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新能源光儲充一體化電站如何實現(xiàn)能源的高效利用
更新時間：2024-11-19 瀏覽次數(shù)：101
新能源光儲充一體化電站通過光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)和充電設(shè)施的有機結(jié)合，實現(xiàn)了能源的高效利用。
一、光伏發(fā)電系統(tǒng)
光伏發(fā)電系統(tǒng)是新能源光儲充一體化電站的重要組成部分，主要由太陽能光伏板、逆變器等組件構(gòu)成。其核心功能是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，供本地負載使用。
發(fā)電原理：光伏板利用太陽光輻射，通過光電效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化為直流電能。多塊光伏板串聯(lián)或并聯(lián)形成光伏陣列，進一步提高發(fā)電輸出。直流電經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，供當(dāng)?shù)刎撦d使用或輸送到電網(wǎng)。
優(yōu)化配置：通過優(yōu)化光伏陣列的設(shè)計和安裝角度，可以最大限度地接收太陽輻射，提高發(fā)電效率。例如，根據(jù)不同地區(qū)的緯度和季節(jié)變化，調(diào)整光伏板的傾斜角度，使其始終面向最佳日照方向。
中長期交易：光伏電站可以通過參與中長期電力交易鎖定未來電價，規(guī)避市場價格波動風(fēng)險。這樣不僅能穩(wěn)定收入，還能增強投資吸引力。
二、儲能系統(tǒng)
儲能系統(tǒng)在新能源光儲充一體化電站中起著調(diào)節(jié)電力供需、保障電網(wǎng)穩(wěn)定的重要作用。其核心組件包括儲能電池（如鋰電池）和相應(yīng)的變流器。
儲能原理：白天或電力富余時，儲能系統(tǒng)將多余電能存儲起來，在夜晚或電力短缺時釋放。儲能電池通過變流器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，反向操作亦然。
頻率調(diào)節(jié)：儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)服務(wù)，通過快速調(diào)整輸出功率維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定。例如，在用電高峰時段，儲能系統(tǒng)迅速放電填補電力缺口，而在低谷時段充電存儲多余電能，起到“削峰填谷"的作用。
敏感性分析：通過對儲能系統(tǒng)不同功率和儲能持續(xù)時間進行敏感性分析，可以確定優(yōu)化配置。例如，某研究表明，儲能系統(tǒng)的最佳配置為30.8 MW的功率和4.521小時的最大連續(xù)儲能時間，每日平均收入可達23.62萬元。
三、充電系統(tǒng)
充電系統(tǒng)主要用于電動汽車的充電管理，通過智能調(diào)度實現(xiàn)高效、低成本的充電服務(wù)。
充電策略：充電系統(tǒng)優(yōu)先使用光伏發(fā)電為電動汽車充電，不足部分由儲能系統(tǒng)補充。在電價較低或光伏發(fā)電豐富時段，通過優(yōu)化充電策略，可以降低充電成本，提高清潔能源利用率。
有序充電：通過有序充電策略，充電系統(tǒng)可以根據(jù)電網(wǎng)負荷和光伏發(fā)電情況進行動態(tài)調(diào)整，避免負荷過重導(dǎo)致電網(wǎng)壓力過大。例如，某研究提出的基于鼠群優(yōu)化算法的雙層多目標(biāo)有序充電策略，能夠在光伏充分消納的前提下，兼顧用戶側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的利益，實現(xiàn)負荷“削峰填谷"，降低峰谷差，同時減少充電費用。
極快充電：針對電動汽車極快充電需求，通過配置合適的儲能系統(tǒng)和光伏面板，可以滿足短時間內(nèi)高功率充電需求，同時減輕對電網(wǎng)的瞬時沖擊。優(yōu)化設(shè)計后的極快充電站點不僅能滿足充電需求，還能提升整體電網(wǎng)性能，降低年度總成本。
四、控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)是一體化電站的核心大腦，負責(zé)協(xié)調(diào)光伏、儲能和充電系統(tǒng)的協(xié)同運作，確保整體系統(tǒng)的高效運轉(zhuǎn)。
智能調(diào)度：控制系統(tǒng)通過實時監(jiān)測和分析，根據(jù)天氣狀況、電價變動和新能源車充電狀態(tài)等因素，智能調(diào)整光伏、儲能和充電系統(tǒng)的運行策略。例如，通過微電網(wǎng)管理模式，實現(xiàn)光伏發(fā)電、儲能和充電負荷的優(yōu)化調(diào)度，顯著降低變壓器容量需求。
微網(wǎng)模式：在電網(wǎng)斷開或局部運行情況下，控制系統(tǒng)切換至微網(wǎng)模式，繼續(xù)供電并保證關(guān)鍵負荷的正常運行。例如，通過改進的平滑切換控制策略，微電網(wǎng)可以在并網(wǎng)和孤島模式之間無縫切換，確保不間斷供電和系統(tǒng)穩(wěn)定性。
數(shù)據(jù)管理和優(yōu)化：利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，控制系統(tǒng)對電站運行數(shù)據(jù)進行深度分析，不斷優(yōu)化運行策略，提高效率和經(jīng)濟性。例如，通過實時監(jiān)控和遠程調(diào)整，實現(xiàn)精細化和數(shù)字化管理，提升整體系統(tǒng)的智能化水平。
五、安科瑞Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)
Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)能 夠?qū)ξ㈦娋W(wǎng)的源、網(wǎng)、荷、儲能系統(tǒng)、充 電負荷進行實時監(jiān)控、診斷告警、全景 分析、有序管理和高級控制 ，滿足微電 網(wǎng)運行監(jiān)視全面化、安全分析智能化、調(diào) 整控制前瞻化、全景分析動態(tài)化的需求， 完成不同目標(biāo)下光儲充資源之間的靈活 互動與經(jīng)濟優(yōu)化運行，實現(xiàn)能源效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。
1. 主要功能：
> 實時監(jiān)測；
> 能耗分析；
> 智能預(yù)測；
> 協(xié)調(diào)控制；
> 經(jīng)濟調(diào)度；
> 需求響應(yīng)。
2. 系統(tǒng)特點：
> 平滑功率輸出，提升綠電使用率；
> 削峰填谷、谷電利用，提高經(jīng)濟性；
> 降低充電設(shè)備對局部電網(wǎng)的沖擊；
> 降低站內(nèi)配電變壓器容量；
> 實現(xiàn)源荷最高匹配效能。
3. 相關(guān)控制策略：
序號 | 系統(tǒng)組成 | 運行模式 | 控制邏輯 |
1 | 市電+負荷+儲能 | 峰谷套利 | 根據(jù)分時電價，設(shè)置晚上低價時段充電、白天高價時段放電，根據(jù)峰谷價差進行套利 |
2 | 需量控制 | 根據(jù)變壓器的容量設(shè)定值，判斷儲能的充放電，使得變壓器容量保持在設(shè)定容量值以下，降低需量電費 | |
3 | 動態(tài)擴容 | 對于出現(xiàn)大功率的設(shè)備，且持續(xù)時間比較短時，可以通過控制儲能放電進行補充該部分的功率需求， | |
4 | 需求響應(yīng) | 根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度的需求，在電網(wǎng)出現(xiàn)用電高峰時進行放電、在電網(wǎng)出現(xiàn)用電低谷時進行充電； | |
5 | 平抑波動 | 根據(jù)負荷的用電功率變化，進行充放電的控制，如功率變化率大于某個設(shè)定值，進行放電，主要用于降低電網(wǎng)沖擊 | |
6 | 備用 | 當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，啟動儲能系統(tǒng)，對重要負荷進行供電，保證生產(chǎn)用電 | |
7 | 市電+負荷+光伏 | 自發(fā)自用、余電上網(wǎng) | 光伏發(fā)電優(yōu)先供自己負荷使用，多余的電進行上網(wǎng)，不足的由市電補充 |
8 | 自發(fā)自用 | 主要針對光伏多發(fā)時，存在一個防逆流控制，調(diào)節(jié)光伏逆變器的功率輸出，讓變壓器的輸出功率接近為0 | |
9 | 市電+負荷+光伏+儲能 | 自發(fā)自用 | 通過設(shè)置PCC點的功率值，系統(tǒng)控制PCC點功率穩(wěn)定在設(shè)置值。在這種狀態(tài)下，系統(tǒng)處于自發(fā)自用的狀態(tài)下，即： 1）當(dāng)分布式電源輸出功率大于負載功率時，不能被負載消耗時，增加負載或儲能系統(tǒng)充電。 2）當(dāng)分布式電源輸出功率小于負載功率時，不夠負載消耗時，減少負載（或者調(diào)節(jié)充電功率）或者儲能系統(tǒng)對負載放電。 |
10 | 削峰填谷 | 1）根據(jù)用戶用電規(guī)律，設(shè)置峰值和谷值，當(dāng)電網(wǎng)功率大于峰值時，儲能系統(tǒng)放電，以此來降低負荷高峰；當(dāng)電網(wǎng)功率小于谷值時，儲能系統(tǒng)充電，以此來填補負荷低谷，使發(fā)電、用電趨于平衡。 2)根據(jù)分布式電源發(fā)電規(guī)律，設(shè)置峰值和谷值，當(dāng)電網(wǎng)功率大于峰值時，儲能系統(tǒng)充電，以此來降低發(fā)電高峰；當(dāng)電網(wǎng)功率小于谷值時，儲能系統(tǒng)放電，以此來填補發(fā)電低谷，使發(fā)電、用電趨于平衡。 | |
11 | 需量控制 | 在光伏系統(tǒng)*大化出力的情況下，如果負荷功率仍然超過設(shè)置的需量功率，則控制儲能系統(tǒng)出力，平抑超出需量部分的功率，增加系統(tǒng)的經(jīng)濟性。 | |
12 | 動態(tài)擴容 | 對于出現(xiàn)高負荷時，優(yōu)先利用光儲系統(tǒng)對負荷進行供電，保證變壓器不超載 | |
13 | 需求響應(yīng) | 根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度的需求，在電網(wǎng)出現(xiàn)用電高峰時進行放電或者充電樁降功率或停止充電、在電網(wǎng)出現(xiàn)用電低谷時進行充電或者充電充電； | |
14 | 有序充電 | 在變壓器容量范圍內(nèi)進行充電，如果充電功率接近變壓容量限值，優(yōu)先控制光伏*大功率輸出或儲能進行放電，如果光儲仍不滿足充電需求，則進行降功率運行，直至切除部分充電樁（改變充電行為），對于充電樁的切除按照后充先切，先來后切的方式進行有序的充電。（有些是以充電時間與充電功率為控制變量，以充電費用或者峰谷差*小為目標(biāo)） | |
15 | 經(jīng)濟優(yōu)化調(diào)度 | 對發(fā)電用進行預(yù)測，結(jié)合分時電價，以用電成本*少為目標(biāo)進行策略制定 | |
16 | 平抑波動 | 根據(jù)負荷的用電功率變化，進行充放電的控制，如功率變化率大于某個設(shè)定值，進行放電，主要用于降低電網(wǎng)沖擊 | |
17 | 力調(diào)控制 | 跟蹤關(guān)口功率因數(shù)，控制儲能PCS連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率輸出 | |
18 | 電池維護策略 | 定期對電池進行一次100%DOD深充深放循環(huán)；通過系統(tǒng)下發(fā)指令，更改BMS的充滿和放空保護限值，以滿足100%DOD充放，系統(tǒng)按照正常調(diào)度策略運行 | |
19 | 熱管理策略 | 基于電池的*高溫度，控制多臺空調(diào)的啟停 |
4. 核心功能：
◆ 多種協(xié)議
支持多種規(guī)約協(xié)議 ， 包括： Modbus TCP/RTU、 DL/T645-07/97、 IEC60870-5- 101/103/104、 MQTT、 CDT、第三方協(xié)議定制等。
◆ 多種通訊方式
支持多種通信方式： 串口、 網(wǎng)口、 WIFI、 4G。
◆ 通信管理
提供通信通道配置、 通信參數(shù)設(shè)定、 通信運行監(jiān)視和管理等。 提供規(guī)約調(diào)試的工具 ， 可監(jiān)視收發(fā)原碼、 報文解析、通道狀態(tài)等。
◆ 智能策略
系統(tǒng)支持自定義控制策略 ， 如削峰填谷、 需量控制、 動態(tài)擴容、 后備電源、 平抑波動、 有序充電、 逆功率保護等策略 ，保障用戶的經(jīng)濟性與安全性。
◆ 全量監(jiān)控
覆蓋傳統(tǒng)EMS盲區(qū) ， 可接入多種協(xié)議和不同廠家設(shè)備實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)制 ，實現(xiàn)環(huán)境、 安防、 消防、 視頻監(jiān)控、 電能質(zhì)量、計量、 繼電保護等多系統(tǒng)和設(shè)備的全量接入。
5. 系統(tǒng)功能
系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)光伏、風(fēng)電、儲能、充電樁及總體負荷情況，體現(xiàn)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、告警信息、收益、環(huán)境等。
儲能監(jiān)控
系統(tǒng)綜合數(shù)據(jù)：電參量數(shù)據(jù)、充放電量數(shù)據(jù)、節(jié)能減排數(shù)據(jù)；
運行模式：峰谷模式、計劃曲線、需量控制等；
統(tǒng)計電量、收益等數(shù)據(jù)；
儲能系統(tǒng)功率曲線、充放電量對比圖，實時掌握儲能系統(tǒng)的整體運行水平。
光伏監(jiān)控
光伏系統(tǒng)總出力情況
逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警
逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析
并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計
電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計，識別低效發(fā)電電站；
發(fā)電收益統(tǒng)計(補貼收益、并網(wǎng)收益)
輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測
并網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測及分析
光伏預(yù)測
以海量發(fā)電和環(huán)境數(shù)據(jù)為根源，以高精度數(shù)值氣象預(yù)報為基礎(chǔ)，采用多維度同構(gòu)異質(zhì)BP、LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)光功率預(yù)測方法。
時間分辨率：15min
超短期未來4h預(yù)測精度＞90%
短期未來72h預(yù)測精度＞80%
短期光伏功率預(yù)測
超短期光伏功率預(yù)測
數(shù)值天氣預(yù)報管理
誤差統(tǒng)計計算
實時數(shù)據(jù)管理
歷史數(shù)據(jù)管理
光伏功率預(yù)測數(shù)據(jù)人機界面
風(fēng)電監(jiān)控
風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)總出力情況
逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警
逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析
并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計
電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計，識別低效發(fā)電電站；
發(fā)電收益統(tǒng)計(補貼收益、并網(wǎng)收益)
風(fēng)力/風(fēng)速/氣壓/環(huán)境溫濕度監(jiān)測
并網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測及分析
充電樁系統(tǒng)
實時監(jiān)測充電系統(tǒng)的充電電壓、電流、功率及各充電樁運行狀態(tài)；
統(tǒng)計各充電樁充電量、電費等；
針對異常信息進行故障告警；
根據(jù)用電負荷柔性調(diào)節(jié)充電功率。
電能質(zhì)量
對整個系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進行持續(xù)性的監(jiān)測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態(tài)數(shù)據(jù)進行監(jiān)測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進行監(jiān)測。
6. 配套產(chǎn)品
7.案例分享-江陰風(fēng)光儲充微電網(wǎng)系統(tǒng)
六、結(jié)論
新能源光儲充一體化電站通過光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)和充電設(shè)施的有機結(jié)合，實現(xiàn)了能源的高效利用。通過智能調(diào)度和優(yōu)化控制，光儲充一體化系統(tǒng)不僅提高了清潔能源的利用率，還降低了用電成本，提升了電網(wǎng)的穩(wěn)定性，展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。