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探究電池儲能系統(tǒng)恒功率削峰填谷策略

更新時間:2024-06-07      瀏覽次數(shù):167

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(tǒng)削峰填谷策略為目的,提出了電池儲能系統(tǒng)恒功率削峰填谷優(yōu)化模型及求解該模型的實用簡化算法。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(tǒng)充放電策略,給出了削峰填谷實時控制策略。

關鍵詞:電池儲能系統(tǒng);削峰填谷;恒功率

0.引言

電力系統(tǒng)削峰填谷是負荷管理的重要方面。對電網(wǎng)運營者來說,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(jié)省設備更新的費用,降低供電成本,對電力用戶來說,可以利用峰谷電價差獲得經(jīng)濟效益。大規(guī)模電池儲能系統(tǒng)(batteryenergystoragesystem,BESS)以其優(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(guī)模BESS在運行;在國內(nèi),南方電網(wǎng)開展了MW級電池儲能系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)的*級應用控制部分。

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

求解電池儲能系統(tǒng)削峰填谷策略的算法主要包括梯度類算法、智能算法、動態(tài)規(guī)劃算法。文獻提出用序列二次規(guī)劃方法求解BESS的運行策略,使其在實時電價系統(tǒng)中獲得*大的利潤。梯度類算法要求模型連續(xù)。文獻中提出用智能算法來求解含儲能裝置的系統(tǒng)*優(yōu)策略問題,包括遺傳算法、模擬退火法、粒子群算法。智能算法的缺點是無法保證收斂到全局*優(yōu)解。提出用動態(tài)規(guī)劃方法求解BESS削峰填谷日前優(yōu)化問題,以電池剩余電量或荷電狀態(tài)(stateofcharge,SOC)為狀態(tài)變量。采用動態(tài)規(guī)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,電池中與充放電過程有關的非線性內(nèi)部損耗約束,電池電壓波動約束等;動態(tài)規(guī)劃算法不需要連續(xù)函數(shù),且方便使用計算機求解。為了提高計算速度,文獻提出了多進程動態(tài)規(guī)劃算法。文獻針對微網(wǎng)中的儲能系統(tǒng),提出了基于短期負荷預測的主動控制策略。

電池儲能系統(tǒng)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時控制。尤其是當負荷高峰提前到來時,若采用恒功率充放電策略,在實時控制時可以根據(jù)實際負荷值靈活地控制起始放電時間。本文針對采用恒功率充放電策略運行的電池儲能系統(tǒng),提出恒功率充放電優(yōu)化模型。為便于實際應用,提出求解該模型的實用簡化算法。通過對深圳碧嶺站的2組預測負荷數(shù)據(jù)進行優(yōu)化,得到電池的充放電策略,驗證該實用簡化算法的實用性,并與序列二次規(guī)劃算法的求解結(jié)果進行比較。

1.電池儲能系統(tǒng)恒功率充放電優(yōu)化模型

1.1模型假設

本文提出2點假設:

  1. 忽略電池的爬坡速率約束;

  2. 忽略電池組的內(nèi)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間Tstart(j)和結(jié)束時間Tstop(j),j=1,2,…,n,其中n為1d中電池充放電次數(shù),根據(jù)負荷曲線及電池使用狀況來確定??紤]到充放電次數(shù)過多會影響電池使用壽命,可使電池每天充放電各1次。如負荷曲線在上午和下午有2個高峰,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。通過改變參數(shù)可靈活控制電池的充放電次數(shù),利于延長電池的使用壽命。定義電池的充電功率為正,放電功率為負。

1.3目標函數(shù)

儲能系統(tǒng)可在套利模式和負荷轉(zhuǎn)移模式2種模式下工作。在套利模式下,目標函數(shù)f(b)是使套利*大化。根據(jù)給定的分時電價曲線,模型可給出電池充放電策略,帶來經(jīng)濟效益。一般來說,負荷高峰期電價高,負荷低谷期電價低。電池在電價高時放電,在電價低時充電,起到了削峰填谷的作用。在負荷轉(zhuǎn)移模式下工作時,目標函數(shù)f(b)為*小化負荷的方差,因為在數(shù)學上,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(shù)。將1d劃分成np個相等的時間段,目標函數(shù)為

minf(b)=D1(i)−D1(j)2(1)

式中:D1(i)為經(jīng)過電池削峰填谷后*i個時間段上的負荷值,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個時間段上的預測負荷數(shù)據(jù);sign(x)為符號函數(shù),當x≥0時sign(x)=1,當x<0時sign(x)=−1。當i在Tstart(j)和Tstop(j)(j=1,2,…,n)之間時,D1是D0與p(j)之和;當i取其他值時,D1與D0相等。

2)時序約束為

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性約束。在上述模型中,目標函數(shù)、容量約束是非線性的,負荷值約束中包含的符號函數(shù)sign(x)是不連續(xù)的。因此模型求解非常困難,可以通過選取大量不同的初始點來尋找近似*優(yōu)解,但這會增加計算量及計算時間。為方便實際應用,本文提出針對恒功率充放電模型的實用簡化求解算法。

2.電池儲能系統(tǒng)恒功率充放電模型的實用簡化求解算法

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

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在上午、下午和晚上各有1個負荷高峰時段;在凌晨、中午和傍晚各有1個負荷低谷時段。為了延長電池的使用壽命,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間和總充電時間都為T=S/Pmax。

放電時段的起始時刻和終止時刻的選擇方法如下:將一條水平線從上到下以很小的步長ΔP移動,水平線會與負荷曲線上午和下午的2個高峰相交。若相交的2個時段的時間之和為T,則找到了電池的2個放電區(qū)間;若相交的2個時段的時間之和小于T,將水平線以ΔP向下移動再進行比較,直到相交的2個時段的時間之和等于T為止。

同樣,將水平線從下到上以一個很小的步長ΔP移動,求出凌晨的充電時段。目前,實用簡化算法已經(jīng)應用于深圳寶清電池儲能站中。

3.電池儲能系統(tǒng)削峰填谷實時控制

在削峰填谷實時控制階段,需綜合考慮削峰填谷日前優(yōu)化結(jié)果、實時負荷曲線、電池SOC等信息,計算出充放電起止時間和充放電功率來進行控制。

1)充放電起止時間的確定。實際負荷曲線與預測負荷曲線之間不可避免地存在誤差。研究表明,若實際負荷曲線與預測負荷曲線形狀相同,只是在垂直方向進行移動,則*優(yōu)的電池充放電策略相同。若實際負荷曲線與預測負荷曲線的峰谷起止時刻相同,峰谷的高低有所變化,當儲能系統(tǒng)的功率遠小于負荷功率時,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的峰谷起止時間準確,則直接采用日前優(yōu)化出的充放電起止時間作為實際的充放電起止時間。若無法保證預測負荷曲線的峰谷起止時刻的準確性,也就是說,實時負荷曲線的峰谷可能提前或推遲到來,此時采用負荷閾值來確定充放電開始時刻,當實時負荷達到閾值時開始充電或放電。充放電結(jié)束時刻采用日前優(yōu)化的結(jié)果。

2)充放電功率的確定。若充放電起始時刻根據(jù)負荷閾值判斷,不同于日前優(yōu)化出的起始時刻,此時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間,且保證滿足式(7)中的功率限制。另外,電池儲能系統(tǒng)除了執(zhí)行削峰填谷功能外,還可能響應調(diào)峰調(diào)頻等其他功能,使電池SOC突然發(fā)生變化,在實時控制中,計算充放電功率時還需考慮電池的剩余電量。

4.測試結(jié)果

4.1序列二次規(guī)劃方法求解結(jié)果

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

首先隨機選取大量初始點,從每個初始點出發(fā)采用序列二次規(guī)劃方法(successivequadraticprogramming,SQP)來求解電池儲能系統(tǒng)恒功率充放電策略優(yōu)化模型,再比較所有求解結(jié)果,從中選出使目標函數(shù)*優(yōu)的解。序列二次規(guī)劃方法是一類求解含非線性不等式約束優(yōu)化問題的很重要、很有效的方法。算法中采用變尺度方法構(gòu)造海森矩陣,所以該方法又稱為約束變尺度法。這種方法不僅利用了目標函數(shù)和約束條件的1階導數(shù)信息,而且利用了目標函數(shù)的2階導數(shù)信息,收斂速度快。

在測試中,用于顯示優(yōu)化結(jié)果的圖形包含2部分,上圖的虛線為原始負荷曲線,實線為經(jīng)過儲能削峰填谷后的負荷曲線,下圖為儲能系統(tǒng)出力曲線。

針對2組不同的預測負荷曲線,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,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如圖4和圖5所示。針對兩組不同的預測負荷曲線,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如圖6和圖7所示。

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由于求解時隨機選取了大量初始點,再將各初始點的優(yōu)化結(jié)果進行比較,因此解的穩(wěn)定性差,無法保證每次優(yōu)化的計算結(jié)果都相同,且增加了計算時間。優(yōu)點是可以用來求解任意次數(shù)充放電的優(yōu)化模型。

4.2實用簡化算法求解結(jié)果

采用實用簡化算法,通過水平線與負荷曲線相交的位置確定出充電區(qū)間和放電區(qū)間。針對2組不同的曲線,優(yōu)化出的結(jié)果為電池在1d中充電1次,放電2次,優(yōu)化結(jié)果如圖8和圖9所示。簡化算法求出的結(jié)果與采用序列二次規(guī)劃法求出的結(jié)果類似。簡化算法的計算速度快,優(yōu)化結(jié)果穩(wěn)定,適于實際應用,但不適用于兩充兩放的情況。實用簡化算法已經(jīng)應用于深圳寶清電池儲能站中。圖10為儲能站的監(jiān)控系統(tǒng)顯示的削峰填谷優(yōu)化結(jié)果。圖中:曲線1為碧嶺站預測負荷曲線;曲線2為經(jīng)過削峰填谷后的負荷曲線。

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5.Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)概述

5.1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)國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的經(jīng)驗,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)、風力發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電樁的接入,全天候進行數(shù)據(jù)采集分析,直接監(jiān)視光伏、風能、儲能系統(tǒng)、充電樁運行狀態(tài)及健康狀況,是一個集監(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)定的基礎上以經(jīng)濟優(yōu)化運行為目標,促進可再生能源應用,提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性、補償負荷波動;有效實現(xiàn)用戶側(cè)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(tǒng)應采用分層分布式結(jié)構(gòu),整個能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個層:設備層、網(wǎng)絡通信層和站控層。站級通信網(wǎng)絡采用標準以太網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議,物理媒介可以為光纖、網(wǎng)線、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。

5.2技術標準

本方案遵循的標準有:

本技術規(guī)范書提供的設備應滿足以下規(guī)定、法規(guī)和行業(yè)標準:

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

GB/T26806.2-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)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(tǒng)通用規(guī)范*5部分:場地安全要求

GB/T26802.6-2011工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范*6部分:驗收大綱

GB/T2887-2011計算機場地通用規(guī)范

GB/T20270-2006信息安全技術網(wǎng)絡基礎安全技術要求

GB50174-2018電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范

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

DL/T634.5104遠動設備及系統(tǒng)*5-104部分:傳輸規(guī)約采用標準傳輸協(xié)議子集的IEC60870-5-網(wǎng)絡訪問101

GB/T33589-2017微電網(wǎng)接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定

GB/T36274-2018微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)技術規(guī)范

GB/T51341-2018微電網(wǎng)工程設計標準

GB/T36270-2018微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術規(guī)范

DL/T1864-2018獨立型微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術規(guī)范

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)度運行規(guī)范

T/CEC150-2018低壓微電網(wǎng)并網(wǎng)一體化裝置技術規(guī)范

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

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

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

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)度運行規(guī)范

T/CEC5005-2018微電網(wǎng)工程設計規(guī)范

NB/T10148-2019微電網(wǎng)*1部分:微電網(wǎng)規(guī)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適用場合

系統(tǒng)可應用于城市、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、無電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。

5.4型號說明

Acrel-2000

Acrel-2000系列監(jiān)控系統(tǒng)

MG

MG—微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。

 

5.5系統(tǒng)配置

5.5.1系統(tǒng)架構(gòu)

本平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進行設計,即站控層、網(wǎng)絡層和設備層。

5.6系統(tǒng)功能

(1)實時監(jiān)測

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機界面友好,應能夠以系統(tǒng)一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態(tài),實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息,動態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開關等合、分閘狀態(tài)及有關故障、告警等信號。其中,各子系統(tǒng)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(shù)、頻率和正向有功電能累計值;狀態(tài)參數(shù)主要有:開關狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

系統(tǒng)應可以對分布式電源、儲能系統(tǒng)進行發(fā)電管理,使管理人員實時掌握發(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(tǒng)應可以對儲能系統(tǒng)進行狀態(tài)管理,能夠根據(jù)儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進行及時告警,并支持定期的電池維護。

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(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,儲能及光伏系統(tǒng)信息進行顯示。

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圖2系統(tǒng)主界面

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

(2)光伏界面

圖3光伏系統(tǒng)界面

本界面用來展示對光伏系統(tǒng)信息,主要包括逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及、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、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、輻照度/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析;同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進行展示。

(3)儲能界面

圖4儲能系統(tǒng)界面

本界面主要用來展示本系統(tǒng)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(tǒng)PCS參數(shù)設置界面

本界面主要用來展示對PCS的參數(shù)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(tǒng)BMS參數(shù)設置界面

本界面用來展示對BMS的參數(shù)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(tǒng)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對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8儲能系統(tǒng)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對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。同時針對交流側(cè)的異常信息進行告警。

圖9儲能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面

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

圖10儲能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面

本界面用來展示對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(tǒng)信息、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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*大、*小電壓、溫度值及所對應的位置。

(4)風電界面

圖13風電系統(tǒng)界面

本界面用來展示對風電系統(tǒng)信息,主要包括逆變控制一體機直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、風速/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析;同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數(shù)據(jù)進行展示。

(5)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(tǒng)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(shù)據(jù)等。

(6)視頻監(jiān)控界面

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圖15微電網(wǎng)視頻監(jiān)控界面

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

(7)發(fā)電預測

系統(tǒng)應可以通過歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)、未來天氣預測數(shù)據(jù),對分布式發(fā)電進行短期、超短期發(fā)電功率預測,并展示合格率及誤差分析。根據(jù)功率預測可進行人工輸入或者自動生成發(fā)電計劃,便于用戶對該系統(tǒng)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(tǒng)應可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、儲能系統(tǒng)容量、負荷需求及分時電價信息,進行系統(tǒng)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(tài)擴容等。

基礎參數(shù)計劃曲線-一充一放

圖17策略配置界面

(9)運行報表

應能查詢各子系統(tǒng)、回路或設備時間的運行參數(shù),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(shù)、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。

圖18運行報表

(10)實時

應具有實時功能,系統(tǒng)能夠?qū)Ω髯酉到y(tǒng)中的逆變器、雙向變流器的啟動和關閉等遙信變位,及設備內(nèi)部的保護動作或事故跳閘時應能發(fā)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

(11)歷史事件查詢

應能夠?qū)b信變位,保護動作、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、風速、氣壓越限等事件記錄進行存儲和管理,方便用戶對系統(tǒng)事件和進行歷史追溯,查詢統(tǒng)計、事故分析。

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圖20歷史事件查詢

(12)電能質(zhì)量監(jiān)測

應可以對整個微電網(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)進行持續(xù)監(jiān)測,使管理人員實時掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況,以便及時發(fā)現(xiàn)和消除供電不穩(wěn)定因素。

1)在供電系統(tǒng)主界面上應能實時顯示各電能質(zhì)量監(jiān)測點的監(jiān)測裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測點的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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tài)監(jiān)測:在電能質(zhì)量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發(fā)生時,系統(tǒng)應能產(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人員;系統(tǒng)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(shù)據(jù)統(tǒng)計:系統(tǒng)應能顯示1min統(tǒng)計整2h存儲的統(tǒng)計數(shù)據(jù),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、狀態(tài)(動作或返回)、波形號、越限值、故障持續(xù)時間、事件發(fā)生的時間。

圖21微電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量界面

(13)遙控功能

應可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設備進行遠程遙控操作。系統(tǒng)維護人員可以通過管理系統(tǒng)的主界面完成遙控操作,并遵循遙控預置、遙控返校、遙控執(zhí)行的操作順序,可以及時執(zhí)行調(diào)度系統(tǒng)或站內(nèi)相應的操作命令。

圖22遙控功能

(14)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(shù)、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

圖23曲線查詢

(15)統(tǒng)計報表

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

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圖24統(tǒng)計報表

(16)網(wǎng)絡拓撲圖

系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通信狀態(tài),能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu);可在線診斷設備通信狀態(tài),發(fā)生網(wǎng)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(wǎng)系統(tǒng)拓撲界面

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

(17)通信管理

可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設備通信情況進行管理、控制、數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。系統(tǒng)維護人員可以通過管理系統(tǒng)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(shù)據(jù)情況。通信應支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

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圖26通信管理

(18)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(jīng)授權的操作(如遙控操作,運行參數(shù)修改等)??梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限,為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

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圖27用戶權限

(19)故障錄波

應可以在系統(tǒng)發(fā)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(tǒng)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(fā)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

(20)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(shù)據(jù),包括開關位置、保護動作狀態(tài)、遙測量等,形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎。

用戶可自定義事故追憶的啟動事件,當每個事件發(fā)生時,存儲事故掃描周期及事故后10個掃描周期的有關點數(shù)據(jù)。啟動事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點可由用戶修改。

圖29事故追憶

6.結(jié)束語

1)本文提出了電池儲能系統(tǒng)恒功率削峰填谷優(yōu)化模型及求解該模型的實用簡化算法,可快速進行日前優(yōu)化,配合實時控制可實現(xiàn)電池儲能系統(tǒng)削峰填谷功能。

2)采用恒功率充放電模型,有利于在實時控制階段對電池儲能系統(tǒng)進行控制。通過改變模型參數(shù)可靈活控制電池的充放電次數(shù),延長電池的使用壽命。

3)本文提出的實用簡化算法計算速度快,結(jié)果穩(wěn)定,可以用于求解電池儲能系統(tǒng)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、放電交叉進行的情況。

4)本文提出了削峰填谷實時控制策略,配合削峰填谷日前優(yōu)化進行控制。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(xiàn)場實測結(jié)果證明了該算法的有效性。

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