摘要：隨著社會(huì)生產(chǎn)力的不斷提高，資源的大量消耗，人們已經(jīng)意識(shí)到發(fā)展可再生能源的重要性，因此微電網(wǎng)技術(shù)作為再生能源利用的有效形式被快速發(fā)展。蓄電池容量無(wú)限大是傳統(tǒng)光儲(chǔ)微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)控制策略一種理想形式，但實(shí)際上蓄電池的容量是有限度的，傳統(tǒng)控制策略在蓄電池剩余電量達(dá)到闔值時(shí)將無(wú)法正常使用，由此提出了光儲(chǔ)微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的新型控制策略，又結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行了改進(jìn)，利用開(kāi)關(guān)與二極管并聯(lián)，使其擁有四種工作狀態(tài)，當(dāng)儲(chǔ)能元件剩余電量達(dá)到閾值時(shí)，可自動(dòng)恢復(fù)電量降低成本，提高并輸出電池電能質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：光儲(chǔ)微電網(wǎng)；控制策略；開(kāi)關(guān)優(yōu)化

0、前言

在微電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，光儲(chǔ)能系統(tǒng)可以使系統(tǒng)中的能量進(jìn)行緩沖，是微電網(wǎng)運(yùn)行中環(huán)節(jié)，由于經(jīng)濟(jì)原因光儲(chǔ)能設(shè)備的配置不應(yīng)太高，在選擇儲(chǔ)能系統(tǒng)容量與額定功率時(shí)要結(jié)合實(shí)際情況，選用合適的設(shè)備配置，提高微電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。目前市場(chǎng)上儲(chǔ)能功率容量大小，沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)定，這是由于混合儲(chǔ)系統(tǒng)中儲(chǔ)能介質(zhì)之間功率分配及容量?jī)?yōu)化所導(dǎo)致的，因此需要對(duì)此進(jìn)行深入的研究，筆者在獨(dú)立微電網(wǎng)到并網(wǎng)微電網(wǎng)，從單一儲(chǔ)能到混合儲(chǔ)能，做了較為立體的研究，在開(kāi)關(guān)優(yōu)化方面也做了一些相關(guān)的介紹，并得到了一些有意義的結(jié)論。

1、光儲(chǔ)微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)

獨(dú)立型微電網(wǎng)：結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)，在滿足供電可靠的前提下，棄置部分過(guò)剩能量可以使得所需的儲(chǔ)能容量維持在較低水平，克服了傳統(tǒng)的儲(chǔ)能容量在運(yùn)行中逐漸增加的缺陷。如何減小儲(chǔ)能容量，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)選用光伏發(fā)電院與風(fēng)力發(fā)電混合比例可以達(dá)到。通過(guò)提高微電網(wǎng)發(fā)電充裕度，可以降低微電網(wǎng)對(duì)儲(chǔ)能的需求，并對(duì)光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的比例混合產(chǎn)生影響。

儲(chǔ)能系統(tǒng)與微電網(wǎng)：等效微電網(wǎng)的調(diào)度效果是利用儲(chǔ)能系統(tǒng)補(bǔ)償，可再生能源發(fā)電預(yù)測(cè)性誤差所產(chǎn)生的，它是針對(duì)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中微電網(wǎng)與儲(chǔ)能系統(tǒng)配合發(fā)電的運(yùn)行機(jī)制。通過(guò)分析，可再生能源發(fā)電預(yù)測(cè)誤差的概率分布，運(yùn)用區(qū)間估計(jì)和概率理論的方法大致獲得儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量和功率，在此基礎(chǔ)上可以預(yù)測(cè)儲(chǔ)能配置與準(zhǔn)確性的關(guān)系，能夠進(jìn)一步得出微電網(wǎng)中儲(chǔ)能分散配置與集中配置對(duì)儲(chǔ)存能量的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，充分利用各個(gè)裝置的可用容量減小微電網(wǎng)系統(tǒng)的容量，從這一角度而言，集中配置好于分散配置。

能裝置分析：通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)比較以鋰電池為代表的能量型儲(chǔ)能裝置和超級(jí)電容為代表的功率型儲(chǔ)能裝置，在平滑能量波動(dòng)方面的特性，得出結(jié)果表明功率型儲(chǔ)能裝置可以平滑短時(shí)功率波動(dòng)，但對(duì)常識(shí)功率波動(dòng)表現(xiàn)不佳，能量型儲(chǔ)能裝置可以平滑，小浮動(dòng)功率波動(dòng)，特別在平滑常識(shí)波動(dòng)過(guò)洞中最能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，卻難以適應(yīng)大幅波動(dòng)情況。

混合儲(chǔ)能系統(tǒng)分析：考慮到單一功率型和能量型儲(chǔ)存裝置在平滑功率時(shí)的波動(dòng)局限性，可以將兩者有機(jī)的結(jié)合到一起組成混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，從而發(fā)揮其各自長(zhǎng)處，通過(guò)控制理論功率優(yōu)化分配法，可以降低混合系統(tǒng)的總成本。通過(guò)運(yùn)用遺傳算法使各儲(chǔ)能間的充放電功率約束荷電狀態(tài)，滿足平滑目標(biāo)的柔性約束，達(dá)到混合系統(tǒng)配置。通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果表明，功率優(yōu)化分配方法可以充分發(fā)揮兩種介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，了解的狀態(tài)設(shè)定的范圍內(nèi)并有效的減少能量的儲(chǔ)能充電次數(shù)，并在柔性約束優(yōu)化問(wèn)題中，采用遺傳算法求解，能夠使用優(yōu)化問(wèn)題收斂至解。另外通過(guò)仿真結(jié)果表明適當(dāng)?shù)姆潘沙潆姶螖?shù)，可以有效的減少混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量與功率，可以結(jié)合實(shí)際成本，進(jìn)行混合儲(chǔ)能的系統(tǒng)配。

儲(chǔ)能元件保護(hù)開(kāi)關(guān)優(yōu)化：在故障發(fā)生或天氣的情況下，原件的保護(hù)開(kāi)關(guān)發(fā)揮著重要作用，為防止儲(chǔ)能元件過(guò)充與過(guò)放，在儲(chǔ)能元件soc達(dá)到閾值時(shí)將其從電網(wǎng)斷開(kāi)。傳統(tǒng)的保護(hù)開(kāi)關(guān)只有斷開(kāi)和閉合的功能。這就使開(kāi)關(guān)在斷開(kāi)后，需要獨(dú)立的充放電路，將儲(chǔ)能元件soc恢復(fù)到正常水平，才能在接入電網(wǎng)；其過(guò)程非常繁瑣，并且成本也很高，針對(duì)這種情況，筆者對(duì)保護(hù)電路進(jìn)行改造，通過(guò)兩個(gè)開(kāi)關(guān)，兩個(gè)二極管并聯(lián)組成，使保護(hù)電路形成四種不同的工作狀態(tài)，當(dāng)儲(chǔ)能元件Soc到達(dá)上，一個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，一個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，儲(chǔ)能原件只放電，并且防止原件同時(shí)自動(dòng)恢復(fù)電量獨(dú)立放電電路，從而降低成本，soc下線時(shí)同里，改進(jìn)保護(hù)開(kāi)關(guān)結(jié)合上文中的改進(jìn)控制策略就可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能原件恢復(fù)電量的同時(shí)，平抑光伏輸入功率波動(dòng)平滑，并網(wǎng)輸出功率，提高并網(wǎng)電能質(zhì)量。

2、光儲(chǔ)微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)展展望

在對(duì)獨(dú)立性微電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)控制策略研究時(shí)，從儲(chǔ)能容量最小方向進(jìn)行研究的，仿真結(jié)果表明儲(chǔ)能放電效率對(duì)光伏風(fēng)電優(yōu)化比例及儲(chǔ)能容量存在一定的影響，具體產(chǎn)生的原因，本文中沒(méi)有進(jìn)一步討論。

在比較能量型儲(chǔ)能與功率型儲(chǔ)能在平華可再生能源功率波動(dòng)方面性能差異時(shí)，只是在投資成本相同的前提下額定容量和額定功率，這之間未考慮想用速度方面的影響。另外，不同的儲(chǔ)能戒指成本也不是隨著額定容量和額定功率現(xiàn)金增長(zhǎng)的因素，也未能考慮。

3、Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)概述

3.1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)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，專門研制出的企業(yè)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)滿足光伏系統(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、屏蔽雙絞線等。系統(tǒng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

3.2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

本方案遵循的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有：

本技術(shù)規(guī)范書(shū)提供的設(shè)備應(yīng)滿足以下規(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)范第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)第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)范第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)范第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)第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)第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)第1部分：微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則

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

3.3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。

3.4型號(hào)說(shuō)明

3.5系統(tǒng)配置

3.5.1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：

3.6系統(tǒng)功能

3.6.1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。

3.6.1.1光伏界面

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。3.6.1.2儲(chǔ)能界面

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變化曲線以及電量變化曲線。

3.6.1.5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。

3.6.2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，便于用戶對(duì)該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。