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探究電池儲能系統恒功率削峰填谷策略應用

 更新日期:2024-05-29 點(diǎn)擊量:102

摘要:以南方電網(wǎng)MW級電池儲能示范工程為背景,以求解采用恒功率充放電策略運行的電池儲能系統削峰填谷策略為目的,提出了電池儲能系統恒功率削峰填谷優(yōu)化模型及求解該模型的實(shí)用簡(jiǎn)化算法。該算法令電池以*大功率充放電,可以快速求解電池1d充電1次、放電多次情況下的電池儲能系統充放電策略,給出了削峰填谷實(shí)時(shí)控制策略。

關(guān)鍵詞:電池儲能系統;削峰填谷;恒功率

0.引言

電力系統削峰填谷是負荷管理的重要方面。對電網(wǎng)運營(yíng)者來(lái)說(shuō),負荷峰值降低有利于推遲設備容量升級,提高設備利用率,節省設備更新的費用,降低供電成本,對電力用戶(hù)來(lái)說(shuō),可以利用峰谷電價(jià)差獲得經(jīng)濟效益。大規模電池儲能系統(batteryenergystoragesystem,BESS)以其的優(yōu)勢在削峰填谷方面能夠發(fā)揮巨大作用。在國外已有許多大規模BESS在運行;在國內,南方電網(wǎng)開(kāi)展了MW級電池儲能系統示范項目,建成了深圳寶清電池儲能站(接入深圳碧嶺變電站)。本文的研究基于南方電網(wǎng)MW級電池儲能項目,并應用于監控系統的*級應用控制部分。

電池儲能系統的削峰填谷功能可以分為兩步來(lái)完成。*一步是日前優(yōu)化,在新的一天開(kāi)始前,根據預測出的日負荷曲線(xiàn),優(yōu)化出24h的BESS*優(yōu)充放電策略,即每個(gè)時(shí)刻電池是否充放電,充放電的功率大小為多少。*二步是實(shí)時(shí)控制,根據日前優(yōu)化給出的充放電策略,以及當前時(shí)刻的負荷值、電池狀態(tài)等數據,計算出充放電功率指令并下發(fā)給每組電力電子變流器(powerconversonsystem,PCS)。

求解電池儲能系統削峰填谷策略的算法主要包括梯度類(lèi)算法、智能算法、動(dòng)態(tài)規劃算法。文獻提出用序列二次規劃方法求解BESS的運行策略,使其在實(shí)時(shí)電價(jià)系統中獲得*大的利潤。梯度類(lèi)算法要求模型連續。文獻中提出用智能算法來(lái)求解含儲能裝置的系統*優(yōu)策略問(wèn)題,包括遺傳算法、模擬退火法、粒子群算法。智能算法的缺點(diǎn)是無(wú)法保證收斂到全局*優(yōu)解。提出用動(dòng)態(tài)規劃方法求解BESS削峰填谷日前優(yōu)化問(wèn)題,以電池剩余電量或荷電狀態(tài)(stateofcharge,SOC)為狀態(tài)變量。采用動(dòng)態(tài)規劃算法的好處包括:可以在模型中考慮電池的物理約束,如充放電功率限制,電池中與充放電過(guò)程有關(guān)的非線(xiàn)性?xún)炔繐p耗約束,電池電壓波動(dòng)約束等;動(dòng)態(tài)規劃算法不需要連續函數,且方便使用計算機求解。為了提高計算速度,文獻提出了多進(jìn)程動(dòng)態(tài)規劃算法。文獻針對微網(wǎng)中的儲能系統,提出了基于短期負荷預測的主動(dòng)控制策略。

電池儲能系統采用恒功率的充放電策略,既方便對電池控制,又有利于削峰填谷實(shí)時(shí)控制。尤其是當負荷高峰提前到來(lái)時(shí),若采用恒功率充放電策略,在實(shí)時(shí)控制時(shí)可以根據實(shí)際負荷值靈活地控制起始放電時(shí)間。本文針對采用恒功率充放電策略運行的電池儲能系統,提出恒功率充放電優(yōu)化模型。為便于實(shí)際應用,提出求解該模型的實(shí)用簡(jiǎn)化算法。通過(guò)對深圳碧嶺站的2組預測負荷數據進(jìn)行優(yōu)化,得到電池的充放電策略,驗證該實(shí)用簡(jiǎn)化算法的實(shí)用性,并與序列二次規劃算法的求解結果進(jìn)行比較。

1.電池儲能系統恒功率充放電優(yōu)化模型

1.1模型假設

本文提出2點(diǎn)假設:

  1. 忽略電池的爬坡速率約束;

  2. 忽略電池組的內部損耗。

1.2優(yōu)化變量

模型中的優(yōu)化變量為電池每次充放電的功率p(j)以及電池每次充放電的起始時(shí)間Tstart(j)和結束時(shí)間Tstop(j),j=1,2,…,n,其中n為1d中電池充放電次數,根據負荷曲線(xiàn)及電池使用狀況來(lái)確定??紤]到充放電次數過(guò)多會(huì )影響電池使用壽命,可使電池每天充放電各1次。如負荷曲線(xiàn)在上午和下午有2個(gè)高峰,可令電池在1d中充放電各2次。如考慮到晚間民用負荷高峰,可讓電池充放電各3次。通過(guò)改變參數可靈活控制電池的充放電次數,利于延長(cháng)電池的使用壽命。定義電池的充電功率為正,放電功率為負。

1.3目標函數

儲能系統可在套利模式和負荷轉移模式2種模式下工作。在套利模式下,目標函數f(b)是使套利*大化。根據給定的分時(shí)電價(jià)曲線(xiàn),模型可給出電池充放電策略,帶來(lái)經(jīng)濟效益。一般來(lái)說(shuō),負荷高峰期電價(jià)高,負荷低谷期電價(jià)低。電池在電價(jià)高時(shí)放電,在電價(jià)低時(shí)充電,起到了削峰填谷的作用。在負荷轉移模式下工作時(shí),目標函數f(b)為*小化負荷的方差,因為在數學(xué)上,方差可反映隨機變量偏離其均值的程度。本文中采用*2種目標函數。將1d劃分成np個(gè)相等的時(shí)間段,目標函數為

minf(b)=D1(i)?D1(j)2(1)

式中:D1(i)為經(jīng)過(guò)電池削峰填谷后*i個(gè)時(shí)間段上的負荷值,i=1,2,…,np。

1.3約束條件

1)負荷值約束為

D1(i)=D0(i)?[(sign(i?Tstart(j))?1)],

i=1,2,…,np(2)

式中:D0(i)(i=1,2,…,np)為已知的*i個(gè)時(shí)間段上的預測負荷數據;sign(x)為符號函數,當x≥0時(shí)sign(x)=1,當x<0時(shí)sign(x)=?1。當i在Tstart(j)和Tstop(j)(j=1,2,…,n)之間時(shí),D1是D0與p(j)之和;當i取其他值時(shí),D1與D0相等。

2)時(shí)序約束為

1≤Tstart(1)(3)

Tstart(j)<Tstop(j),j=1,2, n(4)

Tstop(i)<Tstart(i+1),i=1,2, n?1(5)

Tstop(n)≤np(6)

3)功率約束為

?Pmax≤p(i)≤Pmax,i=1,2, ,n(7)

式中Pmax為已知的*大充放電功率限值。

4)容量約束為

Slow<Sinitial+[(Tstop(i)?Tstart(i))p(i)]<Shigh,

k=1,2,…,n?1(8)

Sinitial+[(Tstop(i)?Tstart(i))p(i)]=Sfinal(9)

式中:Slow和Shigh分別為已知的電池電量的下限和上限;Sinitial和Sfinal分別為已知的電池電量的初值和希望的終值。

另外,還可以考慮電池物理約束等其他非線(xiàn)性約束。在上述模型中,目標函數、容量約束是非線(xiàn)性的,負荷值約束中包含的符號函數sign(x)是不連續的。因此模型求解非常困難,可以通過(guò)選取大量不同的初始點(diǎn)來(lái)尋找近似*優(yōu)解,但這會(huì )增加計算量及計算時(shí)間。為方便實(shí)際應用,本文提出針對恒功率充放電模型的實(shí)用簡(jiǎn)化求解算法。

2.電池儲能系統恒功率充放電模型的實(shí)用簡(jiǎn)化求解算法

由于上述優(yōu)化模型求解困難,不利于實(shí)際應用,可以根據所要優(yōu)化的負荷特性,采用簡(jiǎn)化求解算法。以深圳碧嶺站為例,1d的典型負荷曲線(xiàn)如下圖所示:

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在上午、下午和晚上各有1個(gè)負荷高峰時(shí)段;在凌晨、中午和傍晚各有1個(gè)負荷低谷時(shí)段。為了延長(cháng)電池的使用壽命,讓電池在凌晨充電1次,在上午和下午的負荷高峰時(shí)段各放電1次。由于電池總功率與負荷功率相比非常小,可以讓電池以*大功率充放電??偡烹姇r(shí)間和總充電時(shí)間都為T(mén)=S/Pmax。

放電時(shí)段的起始時(shí)刻和終止時(shí)刻的選擇方法如下:將一條水平線(xiàn)從上到下以很小的步長(cháng)ΔP移動(dòng),水平線(xiàn)會(huì )與負荷曲線(xiàn)上午和下午的2個(gè)高峰相交。若相交的2個(gè)時(shí)段的時(shí)間之和為T(mén),則找到了電池的2個(gè)放電區間;若相交的2個(gè)時(shí)段的時(shí)間之和小于T,將水平線(xiàn)以ΔP向下移動(dòng)再進(jìn)行比較,直到相交的2個(gè)時(shí)段的時(shí)間之和等于T為止。

同樣,將水平線(xiàn)從下到上以一個(gè)很小的步長(cháng)ΔP移動(dòng),求出凌晨的充電時(shí)段。目前,實(shí)用簡(jiǎn)化算法已經(jīng)應用于深圳寶清電池儲能站中。

3.電池儲能系統削峰填谷實(shí)時(shí)控制

在削峰填谷實(shí)時(shí)控制階段,需綜合考慮削峰填谷日前優(yōu)化結果、實(shí)時(shí)負荷曲線(xiàn)、電池SOC等信息,計算出充放電起止時(shí)間和充放電功率來(lái)進(jìn)行控制。

1)充放電起止時(shí)間的確定。實(shí)際負荷曲線(xiàn)與預測負荷曲線(xiàn)之間不可避免地存在誤差。研究表明,若實(shí)際負荷曲線(xiàn)與預測負荷曲線(xiàn)形狀相同,只是在垂直方向進(jìn)行移動(dòng),則*優(yōu)的電池充放電策略相同。若實(shí)際負荷曲線(xiàn)與預測負荷曲線(xiàn)的峰谷起止時(shí)刻相同,峰谷的高低有所變化,當儲能系統的功率遠小于負荷功率時(shí),2者的*優(yōu)充放電策略幾乎相同。因此,如果能夠保證預測負荷曲線(xiàn)的峰谷起止時(shí)間準確,則直接采用日前優(yōu)化出的充放電起止時(shí)間作為實(shí)際的充放電起止時(shí)間。若無(wú)法保證預測負荷曲線(xiàn)的峰谷起止時(shí)刻的準確性,也就是說(shuō),實(shí)時(shí)負荷曲線(xiàn)的峰谷可能提前或推遲到來(lái),此時(shí)采用負荷閾值來(lái)確定充放電開(kāi)始時(shí)刻,當實(shí)時(shí)負荷達到閾值時(shí)開(kāi)始充電或放電。充放電結束時(shí)刻采用日前優(yōu)化的結果。

2)充放電功率的確定。若充放電起始時(shí)刻根據負荷閾值判斷,不同于日前優(yōu)化出的起始時(shí)刻,此時(shí)的充放電功率需重新計算,用日前優(yōu)化得到的充放電能量除以充放電時(shí)間,且保證滿(mǎn)足式(7)中的功率限制。另外,電池儲能系統除了執行削峰填谷功能外,還可能響應調峰調頻等其他功能,使電池SOC突然發(fā)生變化,在實(shí)時(shí)控制中,計算充放電功率時(shí)還需考慮電池的剩余電量。

4.測試結果

4.1序列二次規劃方法求解結果

假設電池容量S=20MW·h,*大充放電功率Pmax=5MW,Slow=0,Shig=S。零點(diǎn)時(shí)電池電量Sinitial=0,經(jīng)1個(gè)周期后電量Sfinal=0。1d有np=288個(gè)時(shí)間段,每個(gè)時(shí)間段為5min。為便于控制,設定約束使電池在早上06:00處于充滿(mǎn)狀態(tài),因此充電階段被限制在06:00以前。下面通過(guò)2組不同的預測負荷數據來(lái)驗證該算法的有效性。

首先隨機選取大量初始點(diǎn),從每個(gè)初始點(diǎn)出發(fā)采用序列二次規劃方法(successivequadraticprogramming,SQP)來(lái)求解電池儲能系統恒功率充放電策略?xún)?yōu)化模型,再比較所有求解結果,從中選出使目標函數*優(yōu)的解。序列二次規劃方法是一類(lèi)求解含非線(xiàn)性不等式約束優(yōu)化問(wèn)題的很重要、很有效的方法。算法中采用變尺度方法構造海森矩陣,所以該方法又稱(chēng)為約束變尺度法。這種方法不僅利用了目標函數和約束條件的1階導數信息,而且利用了目標函數的2階導數信息,收斂速度快。

在測試中,用于顯示優(yōu)化結果的圖形包含2部分,上圖的虛線(xiàn)為原始負荷曲線(xiàn),實(shí)線(xiàn)為經(jīng)過(guò)儲能削峰填谷后的負荷曲線(xiàn),下圖為儲能系統出力曲線(xiàn)。

針對2組不同的預測負荷曲線(xiàn),采用1d充電1次、放電2次的策略,優(yōu)化出的電池出力曲線(xiàn)如圖2和圖3所示。

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針對2組不同的預測負荷曲線(xiàn),采用1d充電2次、放電2次的策略,優(yōu)化出的電池出力曲線(xiàn)如圖4和圖5所示。針對兩組不同的預測負荷曲線(xiàn),采用1d充電1次、放電3次的策略,優(yōu)化出的電池出力曲線(xiàn)如圖6和圖7所示。

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由于求解時(shí)隨機選取了大量初始點(diǎn),再將各初始點(diǎn)的優(yōu)化結果進(jìn)行比較,因此解的穩定性差,無(wú)法保證每次優(yōu)化的計算結果都相同,且增加了計算時(shí)間。優(yōu)點(diǎn)是可以用來(lái)求解任意次數充放電的優(yōu)化模型。

4.2實(shí)用簡(jiǎn)化算法求解結果

采用實(shí)用簡(jiǎn)化算法,通過(guò)水平線(xiàn)與負荷曲線(xiàn)相交的位置確定出充電區間和放電區間。針對2組不同的曲線(xiàn),優(yōu)化出的結果為電池在1d中充電1次,放電2次,優(yōu)化結果如圖8和圖9所示。簡(jiǎn)化算法求出的結果與采用序列二次規劃法求出的結果類(lèi)似。簡(jiǎn)化算法的計算速度快,優(yōu)化結果穩定,適于實(shí)際應用,但不適用于兩充兩放的情況。實(shí)用簡(jiǎn)化算法已經(jīng)應用于深圳寶清電池儲能站中。圖10為儲能站的監控系統顯示的削峰填谷優(yōu)化結果。圖中:曲線(xiàn)1為碧嶺站預測負荷曲線(xiàn);曲線(xiàn)2為經(jīng)過(guò)削峰填谷后的負荷曲線(xiàn)。

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5.Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統概述

5.1概述

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統,是我司根據新型電力系統下微電網(wǎng)監控系統與微電網(wǎng)能量管理系統的要求,總結國內外的研究和生產(chǎn)的經(jīng)驗,專(zhuān)門(mén)研制出的企業(yè)微電網(wǎng)能量管理系統。本系統滿(mǎn)足光伏系統、風(fēng)力發(fā)電、儲能系統以及充電樁的接入,全天候進(jìn)行數據采集分析,直接監視光伏、風(fēng)能、儲能系統、充電樁運行狀態(tài)及健康狀況,是一個(gè)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(jīng)濟優(yōu)化運行為目標,促進(jìn)可再生能源應用,提高電網(wǎng)運行穩定性、補償負荷波動(dòng);有效實(shí)現用戶(hù)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(yè)微電網(wǎng)能量管理提供安全、可靠、經(jīng)濟運行提供了全新的解決方案。

微電網(wǎng)能量管理系統應采用分層分布式結構,整個(gè)能量管理系統在物理上分為三個(gè)層:設備層、網(wǎng)絡(luò )通信層和站控層。站級通信網(wǎng)絡(luò )采用標準以太網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議,物理媒介可以為光纖、網(wǎng)線(xiàn)、屏蔽雙絞線(xiàn)等。系統支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

5.2技術(shù)標準

本方案遵循的標準有:

本技術(shù)規范書(shū)提供的設備應滿(mǎn)足以下規定、法規和行業(yè)標準:

GB/T26802.1-2011工業(yè)控制計算機系統通用規范*1部分:通用要求

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

GB/T26802.5-2011工業(yè)控制計算機系統通用規范*5部分:場(chǎng)地安全要求

GB/T26802.6-2011工業(yè)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(chǎng)地通用規范

GB/T20270-2006信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò )基礎安全技術(shù)要求

GB50174-2018電子信息系統機房設計規范

DL/T634.5101遠動(dòng)設備及系統*5-101部分:傳輸規約基本遠動(dòng)任務(wù)配套標準

DL/T634.5104遠動(dòng)設備及系統*5-104部分:傳輸規約采用標準傳輸協(xié)議子集的IEC60870-5-網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)101

GB/T33589-2017微電網(wǎng)接入電力系統技術(shù)規定

GB/T36274-2018微電網(wǎng)能量管理系統技術(shù)規范

GB/T51341-2018微電網(wǎng)工程設計標準

GB/T36270-2018微電網(wǎng)監控系統技術(shù)規范

DL/T1864-2018獨立型微電網(wǎng)監控系統技術(shù)規范

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調度運行規范

T/CEC150-2018低壓微電網(wǎng)并網(wǎng)一體化裝置技術(shù)規范

T/CEC151-2018并網(wǎng)型交直流混合微電網(wǎng)運行與控制技術(shù)規范

T/CEC152-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)需求響應技術(shù)要求

T/CEC153-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)負荷管理技術(shù)導則

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調度運行規范

T/CEC5005-2018微電網(wǎng)工程設計規范

NB/T10148-2019微電網(wǎng)*1部分:微電網(wǎng)規劃設計導則

NB/T10149-2019微電網(wǎng)*2部分:微電網(wǎng)運行導則

5.3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。

5.4型號說(shuō)明

Acrel-2000

Acrel-2000系列監控系統

MG

MG—微電網(wǎng)能量管理系統。

 

5.5系統配置

5.5.1系統架構

本平臺采用分層分布式結構進(jìn)行設計,即站控層、網(wǎng)絡(luò )層和設備層,詳細拓撲結構如下:



5.6系統功能

(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)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。

(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,并展示當前電芯的*大、*小電壓、溫度值及所對應的位置。

(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。

(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。

(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。

(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

(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

(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

(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

(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)

(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

(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

(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)

(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

(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。

(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

(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

(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

(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

6.結束語(yǔ)

1)本文提出了電池儲能系統恒功率削峰填谷優(yōu)化模型及求解該模型的實(shí)用簡(jiǎn)化算法,可快速進(jìn)行日前優(yōu)化,配合實(shí)時(shí)控制可實(shí)現電池儲能系統削峰填谷功能。

2)采用恒功率充放電模型,有利于在實(shí)時(shí)控制階段對電池儲能系統進(jìn)行控制。通過(guò)改變模型參數可靈活控制電池的充放電次數,延長(cháng)電池的使用壽命。

3)本文提出的實(shí)用簡(jiǎn)化算法計算速度快,結果穩定,可以用于求解電池儲能系統1d充電1次,放電多次情況下的優(yōu)化策略,但不適用于1d當中充電、放電交叉進(jìn)行的情況。

4)本文提出了削峰填谷實(shí)時(shí)控制策略,配合削峰填谷日前優(yōu)化進(jìn)行控制。本文提出的模型和算法已成功應用于深圳寶清電池儲能站中,現場(chǎng)實(shí)測結果證明了該算法的有效性。

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