安科瑞 陳聰

摘要：闡述分布式新能源交直流母線混合型分布式發電儲能系統，分布式新能源發電中的儲能系統工作模式，各種工作模式下的電能管理策略，探討超*電容與蓄電池兩者共同組成的混合儲能系統。

關鍵詞：混合儲能系統，分布式新能源，電能管理。

0、引言

分布式發電中的儲能系統為了有*降低功率波單電壓獲取剩余容量。但需要特別注意的是，電池動所帶來的影響，就需要在外部電網展開新能源輸在工作過程中，剩余容量和單電壓兩者之間并不存出，從而促使系統時刻維持自帶負載輸出狀態。

1、分布式新能源交直流母線混合型分布式發電儲能系統

文章所闡述的分布式新能源發電系統主要指的是交直流母線混合型分布式發電系統。此發電系統主要利用新能源太陽能與風能進行發電。通常情況下，太陽能與風能發電的跟*狀態都處于**功率點，但是由于這兩種新能源發電模式非常容易受到天氣等各種因素的影響與干擾，*終造成系統輸出功率狀態不能時刻保持穩定狀態。因此，為了充分確保此系統可以在孤島條件下長時間處于穩定運行狀態，文章通過分析將超*電容與蓄電池作為系統儲能裝置，通過二者剩余容量以及自身特點等各種實際運行情況，制定出不同的控制策略，從而達到對系統能量進行有*管理的目的[1]。

1. 分布式新能源發電中的儲能系統工作模式

系統能源管理過程中的關鍵參考依據包括兩個主要方面，（1）電池的超前狀態；（2）超*電容器。在物理算法中超電容器和單電壓的平方形成正比例關系，由此可以推出能夠通過測量超電容器的單電壓獲取剩余容量。但需要特別注意的是，電池在工作過程中，剩余容量和單電壓兩者之間并不存在明確的函數關系，在此情況下就需要采取間接測量法。分布式新能源發電中的儲能系統使用的是系統系數積分法與卡門過濾器，從而實現在電池的線上能夠計算出SOC。本文對此進行簡要的分析與討論，根據相關預測，假若將電力容量的SOC正常狀態設定為20%～90%之間，那么低容量可能為20%以下，高容量則為90%以上。可以得出在實際應用過程中會存在諸如SOC的30%～90%、電池、低容量以及高容量等多種模式。當采用同一種控制策略應對所有模式時，檢查電池的SOC、超*電容器以及系統運行時間之外的電網，就可以明確分布式新能源中儲存能量所需的控制策略。如圖1所示，AC/DC總線混合發電系統，主要借助太陽能和風力發電，通常情況下，在實際運行過程中，*高的跟*狀態則為太陽能與風力發電輸出處于快速的變化因素。例如，在天氣情況良好的狀態下，采用超*電容器作為能源儲存設備。分布式新能源發電中儲能系統為了促使其能夠在孤島狀態下處于長期而穩定的運行模式，就會利用長期能量儲存裝置，使用大容量電池，如612V/65Hz。應明確的是，必*根據兩種不同的能源儲存單元的自身特點、外部電網實際狀況以及剩余容量情況等，分別采用針對性的控制策略[2]。

圖1交流混合母線分布式發電系統

1. 各種工作模式下的電能管理策略

2. 儲能系統均處于正常模式的情況。此模式是*為常見的工作模式，此時電池剩余容量與超*電容都維持在正常狀態。但由于新能源發電系統采用的太陽能與風能發電模式都具備間歇性特質，因此在實際運行時*易發生本地載荷驟然降低或增加的突發*況。當出現此種情況時，勢必會導致發電系統輸出功率發生高頻波動。并且同時又因為蓄電池裝置需要比較長的時間來完成充電或是放點過程，就難以及時有*的控制此種高頻波動。所以，就應當充分利用超*電容控制這部分波動功率。除此之外，在分布式新能源發電儲能系統處在孤島條件或并網狀態下運行時，同樣可以對儲能系統中的功率采取上述能量管理策略進行合理的配置，根據實際運行情況產生出實際所需功率。同時能夠通過合理調節增益K的方式，實現有*分配超*電容與蓄電池兩種儲能裝置所輸出的功率。例如，當超*電容剩余較大的容量時，可以將增益K相應的提高，從而促使超*電容能夠承擔較多的功率輸出。

（2）蓄電池異常模式。蓄電池異常模式狀態下的情況主要表現為蓄電池儲能裝置所剩余的容量處于較低或較高的狀態，而超*電容裝置當中的剩余容量卻一直處于正常狀態。在此種情況下，就會使整體電網系統運行的安全性與穩定性大幅度降低，因此，為了確保系統的正常運行，必*在*短的時間內使系統恢復到正常工作模式。同時，當分布式發電中的儲能系統處于并網狀態的情況下，其實際的運行狀態就會與蓄電池電容異常模式比較接近，此時，為了盡快恢復蓄電池裝置自身的剩余容量，就必*采用內外電網能量交換的方法，從而真*確保系統的正常運行。在此過程中，可能會產生一定的功率沖擊，但其對系統造成的實際影響并不明顯。除此之外，在孤島狀態下儲能系統實際運行過程中，由于超*電容裝置自身能量存儲狀態有一定的限*，因此難以促使蓄電池裝置在短時間內借助能量傳遞的方式恢復到正常工作狀態。針對此種情況，就只能借助超*電容來確保能量的有*傳遞，直到并網成功之后，才能夠再將蓄電池裝置充電，從而確保其能夠恢復到正常的運行狀態[3]。

（3）超*電容異常模式。對于超*電容異常模式來講，其所表現出的異常情況為：當蓄電池儲能裝置自身的剩余容量處于正常狀態下，而超*電容儲能裝置當中的剩余容量卻會發生較高或較低的異常情況。在此種背景下，分布式發電儲能系統自身性能就會大幅度降低，例如其吸收與釋放高頻功率性能，嚴重時還會給整體系統相應功能帶來嚴重的負面影響。必*及時使系統恢復到正常的工作模式。與此同時，當分布式新能源發電中儲能系統處于并網狀態當中時，可以將外部電網視為一個不設上限的電網連接，在此情況下，超*電容就可以借助能量傳遞的方式，來將超出自身的能量傳遞到外部電網當中，從而能夠促使自身在短時間內恢復到正常的運行狀態。此外，在孤島狀態下，儲能系統運行過程當中，由于會缺乏外部電網提供的相應輔助支持，因此就應當充分確保儲能系統一直維持在功率平衡的穩定狀態，通過超*電容來切實提升系統自身的反應力。與此同時，為了確保分布式新能源發電輸出功率穩定性的有*提升，還必*強化超*電容與蓄電池二者儲能裝置之間的能量傳遞，從而切實達到能量有*管理的目的。

（4）全部異常模式。對于全部異常模式狀態下的能量管理策略來講，必*綜合考慮上述幾種異常模式，通過直流母線之間的相互均衡，從而促使異常模式能夠合理轉述為上述的其中一個模式，進而可以再運用相對應的管理策略實行控制。針對都處于異常模式下的能量管理策略來講，可以分為下面兩種情況：①蓄電池剩余容量與超*電容都處于過高的情況，此時就需要在孤島運行過程中，控制其自身輸出功率；②對于蓄電池剩余容量與超*電容兩者都處在過低的狀態下來講，為了有*維持敏*負荷始終處于正常狀態下，就必*剔除一些不必要的負載，從而充分確保分布式新能源發電系統處于穩定狀態。

1. Acrel-2000MG微電網能量管理系統概述

4.1概述

Acrel-2000MG微電網能量管理系統，是我司根據新型電力系統下微電網監控系統與微電網能量管理系統的要求，總結國內外的研究和生產的經驗，專門研制出的企業微電網能量管理系統。本系統滿足光伏系統、風力發電、儲能系統以及充電樁的接入，全天候進行數據采集分析，直接監視光伏、風能、儲能系統、充電樁運行狀態及健康狀況，是一個集監控系統、能量管理為一體的管理系統。該系統在安全穩定的基礎上以經濟優化運行為目標，提升可再生能源應用，提高電網運行穩定性、補償負荷波動；有*實現用戶側的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷，提高電力設備運行效率、降低供電成本。為企業微電網能量管理提供安全、可靠、經濟運行提供了全新的解決方案。

微電網能量管理系統應采用分層分布式結構，整個能量管理系統在物理上分為三個層：設備層、網絡通信層和站控層。站級通信網絡采用標準以太網及TCP/IP通信協議，物理媒介可以為光纖、網線、屏蔽雙絞線等。系統支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

4.2技術標準

本方案遵循的標準有：

本技術規范書提供的設備應滿足以下規定、法規和行業標準：

GB/T26802.1-2011工業控制計算機系統通用規范1部分：通用要求

GB/T26806.2-2011工業控制計算機系統工業控制計算機基本平臺2部分：性能評定方法

GB/T26802.5-2011工業控制計算機系統通用規范5部分：場地安全要求

GB/T26802.6-2011工業控制計算機系統通用規范6部分：驗收大綱

GB/T2887-2011計算機場地通用規范

GB/T20270-2006信息安全技術網絡基礎安全技術要求

GB50174-2018電子信息系統機房設計規范

DL/T634.5101遠動設備及系統5-101部分:傳輸規約基本遠動任務配套標準

DL/T634.5104遠動設備及系統5-104部分:傳輸規約采用標準傳輸協議子集的IEC60870-5-網絡訪問101

GB/T33589-2017微電網接入電力系統技術規定

GB/T36274-2018微電網能量管理系統技術規范

GB/T51341-2018微電網工程設計標準

GB/T36270-2018微電網監控系統技術規范

DL/T1864-2018型微電網監控系統技術規范

T/CEC182-2018微電網并網調度運行規范

T/CEC150-2018低壓微電網并網一體化裝置技術規范

T/CEC151-2018并網型交直流混合微電網運行與控制技術規范

T/CEC152-2018并網型微電網需求響應技術要求

T/CEC153-2018并網型微電網負荷管理技術導則

T/CEC182-2018微電網并網調度運行規范

T/CEC5005-2018微電網工程設計規范

NB/T10148-2019微電網1部分：微電網規劃設計導則

NB/T10149-2019微電網2部分：微電網運行導則

4.3適用場合

系統可應用于城市、高速公路、工業園區、工商業區、居民區、智能建筑、海島、無電地區可再生能源系統監控和能量管理需求。

4.4型號說明

Acrel-2000

Acrel-2000系列監控系統

MG

MG—微電網能量管理系統。

1. 系統配置

5.1系統架構

本平臺采用分層分布式結構進行設計，即站控層、網絡層和設備層，詳細拓撲結構如下：

圖1典型微電網能量管理系統組網方式

1. 系統功能

6.1實時監測

微電網能量管理系統人機界面友好，應能夠以系統一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各回路斷路器、隔離開關等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。其中，各子系統回路電參量主要有：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數、頻率和正向有功電能累計值；狀態參數主要有：開關狀態、斷路器故障脫扣告警等。

系統應可以對分布式電源、儲能系統進行發電管理，使管理人員實時掌握發電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態及發電單元與儲能單元運行功率設置等。

系統應可以對儲能系統進行狀態管理，能夠根據儲能系統的荷電狀態進行及時告警，并支持定期的電池維護。

微電網能量管理系統的監控系統界面包括系統主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統信息進行顯示。

圖2系統主界面

子界面主要包括系統主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統計列表等。

6.1.1光伏界面

圖3光伏系統界面

本界面用來展示對光伏系統信息，主要包括逆變器直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、并網柜電力監測及發電量統計、電站發電量年有*利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、輻照度/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。

6.1.2儲能界面

圖4儲能系統界面

本界面主要用來展示本系統的儲能裝機容量、儲能當前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖5儲能系統PCS參數設置界面

本界面主要用來展示對PCS的參數進行設置，包括開關機、運行模式、功率設定以及電壓、電流的限值。

圖6儲能系統BMS參數設置界面

本界面用來展示對BMS的參數進行設置，主要包括電芯電壓、溫度保護限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。

圖7儲能系統PCS電網側數據界面

本界面用來展示對PCS電網側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數等。

圖8儲能系統PCS交流側數據界面

本界面用來展示對PCS交流側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數、溫度值等。同時針對交流側的異常信息進行告警。

圖9儲能系統PCS直流側數據界面

本界面用來展示對PCS直流側數據，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側的異常信息進行告警。

圖10儲能系統PCS狀態界面

本界面用來展示對PCS狀態信息，主要包括通訊狀態、運行狀態、STS運行狀態及STS故障告警等。

圖11儲能電池狀態界面

本界面用來展示對BMS狀態信息，主要包括儲能電池的運行狀態、系統信息、數據信息以及告警信息等，同時展示當前儲能電池的SOC信息。

圖12儲能電池簇運行數據界面

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，并展示當前電芯的**、*小電壓、溫度值及所對應的位置。

6.1.3風電界面

圖13風電系統界面

本界面用來展示對風電系統信息，主要包括逆變控制一體機直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、電站發電量年有*利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、風速/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。

6.1.4充電樁界面

圖14充電樁界面

本界面用來展示對充電樁系統信息，主要包括充電樁用電總功率、交直流充電樁的功率、電量、電量費用，變化曲線、各個充電樁的運行數據等。

6.1.5視頻監控界面

圖15微電網視頻監控界面

本界面主要展示系統所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實現預覽、回放、管理與控制等。

6.2發電預測

系統應可以通過歷史發電數據、實測數據、未來天氣預測數據，對分布式發電進行短期、超短期發電功率預測，并展示合格率及誤差分析。根據功率預測可進行人工輸入或者自動生成發電計劃，便于用戶對該系統新能源發電的集中管控。

圖16光伏預測界面

6.3策略配置

系統應可以根據發電數據、儲能系統容量、負荷需求及分時電價信息，進行系統運行模式的設置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計劃、需量控制、有序充電、動態擴容等。

圖17策略配置界面

6.4運行報表

應能查詢各子系統、回路或設備時間的運行參數，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。

圖18運行報表

6.5實時報警

應具有實時報警功能，系統能夠對各子系統中的逆變器、雙向變流器的啟動和關閉等遙信變位，及設備內部的保護動作或事故跳閘時應能發出告警，應能實時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護事件名稱、保護動作時刻；并應能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關人員。

圖19實時告警

6.6歷史事件查詢

應能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數、電芯溫度（鋰離子電池）、壓力（液流電池）、光照、風速、氣壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

圖20歷史事件查詢

6.7電能質量監測

應可以對整個微電網系統的電能質量包括穩態狀態和暫態狀態進行持續監測，使管理人員實時掌握供電系統電能質量情況，以便及時發現和消除供電不穩定因素。

1）在供電系統主界面上應能實時顯示各電能質量監測點的監測裝置通信狀態、各監測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度百分*和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度百分*和正序/負序/零序電流值；

2）諧波分析功能：系統應能實時顯示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：系統應能顯示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；應能顯示電壓偏差與頻率偏差；

4）功率與電能計量：系統應能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應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；應能提供有功負荷曲線，包括日有功負荷曲線（折線型）和年有功負荷曲線（折線型）；

5）電壓暫態監測：在電能質量暫態事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發生時，系統應能產生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關人員；系統應能查看相應暫態事件發生前后的波形。

6）電能質量數據統計：系統應能顯示1min統計整2h存儲的統計數據，包括均值、**值、*小值、95%概率值、方均根值。

7）事件記錄查看功能：事件記錄應包含事件名稱、狀態（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續時間、事件發生的時間。

圖21微電網系統電能質量界面

6.8遙控功能

應可以對整個微電網系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。系統維護人員可以通過管理系統的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預置、遙控返校、遙控執行的操作順序，可以及時執行調度系統或站內相應的操作命令。

圖22遙控功能

6.9曲線查詢

應可在曲線查詢界面，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、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

圖23曲線查詢

6.10統計報表

具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節點的用電情況，即該節點進線用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。對微電網與外部系統間電能量交換進行統計分析；對系統運行的節能、收益等分析；具備對微電網供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數等分析；具備對并網型微電網的并網點進行電能質量分析。

圖24統計報表

6.11網絡拓撲圖

系統支持實時監視接入系統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通信狀態，發生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

圖25微電網系統拓撲界面

本界面主要展示微電網系統拓撲，包括系統的組成內容、電網連接方式、斷路器、表計等信息。

6.12通信管理

可以對整個微電網系統范圍內的設備通信情況進行管理、控制、數據的實時監測。系統維護人員可以通過管理系統的主程序右鍵打開通信管理程序，然后選擇通信控制啟動所有端口或某個端口，快速查看某設備的通信和數據情況。通信應支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

圖26通信管理

6.13用戶權限管理

應具備設置用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控操作，運行參數修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

圖27用戶權限

6.14故障錄波

應可以在系統發生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各相關電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力系統安全運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6段錄波，每次錄波可記錄故障前8個周波、故障后4個周波波形，總錄波時間共計46s。每個采樣點錄波至少包含12個模擬量、10個開關量波形。

圖28故障錄波

6.15事故追憶

可以自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時掃描數據，包括開關位置、保護動作狀態、遙測量等，形成事故分析的數據基礎。

用戶可自定義事故追憶的啟動事件，當每個事件發生時，存儲事故*10個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關點數據。啟動事件和監視的數據點可由用戶**和隨意修改。

圖29事故追憶

1. 結束語

本文探討超*電容與蓄電池兩者共同組成的混合儲能系統，設計出具備針對性的能力管理策略，從而助力分布式新能源發電系統運行中的功率平衡，**程度上降低系統內部功率波動給外部電網產生的負面沖擊，有*確保在孤島條件下分布式新能源發電系統能夠平穩運行。

參考文獻

1. 蔡福霖,胡澤春,曹敏健,蔡德福,陳汝斯,孫冠群.提升新能源消納能力的集中式與分布式電池儲能協同規劃[J].電力系統自動化,2022,46(20):23-32.

2. 夏榮，李奎.分布式新能源發電中的儲能系統能量管理

3. 安科瑞企業微電網設計與應用設計,2022,05版.