遠(yuǎn)地區(qū)微網(wǎng)為主,儲能起到平衡發(fā)電供應(yīng)與用電負(fù)荷的作用;
4)新型應(yīng)用場景:工商業(yè)儲能積極探索融合發(fā)展新場景,已出現(xiàn)在數(shù)據(jù)、5G基站、換電重卡、港口岸電等眾多應(yīng)用場景。
2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2.4.1實(shí)時監(jiān)測
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顯示各電氣回路的運(yùn)行狀態(tài),實(shí)時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息,動態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開關(guān)等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。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:開關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。
系統(tǒng)應(yīng)可以對分布式電源、儲能系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電管理,使管理人員實(shí)時掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲能單元運(yùn)行功率設(shè)置等。
系統(tǒng)應(yīng)可以對儲能系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)管理,能夠根據(jù)儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進(jìn)行及時告警,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)主接線圖、光伏信息、風(fēng)電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計(jì)列表等。
圖3光伏系統(tǒng)界面
本界面用來展示對光伏系統(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)測及報警、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)測及發(fā)電量統(tǒng)計(jì)、電站發(fā)電量年有效利用小時數(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、發(fā)電功率模擬及效率分析;同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。
圖4儲能系統(tǒng)界面
本界面主要用來展示本系統(tǒng)的儲能裝機(jī)容量、儲能當(dāng)前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。
圖5儲能系統(tǒng)PCS參數(shù)設(shè)置界面
本界面主要用來展示對PCS的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,包括開關(guān)機(jī)、運(yùn)行模式、功率設(shè)定以及電壓、電流的限值。
圖6儲能系統(tǒng)BMS參數(shù)設(shè)置界面
本界面用來展示對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儲能系統(tǒng)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)界面
本界面用來展示對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儲能系統(tǒng)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)界面
本界面用來展示對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。同時針對交流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。
圖9儲能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面
本界面用來展示對PCS直流側(cè)數(shù)據(jù),主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。
圖10儲能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面
本界面用來展示對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儲能電池狀態(tài)界面
本界面用來展示對BMS狀態(tài)信息,主要包括儲能電池的運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)信息、數(shù)據(jù)信息以及告警信息等,同時展示當(dāng)前儲能電池的SOC信息。
圖12儲能電池簇運(yùn)行數(shù)據(jù)界面
本界面用來展示對電池簇信息,主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度,并展示當(dāng)前電芯大、小電壓、溫度值及所對應(yīng)的位置。
圖13風(fēng)電系統(tǒng)界面
本界面用來展示對風(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)測及報警、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、發(fā)電功率模擬及效率分析;同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。
圖14充電樁界面
本界面用來展示對充電樁系統(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、各個充電樁的運(yùn)行數(shù)據(jù)等。
圖15微電網(wǎng)視頻監(jiān)控界面
本界面主要展示系統(tǒng)所接入的視頻畫面,且通過不同的配置,實(shí)現(xiàn)預(yù)覽、回放、管理與控制等。
2.4.7發(fā)電預(yù)測
系統(tǒng)應(yīng)可以通過歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實(shí)測數(shù)據(jù)、未來天氣預(yù)測數(shù)據(jù),對分布式發(fā)電進(jìn)行短期、超短期發(fā)電功率預(yù)測,并展示合格率及誤差分析。根據(jù)功率預(yù)測可進(jìn)行人工輸入或者自動生成發(fā)電計(jì)劃,便于用戶對該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。
圖16光伏預(yù)測界面
系統(tǒng)應(yīng)可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、儲能系統(tǒng)容量、負(fù)荷需求及分時電價信息,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、動態(tài)擴(kuò)容等。
圖17策略配置界面
應(yīng)能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備時間的運(yùn)行參數(shù),報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、總無功功率、正向有功電能等。
2.4.10實(shí)時報警
應(yīng)具有實(shí)時報警功能,系統(tǒng)能夠?qū)Ω髯酉到y(tǒng)中的逆變器、雙向變流器的啟動和關(guān)閉等遙信變位,及設(shè)備內(nèi)部的保護(hù)動作或事故跳閘時應(yīng)能發(fā)出告警,應(yīng)能實(shí)時顯示告警事件或跳閘事件,包括保護(hù)事件名稱、保護(hù)動作時刻;并應(yīng)能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關(guān)人員。
圖19實(shí)時告警
應(yīng)能夠?qū)b信變位,保護(hù)動作、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)行存儲和管理,方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進(jìn)行歷史追溯,查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。
2.4.12電能質(zhì)量監(jiān)測
應(yīng)可以對整個微電網(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,使管理人員實(shí)時掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況,以便及時發(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)時顯示各電能質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測點(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)電壓波動與閃變:系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相電壓波動值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值;應(yīng)能提供A/B/C三相電壓波動曲線、短閃變曲線和長閃變曲線;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、無功功率和視在功率;應(yīng)能顯示三相總有功功率、總無功功率、總視在功率和總功率因素;應(yīng)能提供有功負(fù)荷曲線,包括日有功負(fù)荷曲線(折線型)和年有功負(fù)荷曲線(折線型);
5)電壓暫態(tài)監(jiān)測:在電能質(zhì)量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發(fā)生時,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、狀態(tài)(動作或返回)、波形號、越限值、故障持續(xù)時間、事件發(fā)生的時間。
圖21微電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量界面
應(yīng)可以對整個微電網(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
應(yīng)可在曲線查詢界面,可以直接查看各電參量曲線,包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。
圖23曲線查詢
具備定時抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能,用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況,即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報表。對微電網(wǎng)與外部系統(tǒng)間電能量交換進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析;對系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能、收益等分析;具備對微電網(wǎng)供電可靠性分析,包括年停電時間、年停電次數(shù)等分析;具備對并網(wǎng)型微電網(wǎng)的并網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行電能質(zhì)量分析。
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