淺析智慧光儲(chǔ)充一體化能源管理策略

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：本文描述了一種智慧光伏儲(chǔ)能充電樁系統(tǒng)的架構(gòu)，并提出了一種易于通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)能源管理策略。不同于常見(jiàn)光儲(chǔ)充方案采取交流母線的形式，該充電樁采用了直流母線電氣架構(gòu)。儲(chǔ)能系統(tǒng)直接掛載在直流母線上，支撐母線電壓，同時(shí)可通過(guò)功率變換器實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)、光伏與電動(dòng)汽車之間的能量交換。通過(guò)分析該電氣架構(gòu)中的電能流經(jīng)途徑、尋找比較不錯(cuò)的傳輸效率路徑，并通過(guò)儲(chǔ)能充分利用峰谷差價(jià)，制定規(guī)劃了光儲(chǔ)充多能互補(bǔ)平臺(tái)下的能源管理策略。經(jīng)分析計(jì)算，該策略能充分發(fā)揮光伏、儲(chǔ)能的作用，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能日內(nèi)低倍率充放，降低充電樁使用成本。以晴天非通勤車輛三次快速充電為例，通過(guò)該策略增加收入達(dá)28%。

關(guān)鍵詞：光伏；儲(chǔ)能；充電樁；光儲(chǔ)充一體化；能源管理

0引言

當(dāng)前，我國(guó)電動(dòng)汽車保有量連年增長(zhǎng)，市場(chǎng)滲透率持續(xù)提升，但充電設(shè)施建設(shè)卻相對(duì)緩慢，2021年我國(guó)車樁比為2.7:1，仍遠(yuǎn)低于《電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南（2015―2020）》規(guī)劃的1:1的指標(biāo)[1]。究其原因，目前充電樁建設(shè)面臨種種困境：一方面，電力增容困難，尤以老舊居民區(qū)為例，當(dāng)接入大量充電樁負(fù)載后，電網(wǎng)負(fù)荷過(guò)重，配電容量不足以支撐；另一方面，傳統(tǒng)充電樁盈利模式單一，僅靠收取充電服務(wù)費(fèi)，在充電利用率不高的情況下盈利較難。

在此背景下，“光-儲(chǔ)-充"一體化設(shè)備/站點(diǎn)的出現(xiàn)則可有效解決電力增容困難、盈利差的問(wèn)題。充電樁夜間利用電池儲(chǔ)能，日間利用儲(chǔ)能放電、光伏發(fā)電，能夠有效降低充電樁使用成本，同時(shí)能夠減少高峰時(shí)期對(duì)電力資源的占用，提高整體經(jīng)濟(jì)性。

由于“光-儲(chǔ)-充"一體化設(shè)備/站點(diǎn)形成了一個(gè)自洽的分布式微網(wǎng)，負(fù)責(zé)網(wǎng)內(nèi)能源調(diào)度以及向網(wǎng)外聯(lián)絡(luò)的能源管理系統(tǒng)起到了非常重要的作用。針對(duì)“光-儲(chǔ)-充"一體化的能源管理策略，已有許多學(xué)者做出研究，其中以規(guī)劃配置過(guò)程中使用的遺傳、粒子群等優(yōu)化算法比較流行。文獻(xiàn)[2]通過(guò)非支配排序遺傳算法算法對(duì)多目標(biāo)優(yōu)化模型進(jìn)行求解；文獻(xiàn)[3]通過(guò)粒子群算法和混合整數(shù)線性規(guī)劃算法用于確定儲(chǔ)能控制策略并優(yōu)化光儲(chǔ)能系統(tǒng)的出力。

然而，此類算法需要對(duì)光伏以及充電負(fù)荷做出預(yù)測(cè)以便于優(yōu)化計(jì)算，而實(shí)際情況是充電樁的使用行為具有隨機(jī)性往往難以預(yù)期；另一方面，此類算法需要較強(qiáng)的計(jì)算能力，對(duì)于使用如單片機(jī)類的嵌入式微處理器并不適用。本文針對(duì)該情況，提出了一種便于工程應(yīng)用的光儲(chǔ)充能源管理策略，以便運(yùn)行于計(jì)算資源較少的嵌入式系統(tǒng)中。

1智慧光伏儲(chǔ)能充電樁架構(gòu)

智慧光伏儲(chǔ)能充電樁包含光伏板、儲(chǔ)能電池、充電系統(tǒng)以及能源管理系統(tǒng)。

1.1光伏板

光伏板放置于屋頂?shù)裙庹粘渥銋^(qū)域，通過(guò)DC/DC功率轉(zhuǎn)換模塊，連接直流母線以對(duì)負(fù)載供電。相較于傳統(tǒng)光伏發(fā)電需先逆變上網(wǎng)再用電的方式，該方案通過(guò)直流系統(tǒng)就地消納，減少了能源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，提升了能源轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)了一種“源-荷-儲(chǔ)"一體化的微電網(wǎng)形態(tài)。

1.2儲(chǔ)能電池

由于充電樁設(shè)備需要較大瞬時(shí)功率，且安裝場(chǎng)地往往用地緊張，這就對(duì)配套的儲(chǔ)能系統(tǒng)提出了高功率與高能量密度的要求。

鋰離子電池是一種循環(huán)壽命長(zhǎng)、效率高的高能量/高功率密度電池。磷酸鐵鋰電池又是其中一種熱穩(wěn)定性較好、安全可靠的電池。相比于其他電化學(xué)儲(chǔ)能方式，如鉛酸電池、釩液流電池，磷酸鐵鋰電池由于其優(yōu)yue的充放電特性與安全性更適合作為“光-儲(chǔ)-充"一體化的儲(chǔ)能解決方案。

在本“光-儲(chǔ)-充"系統(tǒng)中，儲(chǔ)能電池直接掛載在直流母線上，支撐母線電壓，并通過(guò)掛載在母線上的功率變換器，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)、光伏以及電動(dòng)汽車之間的能量交換。

1.3充電系統(tǒng)

傳統(tǒng)直流充電樁通常使用多個(gè)AC/DC充電功率模塊并聯(lián)從市電取電向車端供電，并由控制電路板實(shí)現(xiàn)充電控制、人機(jī)界面、計(jì)量、絕緣監(jiān)測(cè)及線路保護(hù)等功能。本充電系統(tǒng)除了采用傳統(tǒng)AC/DC充電模塊用于實(shí)現(xiàn)直流快充外，還可額外通過(guò)掛載在直流母線上的DC/DC充電模塊形成從光伏、儲(chǔ)能取電用于充電的備選路徑，可為充電樁運(yùn)營(yíng)者在尖峰時(shí)段提供更經(jīng)濟(jì)的用電方式。

1.4能源管理系統(tǒng)

能源管理系統(tǒng)用于控制、平衡和優(yōu)化電網(wǎng)、儲(chǔ)能、充電樁之間的電能供應(yīng)和需求，可在峰谷用電和配網(wǎng)增容等方面帶來(lái)應(yīng)用價(jià)值。

能源管理系統(tǒng)硬件需具備一個(gè)本地控制器，可采用單片機(jī)、DSP、PLC等，控制本地功率變換器及實(shí)現(xiàn)輔助功能；另一方面，可通過(guò)遠(yuǎn)程通訊與云平臺(tái)相連，接受上級(jí)控制器指示。能源管理系統(tǒng)的本地通信采用RS485、CAN配合高壓電氣隔離方案，增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾能力和通信的穩(wěn)定性。遠(yuǎn)程通信采用以太網(wǎng)/LTE通信接口可選方案，方便擴(kuò)展通信主機(jī)種類和數(shù)量。

2能源管理策略

能源管理策略采取比較經(jīng)濟(jì)性原則制定。鑒于本能源管理系統(tǒng)使用單片機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)時(shí)計(jì)算資源有限，對(duì)于遺傳算法、粒子群等對(duì)計(jì)算能力要求較高的算法難以實(shí)現(xiàn)，因此需要采用占用資源較少且易于編寫單片機(jī)代碼的能源管理策略。

2.1模型分析與簡(jiǎn)化

由于該模型存在多個(gè)變量，需要采用多變量?jī)?yōu)化求解方法，計(jì)算較為復(fù)雜，因此需要簡(jiǎn)化模型。

經(jīng)分析總結(jié)，能源流向途經(jīng)及轉(zhuǎn)化效率由路徑上各級(jí)功率轉(zhuǎn)換模塊平均工作效率乘積而得。顯而易見(jiàn)，轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)越多，轉(zhuǎn)換效率越低。儲(chǔ)能側(cè)的轉(zhuǎn)換效率由于其經(jīng)過(guò)的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)較多，相應(yīng)損耗較高。

針對(duì)市電向車端供電，由于a―2―3―c路徑相比于a―1―c多一轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，效率偏低，因此應(yīng)優(yōu)先選擇a―1―c路徑。此要求等效于不應(yīng)有凈流量同時(shí)流過(guò)P2、P3線路。

在此情況下，按照光儲(chǔ)系統(tǒng)凈流量(Pb+Pd)大小情況，可分為：

1)光儲(chǔ)凈流入(Pb+Pd)≤0；

2)光儲(chǔ)凈流出0<(Pb+Pd)≤Pc；

3)光儲(chǔ)凈流出上網(wǎng)或充電（Pb+Pd)>Pc三種情形。

以計(jì)算2號(hào)雙向功率變換器實(shí)時(shí)輸出功率為例，這三類情形可歸納總結(jié)為：可解決母線功率在2、3號(hào)變換器功率分配的問(wèn)題，以便進(jìn)行下一步能源管理策略的優(yōu)化計(jì)算。

2.2儲(chǔ)能管理策略

從比較經(jīng)濟(jì)角度而言，需考慮以下因素：

1)光伏作為清潔可再生能源并無(wú)電價(jià)成本，應(yīng)很大程度利用；

2)由于峰谷差價(jià)較大，用電成本不同，通過(guò)儲(chǔ)能電池在谷電時(shí)間充電、尖峰時(shí)段放電，具有較高經(jīng)濟(jì)效益，可大幅降低充電樁使用成本。

根據(jù)上述兩條原則，為使光伏發(fā)電較大化利用，光伏功率變換器采用較大功率跟蹤MPPT控制形式，輸出功率由實(shí)時(shí)光伏日照條件決定，隨機(jī)不可控但可實(shí)時(shí)測(cè)量作為已知條件；而系統(tǒng)中電動(dòng)汽車側(cè)用電則根據(jù)車輛實(shí)時(shí)需求輸出功率Pc，同樣隨機(jī)不可控但可作為已知條件?？刂谱兞繛閮?chǔ)能充放電功率Pd或市電聯(lián)絡(luò)線功率Pa之一，即可求解系統(tǒng)實(shí)時(shí)功率狀態(tài)。

對(duì)于儲(chǔ)能功率Pd控制可做出以下規(guī)劃：待機(jī)、較大功率快速充放電或按規(guī)劃慢速充放電。

為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)較大化，儲(chǔ)能遵循一天兩峰兩充兩放利用的基本策略，并與系統(tǒng)內(nèi)其他設(shè)備狀態(tài)解耦，僅根據(jù)峰谷時(shí)段作出相應(yīng)調(diào)整變化，即谷電充滿，峰電放電，并對(duì)充放電時(shí)長(zhǎng)做出規(guī)劃調(diào)整。以夜間谷電時(shí)段為例，因其時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)，采用慢速充電的方式相較于大功率快充的方式更能延長(zhǎng)儲(chǔ)能電池壽命。據(jù)此，可設(shè)定儲(chǔ)能充放電功率為規(guī)劃充放電電量除以規(guī)劃充放電時(shí)長(zhǎng)。

3算例

下面以安裝于華東地區(qū)某商業(yè)辦公園區(qū)內(nèi)的一臺(tái)智慧充電樁為例，結(jié)合上述分析做出規(guī)劃與計(jì)算：

3.1光伏輸出功率假設(shè)

光伏輸出功率參照華東某地區(qū)某日晴朗天氣下光伏系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

3.2電動(dòng)汽車負(fù)荷

由于充電樁負(fù)荷隨機(jī)性較大，不易預(yù)測(cè)，尤其是單臺(tái)充電樁行為受地理位置、用戶習(xí)慣等種種因素影響，假設(shè)以多車次非通勤車輛滿功率60kW充電運(yùn)行為例。充電時(shí)間設(shè)定為9:00―9:30，12:30―13:30，19:30―20:00，分別代表早、中、晚充電高峰期需求。

3.3儲(chǔ)能使用

根據(jù)浙江省一般工商業(yè)分時(shí)電價(jià)，制定儲(chǔ)能使用策略。為充分利用峰谷差價(jià)，采取“一天兩充、兩放"策略，規(guī)劃充放電量。為防止深度充放電影響電池壽命，將電池充電量限定于10%與90%區(qū)間，同時(shí)可為電池過(guò)充/過(guò)放預(yù)留余地。由于午間11:00―13:00間谷時(shí)段較短，為避免短時(shí)間快速充放電，規(guī)劃該時(shí)段僅補(bǔ)電40%充電量，相應(yīng)地8:00―11:00間一峰時(shí)段則用電40%充電量。

根據(jù)各時(shí)段用、充電量以及時(shí)段小時(shí)數(shù)，可推得儲(chǔ)能各時(shí)段功率，計(jì)算所用儲(chǔ)能滿充電量為51.2kW·h。

3.4計(jì)算結(jié)果

根據(jù)以上信息，系統(tǒng)輸出功率計(jì)算結(jié)果。光伏峰值發(fā)電Pb達(dá)到20kW，儲(chǔ)能日內(nèi)實(shí)現(xiàn)低倍率兩充兩放Pd，較大放電倍率約為0.4C，發(fā)生于夜間19―21點(diǎn)尖峰時(shí)段。受大功率充電樁用電負(fù)荷Pc影響，市網(wǎng)供電Pa存在較大波動(dòng)，但由于光伏與儲(chǔ)能系統(tǒng)存在，整體市電用電需求值僅50kW就能滿足車端60kW峰值充電需求。

從經(jīng)濟(jì)角度而言，光伏當(dāng)日發(fā)電量共計(jì)135kW·h，若按峰谷電價(jià)計(jì)算相應(yīng)節(jié)約的費(fèi)用，可得收益為99.8元；充電樁側(cè)若按峰谷電價(jià)基礎(chǔ)上向用戶額外收取0.5元/(kW·h)度服務(wù)費(fèi)，則當(dāng)日累計(jì)充電量120kW·h，收入161.6元，其中用電成本101.6元由用戶支付，服務(wù)費(fèi)即凈收入60元。光、充共可獲得凈收入159.8元。而通過(guò)儲(chǔ)能按照上述策略參與其中，則收益進(jìn)一步提高，增至204.5元，增收幅度28%。

4 Acrel-2000MG充電站微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

4.1平臺(tái)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)以及充電站的接入，*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)、充電站運(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。

4.2平臺(tái)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。

4.3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：

圖1典型微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)組網(wǎng)方式

5充電站微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)解決方案

5.1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)光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能、充電站等各回路電壓、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：相電壓、線電壓、三相電流、有功/無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率、有功/無(wú)功電度、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、充電站及總體負(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1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、充電站信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計(jì)列表等。

5.1.1光伏界面

圖2光伏系統(tǒng)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。

5.1.2儲(chǔ)能界面

圖3儲(chǔ)能系統(tǒng)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。

圖4儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS參數(shù)設(shè)置界面

本界面主要用來(lái)展示對(duì)PCS的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，包括開(kāi)關(guān)機(jī)、運(yùn)行模式、功率設(shè)定以及電壓、電流的限值。

圖5儲(chǔ)能系統(tǒng)BMS參數(shù)設(shè)置界面

本界面用來(lái)展示對(duì)BMS的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要包括電芯電壓、溫度保護(hù)限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。

圖6儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等。

圖7儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、溫度值等。同時(shí)針對(duì)交流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

圖8儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時(shí)針對(duì)直流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

圖9儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面

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

圖10儲(chǔ)能電池狀態(tài)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)BMS狀態(tài)信息，主要包括儲(chǔ)能電池的運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)信息、數(shù)據(jù)信息以及告警信息等，同時(shí)展示當(dāng)前儲(chǔ)能電池的SOC信息。

圖11儲(chǔ)能電池簇運(yùn)行數(shù)據(jù)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)電池簇信息，主要包括儲(chǔ)能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當(dāng)前電芯的電壓、溫度值及所對(duì)應(yīng)的位置。

5.1.3風(fēng)電界面

圖12風(fēng)電系統(tǒng)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)信息，主要包括逆變控制一體機(jī)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、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)、風(fēng)速/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。

5.1.4充電站界面

圖13充電站界面

本界面用來(lái)展示對(duì)充電站系統(tǒng)信息，主要包括充電站用電總功率、交直流充電站的功率、電量、電量費(fèi)用，變化曲線、各個(gè)充電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)等。

5.1.5視頻監(jiān)控界面

圖14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。

5.1.6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。

圖15光伏預(yù)測(cè)界面

5.1.7策略配置

系統(tǒng)應(yīng)可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、儲(chǔ)能系統(tǒng)容量、負(fù)荷需求及分時(shí)電價(jià)信息，進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行模式的設(shè)置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計(jì)劃、需量控制、防逆流、有序充電、動(dòng)態(tài)擴(kuò)容等。

具體策略根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況（如儲(chǔ)能柜數(shù)量、負(fù)載功率、光伏系統(tǒng)能力等）進(jìn)行接口適配和策略調(diào)整，同時(shí)支持定制化需求。

圖16策略配置界面

5.1.8運(yùn)行報(bào)表

應(yīng)能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備*時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)，報(bào)表中顯示電參量信息應(yīng)包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無(wú)功功率、正向有功電能、尖峰平谷時(shí)段電量等。

圖17運(yùn)行報(bào)表

5.1.9實(shí)時(shí)報(bào)警

應(yīng)具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，系統(tǒng)能夠?qū)Ω髯酉到y(tǒng)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(shè)備內(nèi)部的保護(hù)動(dòng)作或事故跳閘時(shí)應(yīng)能發(fā)出告警，應(yīng)能實(shí)時(shí)顯示告警事件或跳閘事件，包括保護(hù)事件名稱、保護(hù)動(dòng)作時(shí)刻；并應(yīng)能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關(guān)人員。

圖18實(shí)時(shí)告警

5.1.10歷史事件查詢

應(yīng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)、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(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

圖19歷史事件查詢

5.1.11電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

應(yīng)可以對(duì)整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量包括穩(wěn)態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，使管理人員實(shí)時(shí)掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除供電不穩(wěn)定因素。

1）在供電系統(tǒng)主界面上應(yīng)能實(shí)時(shí)顯示各電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測(cè)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(fù)序/零序電壓值、三相電流不平衡度*和正序/負(fù)序/零序電流值；

2）諧波分析功能：系統(tǒng)應(yīng)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(yīng)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(tǒng)應(yīng)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(zhǎng)閃變值；應(yīng)能提供A/B/C三相電壓波動(dòng)曲線、短閃變曲線和長(zhǎng)閃變曲線；應(yīng)能顯示電壓偏差與頻率偏差；

4）功率與電能計(jì)量：系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相有功功率、無(wú)功功率和視在功率；應(yīng)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(yīng)能提供有功負(fù)荷曲線，包括日有功負(fù)荷曲線（折線型）和年有功負(fù)荷曲線（折線型）；

5）電壓暫態(tài)監(jiān)測(cè)：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(tǒng)應(yīng)能產(chǎn)生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關(guān)人員；系統(tǒng)應(yīng)能查看相應(yīng)暫態(tài)事件發(fā)生前后的波形。

6）電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：系統(tǒng)應(yīng)能顯示1min統(tǒng)計(jì)整2h存儲(chǔ)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括均值、*值、*值、95%概率值、方均根值。

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

圖20微電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量界面

5.1.12遙控功能

應(yīng)可以對(duì)整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過(guò)管理系統(tǒng)的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預(yù)置、遙控返校、遙控執(zhí)行的操作順序，可以及時(shí)執(zhí)行調(diào)度系統(tǒng)或站內(nèi)相應(yīng)的操作命令。

圖21遙控功能

5.1.13曲線查詢

應(yīng)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(wú)功功率、功率因數(shù)、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

圖22曲線查詢

5.1.14統(tǒng)計(jì)報(bào)表

具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來(lái)任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的發(fā)電、用電、充放電情況，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。對(duì)微電網(wǎng)與外部系統(tǒng)間電能量交換進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能、收益等分析；具備對(duì)微電網(wǎng)供電可靠性分析，包括年停電時(shí)間、年停電次數(shù)等分析；具備對(duì)并網(wǎng)型微電網(wǎng)的并網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行電能質(zhì)量分析。

圖23統(tǒng)計(jì)報(bào)表

5.1.15網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)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(shè)備或元件及其故障部位。

圖24微電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣缑?/p>

本界面主要展示微電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)?，包括系統(tǒng)的組成內(nèi)容、電網(wǎng)連接方式、斷路器、表計(jì)等信息。

5.1.16通信管理

可以對(duì)整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進(jìn)行管理、控制、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過(guò)管理系統(tǒng)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(shè)備的通信和數(shù)據(jù)情況。通信應(yīng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

圖25通信管理

5.1.17用戶權(quán)限管理

應(yīng)具備設(shè)置用戶權(quán)限管理功能。通過(guò)用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控操作，運(yùn)行參數(shù)修改等）。可以定義不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

圖26用戶權(quán)限

5.1.18故障錄波

應(yīng)可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準(zhǔn)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(duì)這些電氣量的分析、比較，對(duì)分析處理事故、判斷保護(hù)是否正確動(dòng)作、提高電力系統(tǒng)安全運(yùn)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(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(jì)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27故障錄波

5.1.19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(shù)據(jù)，包括開(kāi)關(guān)位置、保護(hù)動(dòng)作狀態(tài)、遙測(cè)量等，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

用戶可自定義事故追憶的啟動(dòng)事件，當(dāng)每個(gè)事件發(fā)生時(shí)，存儲(chǔ)事故qian10個(gè)掃描周期及事故后10個(gè)掃描周期的有關(guān)點(diǎn)數(shù)據(jù)。啟動(dòng)事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點(diǎn)可由用戶隨意修改。

5.2硬件及其配套產(chǎn)品

6結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)一種智慧光伏儲(chǔ)能充電樁提出了一種簡(jiǎn)單易用的實(shí)時(shí)能源管理策略。通過(guò)分析電能流經(jīng)途徑，使用較高效率傳輸路徑，并充分利用峰谷差價(jià)合理規(guī)劃了光儲(chǔ)多能互補(bǔ)平臺(tái)下的儲(chǔ)能充電管理策略。經(jīng)過(guò)分析計(jì)算，該策略能充分發(fā)揮光伏、儲(chǔ)能的作用，降低充電樁使用成本，提高經(jīng)濟(jì)性。

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作者介紹：
任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。