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淺淡新型電力系統下的儲能技術(shù)應用

 更新日期:2024-05-29 點(diǎn)擊量:98

摘要:針新型電力系統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(kāi)放互動(dòng)五大特征。儲能技術(shù)在新型電力系統構建中扮演的角色,是實(shí)現五大特征的重要引擎,也是保障電力持續可靠供應、保障電網(wǎng)安全穩定運行、促進(jìn)新能源高效消納(簡(jiǎn)稱(chēng)“兩保一促")的基礎支柱。

關(guān)鍵詞:電力系統;儲能技術(shù);新能源

0.引言

隨著(zhù)新型電力系統已經(jīng)正式邁入“路徑設計"及“方法實(shí)施"的關(guān)鍵階段。2023年7月11日,主持召開(kāi)全面深化改革委員會(huì )二次會(huì )議,審議通過(guò)了《關(guān)于深化電力體制改革加快構建新型電力系統的指導意見(jiàn)》,強調要科學(xué)合理設計新型電力系統建設路徑。同日《中國電力報》刊發(fā)電網(wǎng)有限公司辛保安董事長(cháng)署名文章“新型電力系統構建,闡釋新型電力系統構建中的關(guān)鍵難點(diǎn)??梢钥隙ǖ氖?,在新型電力系統建設的不同階段,儲能技術(shù)都將持續發(fā)揮重要作用,非常有必要在頂層設計的基礎上,完善儲能系統的理論方法,促進(jìn)儲能數字化智能化(簡(jiǎn)稱(chēng)數智化)技術(shù)創(chuàng )新,服務(wù)好支撐電源側高比例可再生能源廣泛接入、電網(wǎng)側資源安全高效靈活配置、負荷側多元負荷需求的戰略目標。

1.開(kāi)發(fā)背景

當基于上述背景,《供用電》邀請我們共同策劃了“新型電力系統下的儲能技術(shù)"專(zhuān)題,組織了5篇技術(shù)論文。面向數智化發(fā)展的電化學(xué)儲能電站創(chuàng )新應用新需求與新挑戰,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)展現狀的基礎上,提出了儲能電池、儲能變流器、儲能電站的數智化應用新思路與新方法,并展望了電化學(xué)儲能電站數字化智能化應用前景;針對愈加復雜的微電網(wǎng)黑啟動(dòng)問(wèn)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(dòng)能力在線(xiàn)評估的微電網(wǎng)動(dòng)態(tài)黑啟動(dòng)策略,該策略可避免電源實(shí)際出力小于負荷需求而導致黑啟動(dòng)失敗,也可減少電源實(shí)際出力過(guò)剩而導致的能源浪費;針對電池儲能電站中鋰離子電池的安全風(fēng)險與優(yōu)化運行問(wèn)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的安全運行,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調度;針對改善風(fēng)力發(fā)電出力特

性的問(wèn)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)-儲系統魯棒模型預測控制技術(shù),相比于其他技術(shù),所提魯棒模型預測控制策略對風(fēng)電波動(dòng)的平抑效果更佳,且對不同水平的風(fēng)電預測誤差具有更強的適應性;針對電壓暫降防治問(wèn)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)園區重要敏感負荷的穩定運行。

2.安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統解決方案

2.1概述

安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統具有完善的儲能監控與管理功能,涵蓋了儲能系統設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息,實(shí)現了數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢(xún)與分析、可視監控、報警管理、統計報表等功能。在高級應用上支持能量調度,具備計劃曲線(xiàn)、削峰填谷、需量控制、備用電源等控制功能。系統對電池組性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監測及歷史數據分析、根據分析結果采用智

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。系統支持Windows操作系統,數據庫采用SQLServer。本系統既可以用于儲能一體柜,也可以用于儲能集裝箱,是專(zhuān)門(mén)用于儲能設備管理的一套軟件系統平臺。

2.2適用場(chǎng)合

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

2.2.1工商業(yè)儲能四大應用場(chǎng)景

1)工廠(chǎng)與商場(chǎng):工廠(chǎng)與商場(chǎng)用電習慣明顯,安裝儲能以進(jìn)行削峰填谷、需量管理,能夠降低用電成本,并充當后備電源應急;

2)光儲充電站:光伏自發(fā)自用、供給電動(dòng)車(chē)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)運行的靈活性,以工業(yè)園區微網(wǎng)、海島微網(wǎng)、偏遠地區微網(wǎng)為主,儲能起到平衡發(fā)電供應與用電負荷的作用;

4)新型應用場(chǎng)景:工商業(yè)儲能積極探索融合發(fā)展新場(chǎng)景,已出現在數據、5G基站、換電重卡、港口岸電等眾多應用場(chǎng)景。

2.3系統結構

2.4系統功能

2.4.1實(shí)時(shí)監測

微電網(wǎng)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(guān)顯示各電氣回路的運行狀態(tài),實(shí)時(shí)監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息,動(dòng)態(tài)監視各回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。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(wú)功功率、總功率因數、頻率和正向有功電能累計值;狀態(tài)參數主要有:開(kāi)關(guān)狀態(tài)、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(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、儲能荷電狀態(tài)及發(fā)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(jìn)行狀態(tài)管理,能夠根據儲能系統的荷電狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)告警,并支持定期的電池維護。

微電網(wǎng)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(wǎng)光伏、風(fēng)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(jìn)行顯示。

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圖2系統主界面

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

2.4.2光伏界面

圖3光伏系統界面

本界面用來(lái)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(tài)監測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統計及分析、并網(wǎng)柜電力監測及發(fā)電量統計、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數統計、發(fā)電收益統計、碳減排統計、輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監測、發(fā)電功率模擬及效率分析;同時(shí)對系統的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運行數據進(jìn)行展示。

2.4.3儲能界面

圖4儲能系統界面

本界面主要用來(lái)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(xiàn)以及電量變化曲線(xiàn)。

圖5儲能系統PCS參數設置界面

本界面主要用來(lái)展示對PCS的參數進(jìn)行設置,包括開(kāi)關(guān)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(lái)展示對BMS的參數進(jìn)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(wǎng)側數據界面

本界面用來(lái)展示對PCS電網(wǎng)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(lái)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(shí)針對交流側的異常信息進(jìn)行告警。

圖9儲能系統PCS直流側數據界面

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

圖10儲能系統PCS狀態(tài)界面

本界面用來(lái)展示對PCS狀態(tài)信息,主要包括通訊狀態(tài)、運行狀態(tài)、STS運行狀態(tài)及STS故障告警等。

圖11儲能電池狀態(tài)界面

本界面用來(lái)展示對BMS狀態(tài)信息,主要包括儲能電池的運行狀態(tài)、系統信息、數據信息以及告警信息等,同時(shí)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(lái)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,并展示當前電芯大、小電壓、溫度值及所對應的位置。

2.4.4風(fēng)電界面

圖13風(fēng)電系統界面

本界面用來(lái)展示對風(fēng)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(tài)監測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統計及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數統計、發(fā)電收益統計、碳減排統計、風(fēng)速/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監測、發(fā)電功率模擬及效率分析;同時(shí)對系統的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運行數據進(jìn)行展示。

2.4.5充電樁界面

圖14充電樁界面

本界面用來(lái)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(xiàn)、各個(gè)充電樁的運行數據等。

2.4.6視頻監控界面

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圖15微電網(wǎng)視頻監控界面

本界面主要展示系統所接入的視頻畫(huà)面,且通過(guò)不同的配置,實(shí)現預覽、回放、管理與控制等。

2.4.7發(fā)電預測

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

圖16光伏預測界面

2.4.8策略配置

系統應可以根據發(fā)電數據、儲能系統容量、負荷需求及分時(shí)電價(jià)信息,進(jìn)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(dòng)態(tài)擴容等。

基礎參數計劃曲線(xiàn)-一充一放

圖17策略配置界面

2.4.9運行報表

應能查詢(xún)各子系統、回路或設備時(shí)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(wú)功功率、正向有功電能等。

圖18運行報表

2.4.10實(shí)時(shí)報警

應具有實(shí)時(shí)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(dòng)和關(guān)閉等遙信變位,及設備內部的保護動(dòng)作或事故跳閘時(shí)應能發(fā)出告警,應能實(shí)時(shí)顯示告警事件或跳閘事件,包括保護事件名稱(chēng)、保護動(dòng)作時(shí)刻;并應能以彈窗、聲音、短信和電話(huà)等形式通知相關(guān)人員。

圖19實(shí)時(shí)告警

2.4.11歷史事件查詢(xún)

應能夠對遙信變位,保護動(dòng)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(fēng)速、氣壓越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理,方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯,查詢(xún)統計、事故分析。

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圖20歷史事件查詢(xún)

2.4.12電能質(zhì)量監測

應可以對整個(gè)微電網(wǎng)系統的電能質(zhì)量包括穩態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進(jìn)行持續監測,使管理人員實(shí)時(shí)掌握供電系統電能質(zhì)量情況,以便及時(shí)發(fā)現和消除供電不穩定因素。

1)在供電系統主界面上應能實(shí)時(shí)顯示各電能質(zhì)量監測點(diǎn)的監測裝置通信狀態(tài)、各監測點(diǎn)的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度和正序/負序/零序電流值;

2)諧波分析功能:系統應能實(shí)時(shí)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(dòng)與閃變:系統應能顯示A/B/C三相電壓波動(dòng)值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長(cháng)閃變值;應能提供A/B/C三相電壓波動(dòng)曲線(xiàn)、短閃變曲線(xiàn)和長(cháng)閃變曲線(xiàn);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(wú)功功率和視在功率;應能顯示三相總有功功率、總無(wú)功功率、總視在功率和總功率因素;應能提供有功負荷曲線(xiàn),包括日有功負荷曲線(xiàn)(折線(xiàn)型)和年有功負荷曲線(xiàn)(折線(xiàn)型);

5)電壓暫態(tài)監測:在電能質(zhì)量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降、短時(shí)中斷發(fā)生時(shí),系統應能產(chǎn)生告警,事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話(huà)等形式通知相關(guān)人員;系統應能查看相應暫態(tài)事件發(fā)生前后的波形。

6)電能質(zhì)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、大值、小值、95%概率值、方均根值。

7)事件記錄查看功能:事件記錄應包含事件名稱(chēng)、狀態(tài)(動(dòng)作或返回)、波形號、越限值、故障持續時(shí)間、事件發(fā)生的時(shí)間。

圖21微電網(wǎng)系統電能質(zhì)量界面

2.4.13遙控功能

應可以對整個(gè)微電網(wǎng)系統范圍內的設備進(jìn)行遠程遙控操作。系統維護人員可以通過(guò)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(shí)執行調度系統或站內相應的操作命令。

圖22遙控功能

2.4.14曲線(xiàn)查詢(xún)

應可在曲線(xiàn)查詢(xún)界面,可以直接查看各電參量曲線(xiàn),包括三相電流、三相電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數、SOC、SOH、充放電量變化等曲線(xiàn)。

圖23曲線(xiàn)查詢(xún)

2.4.15統計報表

具備定時(shí)抄表匯總統計功能,用戶(hù)可以自由查詢(xún)自系統正常運行以來(lái)任意時(shí)間段內各配電節點(diǎn)的用電情況,即該節點(diǎn)進(jìn)線(xiàn)用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。對微電網(wǎng)與外部系統間電能量交換進(jìn)行統計分析;對系統運行的節能、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(shí)間、年停電次數等分析;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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圖24統計報表

2.4.16網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

系統支持實(shí)時(shí)監視接入系統的各設備的通信狀態(tài),能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構;可在線(xiàn)診斷設備通信狀態(tài),發(fā)生網(wǎng)絡(luò )異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

圖25微電網(wǎng)系統拓撲界面

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

2.4.17通信管理

可以對整個(gè)微電網(wǎng)系統范圍內的設備通信情況進(jìn)行管理、控制、數據的實(shí)時(shí)監測。系統維護人員可以通過(guò)管理系統的主程序右鍵打開(kāi)通信管理程序,然后選擇通信控制啟動(dòng)所有端口或某個(gè)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。

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圖26通信管理

2.4.18用戶(hù)權限管理

應具備設置用戶(hù)權限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作(如遙控操作,運行參數修改等)??梢远x不同級別用戶(hù)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。

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圖27用戶(hù)權限

2.4.19故障錄波

應可以在系統發(fā)生故障時(shí),自動(dòng)準確地記錄故障前、后過(guò)程的各相關(guān)電氣量的變化情況,通過(guò)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(dòng)作、提高電力系統安全運行水平有著(zhù)重要作用。其中故障錄波共可記錄16條,每條錄波可觸發(fā)6段錄波,每次錄波可記錄故障前8個(gè)周波、故障后4個(gè)周波波形,總錄波時(shí)間共計46s。每個(gè)采樣點(diǎn)錄波至少包含12個(gè)模擬量、10個(gè)開(kāi)關(guān)量波形。

圖28故障錄波

2.4.20事故追憶

可以自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)掃描數據,包括開(kāi)關(guān)位置、保護動(dòng)作狀態(tài)、遙測量等,形成事故分析的數據基礎。

用戶(hù)可自定義事故追憶的啟動(dòng)事件,當每個(gè)事件發(fā)生時(shí),存儲事故10個(gè)掃描周期及事故后10個(gè)掃描周期的有關(guān)點(diǎn)數據。啟動(dòng)事件和監視的數據點(diǎn)可由用戶(hù)和隨意修改。

圖29事故追憶

3.系統硬件配置清單

4.結語(yǔ)

綜上所述,本專(zhuān)題重點(diǎn)圍繞儲能數字化智能化應用、建模仿真、運行控制、黑啟動(dòng)等議題,擬通過(guò)理論研究、方法推廣、產(chǎn)業(yè)協(xié)同等方式,把握儲能系統功能定位和發(fā)展趨勢,為儲能參與支撐新型電力系統“兩保一促"等提供一定應用思路。展望未來(lái),為促進(jìn)儲能技術(shù)的健康、有序發(fā)展,不僅可以通過(guò)深刻把握新型電力系統的構建邏輯,開(kāi)展儲能發(fā)展的論研究;還應通過(guò)推動(dòng)儲能的技術(shù)創(chuàng )新,深化新型電力系統落地與實(shí)踐。建議持續關(guān)注新型電力系統中的儲能規劃評估、集成運行及新型裝備技術(shù)發(fā)展,并在多能互補系統、超大規模儲能電站、多類(lèi)型儲能聯(lián)合應用、源網(wǎng)荷儲協(xié)同優(yōu)化等領(lǐng)域取得新的突破。

參考文獻

[1]李相俊.淺淡新型電力系統下的儲能技術(shù)[J].

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版.


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