摘要：随着我国电力行业的迅速发展和新能源技术的不断涌现，针对系统可靠性和稳定性的要求也逐渐提高。而要实现供电品质稳定，避免停电现象的发生，较好的办法就是通过建立基站，对电能进行储存。因此，为使储能系统得到科学、合理的应用，本文在对太阳能光伏项目的调查基础上，根据当前的发展趋势，制定了一种适合于市场的储能系统和能量管理体系，以确保市场运行的安全、稳定、可靠。

关键词：光伏电站；储能系统；配置研究

1、前言

在新能源发展中，太阳能、风能之间存在间歇性、波动性、随机性等特性，要通过建立相应的能量存储体系来解决弃光弃风问题，同时还要考虑太阳能、风电场的发电量，并在风电场建成之前规划好如何并网、如何消纳。此外，由于在电网结构薄弱、弃光弃风严重的区域，太阳能发电、风电场等行业仍旧存在着较大的发展空间。在实际应用中，应对风电机组的装机容量做出合理的评价，并对风电机组的充放电能力进行多方面的分析和研究，以便制订出合理的发展规划，以实现可持续发展。

2、光伏电站储能系统作用

光伏储能系统简单而言就是将太阳能光伏和太阳能电池系统有机地结合起来，其主要功能包括“调节负荷、存储电量、新能源接入、补偿线损、功率补偿、提高电能质量、孤网运行、削峰填谷”等功能。简单的说，就像是一座水库，它可以在峰顶的时候，将多余的水都储存起来，然后在峰顶使用，从而降低了能源的浪费；另外，蓄能电站还可以降低线路损耗，延长线路及设备的使用寿命。在微型网络中，能量存储系统的功能包括：

2.1保证系统稳定

由于光伏发电系统的输出功率和负载曲线具有很大的差别，而且均有不可预料的波动特性，因此在不同的情况下应采用不同的滤波方法。通过储能系统的能量存储和缓冲，可以实现对电网的快速控制，改善电网的静态和动态特性，从而保证电力系统在负荷剧烈变动的情况下仍然能够维持稳定的电力输出。

2.2能量备用

当太阳能光伏发电不能正常工作时，能量储存系统可以作为后备和过渡性的功能，比如在晚上或阴雨天气中，当电池处于饱和状态时，可以限制太阳能的发电，实现电力供需的均衡，提高系统的能量利用率，并防止蓄电池过充电，延长系统的使用寿命。

2.3提高电力品质与可靠性

能量储存系统也可以避免由于电压尖峰、电压下降以及其它外部干扰而导致的电网波动，从而有效地改善了电力系统的功率因数和电压稳定，并且能够有效地抑制系统的振动。充分利用能量存储，可以确保输出功率的质量和可靠性。

2.4日常能量储存

当太阳辐射强度高，负荷小时，可以把剩余的太阳能进行蓄积，充分吸收太阳能的电能。太阳板除了能为车辆提供电力外，还能在房屋需要电力时，将多余的电力进行转换为房屋所使用。由此可以得出，太阳能发电系统的安全运行是非常关键的。能量存储技术的优点是既能确保电力系统的稳定、可靠，又能解决电压脉冲、涌流、电压跌落、瞬间电源中断等动态电能质量问题。此外，储能系统在电站整体投资中占有相当大的比重，因此，如何合理地选取和管理，对整个系统的经济效益起着至关重要的作用，需要对其进行多方位的分析和合理的决策。

3、项目技术方案

3.1项目总体技术概述

太阳能发电系统是一种利用太阳能电池的“光伏效应”，将太阳能辐射能量转化成电能的发电装置。当太阳光照射在太阳能电池的表面，会发生一系列的绕射，形成一种特殊的光线，在这个时候，太阳能电池就会吸收光能量，形成一对“电子-空穴对”。在内建电场中，光生电子与空穴对被分开，并在电池组中形成不同数量的电荷，从而形成“光生电压”。同时，如果将电极引到内建电场的两边，再连接到负荷，“光生电流”就会通过该负荷，从而产生功率。通过将太阳能转换成直流电能，从而达到控制、监控、兼容和诊断电网的目的。当前光伏发电的主要形式有三种：独立的混合发电系统、并网光伏发电系统、微网光伏发电系统。

（1）独立混合发电系统

独立的混合动力系统包含了电池方阵，蓄电池，电能转换和控制，以及柴油发电机等。当电量充足时，由充电控制器将蓄电池和其它发电站的能量存储到蓄电池堆中；在电力不足的情况下，利用放电控制器将电池中的电量转换为电力转换设备，以满足使用者的需求。柴油发电机用作应急时的低温后备电源。在边远地区，独立的电力系统是一种主要的电力供应方式，它的技术发展十分成熟，从一台数十瓦的路灯到一台数百瓦的混合电力。同时，我国的逆变器和蓄电池的充放电控制技术也已经实现了工业化，其功率级别从数十千瓦到数十千瓦不等。

（2）并网光伏发电系统

并网光伏系统的主要内容有：低电压并网的光伏发电和高压并网发电，其中包含了一个电池阵列和一个并网的逆变器。目前国内已经有成熟的低压和高压并网逆变器，其中，在低压并网的情况下，*大单机功率为500kW，而在高压并网发电系统中，*大功率为1MW。并网逆变器是一种根据电网的频率、电压而改变的电流源，其功率因数为1或指令调整依赖于电网，不能独立产生电力，在电力系统中，其容量有限，其输出功率取决于光伏的输入，在*大或*小的情况下，其输出功率不能得到保障。

（3）光伏微网系统

光伏微网可以与其他电力或电力网络并行工作。本系统主要由电池方阵、常规并网逆变器、蓄能器、双向变流器、柴油发电机等组成。柴油机与双向逆变器（可调节的频率和电压）分别或联合组网，传统的并网式逆变器（每台*多数十kW）可以通过通信线路并行操作，实现对微网的能源管理。在太阳能微网系统中，太阳能光伏电站可以与水轮机、柴油发电机并联。采用微网能源管理系统，实现了光伏发电和水轮机的协同工作。西藏狮泉河地区的电力网络建设，能够满足电力市场的需要。考虑到气候变化，太阳能发电站的*大输出功率将达到35%，以下是10MWp的计算（因为太阳能发电站建成后，电力供应不足，根据电池容量，只能处理一到两次）。储能系统是整个电厂的总投资，储能系统的选型、选型、主要技术参数的确定、运行管理等都关系到储能系统的安全性、稳定性和经济性，因此需要对储能系统进行多方位的分析和合理的选择。假设在全功率状态下，因气候原因而突然下降到35%，则需要柴油机或水电站承受10MWp的65%，也就是6.5MW，如果狮泉河水电站和系统的柴油机都是冷备用，不能提供旋转备用容量。因此6.5MW的负载都要通过蓄能系统来进行，在不降低频率的前提下，根据一定的余量，对7MW的负载进行了计算。在水轮发电机的起动过程中，储能系统的电力输出是由蓄能系统承担的，该系统的功率下降到35%，直至达到7000kW的负载，因为从停机到满载约需6min左右时间，因此蓄能系统能持续输出7000kW的能量，并保持10min。在*恶劣的工况下，蓄能系统应在无法充电的情况下进行两次连续放电，而且由于距离太远，不适合频繁的维修和更换，因此对储能系统的容量和使用寿命都有很大的影响。

3.2储能系统方案策划

目前全球电力储能技术主要有物理储能、化学储能和电磁储能三大类，不同类型的储能具有各自的特点，为不同的大规模储能应用提供了多样化的选择。

（1）物理储能

目前*成熟的物理储能技术是利用抽水蓄能技术，它的能源转化效率高达75%，主要应用于电网的削峰填谷、调频调等。抽水蓄能电站建设对当地地形、水文条件有很高的要求，而狮泉河地区的建设周期、成本和难度都比较大，难以满足短期内与太阳能发电的协调发展。另一种物理储能是飞轮储能，它的特点是寿命长，无污染，但能量密度低，不宜单独使用，而且能源消耗高，操作成本高。

（2）化学储能

化学蓄积技术是一种比较成熟的技术，但是由于其不易控制，很难得到广泛的推广。目前，化学储能技术主要包括：钠硫电池储能、液流电池储能、磷酸铁锂电池储能、铅酸电池储能、*级电容储能等。

①钠硫电池储能

钠硫电池是一种新的化学能源，它的出现使化学储能技术迅速发展。钠硫电池因其体积小、容量大、寿命长、效率高而被广泛用于电网的储能领域，如削峰填谷、应急电源、风力发电等。此外，由于钠硫电池工作温度高，存在安全隐患，且制造过程繁琐，目前多数为日本企业所拥有，且价格昂贵，因此很难实现国内进口。

②液流矾电池储能

钒液流电池是一种以钒为主要活性材料的循环流式电解槽。将钒电池的电能储存在不同价态钒离子的硫酸溶液中，然后利用外部泵将其注入到蓄电池中。而液流矾电池的优势就在于它的高能量密度和的放电深度，但由于正极和负极之间存在着相互污染和严重的环境问题，所以在大规模应用之前，需要先解决这些问题，然后才能充分发挥其技术优势。

③*级电容储能

*级电容蓄能设备主要包括*级电容器组、双向DC/DC转换器和相应的控制电路。其技术难点在于电容器的电压平衡与控制策略，以及逆变器的拓扑结构与控制方式。此外，电容储能设备通常是一种快速反应的储能系统，具有较快的动态响应，且具有较低的时间消耗。但它的能量密度较小，单位成本较高，因此不宜将其作为大规模的储能系统，尤其是在不合理使用的情况下。

（3）电磁储能

电磁储能目前发展较受成本制约，如超导电磁储能等，成本高且技术不够成熟，不具备大规模推广的价值。根据该项目的需求，当太阳能发电量降低时，储能系统应能够提供充足的电力，以支持系统的电压，确保电网的稳定运行。而目前，用于储能系统的逆变器都是采用电流源的双向逆变器，这种逆变器只能根据系统的电压变化来模拟其电压，从而使其输出电流，而不能支持系统的电压。所以针对此类情况，电磁储能主要可分为铅酸蓄电池储能与磷酸铁锂电池储能两种类型。

①铅酸蓄电池储能

铅酸电池技术成熟，成本低廉，是目前*成熟的一种储能技术。但由于其操作温度高、能量密度小、放电深度低（一般放电深度不宜大于30%，特殊使用时不宜超过50%)，因此，在大规模的能源存储系统中，尤其是在气候条件恶劣、交通不便的情况下，将会受到技术条件的限制。例如，铅酸蓄电池制造时所产生的酸雾，也会对环境造成一定的污染，不符合环保要求。

②磷酸铁锂电池

磷酸铁锂是近年来发展比较快的一种新型电池，它以其高能量密度、长周期、大放电深度和高放电电流而受到广泛关注。现在，像比亚迪这样的企业，已经把它应用到了电动车的能量存储系统中，并且在大规模的电力系统中得到了应用。磷酸铁锂电池在正常工作状态下的放电深度超过80%，在成组后可以进行1500次以上的充电和放电，对于经常充电和放电的场合是十分适用的。然而，由于其对充放电系统的控制要求比较高，从而限制了它的发展。结合项目的具体情况，如果选用LRA电池，以40%的放电深度进行分析，并在合理的裕度下，应配备7000千伏的电池。如果用磷酸铁锂电池做能量存储单元，以80%的放电深度计算，则需要3500kVAh的磷酸铁锂电池。但是，考虑到1~2次的深度放电需求，以及维修和更换电池的成本，磷酸铁锂电池的优越性就更加突出了。建议在该项目中使用磷酸铁锂作为能量存储系统。

（4）光热储能

光热蓄能器又称为聚焦式太阳能热储存，利用各种物理方法将直接的阳光集中在一起，形成高温、高压的水蒸气，由蒸汽机带动涡轮机发电。根据不同的集热器形式，又可分为太阳能槽式热储能、太阳能塔式热储能和太阳能碟式热储能三种。

①太阳能槽式热储能

槽式太阳热发电系统全称为槽式抛物面式太阳能热发电系统，它是利用多个槽形抛物面聚光集热器，以串联、并联的形式对工质进行加热，产生高温蒸汽来进行太阳能发电。另外，槽型光热循环系统还可以利用多能互补的方式，充分发挥其储存的优点，通过缩短发电量的时间，来降低初期的资金投入与发电成本。

②太阳能塔式热储能

塔式光热发电技术是利用大型定日镜对太阳进行实时追踪，并将太阳能集中于塔顶的热吸收设备，以高温熔盐进行蓄热，然后利用热和热形成高温高压蒸汽，由蒸汽涡轮带动发电机发电，实现光、热、机械、电能的转换。采用不同的熔盐进行共晶化处理，达到容量大、安全可靠、低成本、高品位的能量储存，以改进整个系统的可靠性。

③太阳能碟式热储能

太阳能碟式热储能作为世界上*早出现的太阳能动力系统，其主要是以抛物面为的反射镜，将其内部的热量加热至750摄氏度，从而带动引擎产生电能。此外，与光电技术相比，碟式太阳能热发电具有较低的空气阻力、较低的发射质量和较低的运行费用。

④线性菲尼尔光热储能

线性菲涅尔式聚光系统主要包括三个部件：主反射镜阵列(聚光镜场)、跟踪控制装置和接收器。其主要原理就是沿南北方向或东西方向对称排列，主反射镜在跟踪装置的控制下轴线上自动跟踪太阳，将太阳光聚集到接收装置上，而另一部分通过复合抛物面二次聚光器反射并投影到一个真空集热器上.集热管在吸收了太阳辐射之后，通过管道中的热传递工质（水、导热油、熔盐）进行加热储能。此外，.CPC线性菲涅尔式聚光集热系统.菲涅尔式光热电站的导热主要是在高温介质上，而高温介质可以大量地进行低成本的存储，这就使太阳能光热与大规模的储能技术息息相关。

3.3储能系统运行方式确定

根据该项目的需求，当太阳能发电量降低时，储能系统应能够提供充足的电力，以支持系统的电压。目前，用于储能系统的逆变器都是采用电流源的双向逆变器，这种逆变器只能根据系统的电压变化来模拟其电压，从而使其输出电流，而不能支持系统的电压。

但目前，电源型双向逆变器的单体容量太少，不能并联，只能用于小型电厂，不能用于譬如阿里地区的大规模微型电网建设。鉴于项目工期的紧迫性，大容量并联电压源双向逆变器的技术瓶颈还没有被解决，因此，在发电能力降低的情况下，电站将其作为电力供应。在大容量可并联电压源双向逆变器技术成熟后，为确保狮泉河电网安全可靠地进行技术改造，并对其进行了相应的改造，以适应多种供电方式同时调度的需要。

4、Acrel-2000MG微电网能量管理系统概述

4.1概述

Acrel-2000MG微电网能量管理系统，是我司根据新型电力系统下微电网监控系统与微电网能量管理系统的要求，总结国内外的研究和生产的经验，专门研制出的企业微电网能量管理系统。本系统满足光伏系统、风力发电、储能系统以及充电桩的接入，全天候进行数据采集分析，直接监视光伏、风能、储能系统、充电桩运行状态及健康状况，是一个集监控系统、能量管理为一体的管理系统。该系统在安全稳定的基础上以经济优化运行为目标，促进可再生能源应用，提高电网运行稳定性、补偿负荷波动；有效实现用户侧的需求管理、消除昼夜峰谷差、平滑负荷，提高电力设备运行效率、降低供电成本。为企业微电网能量管理提供安全、可靠、经济运行提供了全新的解决方案。

微电网能量管理系统应采用分层分布式结构，整个能量管理系统在物理上分为三个层：设备层、网络通信层和站控层。站级通信网络采用标准以太网及TCP/IP通信协议，物理媒介可以为光纤、网线、屏蔽双绞线等。系统支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

4.2技术标准

本方案遵循的标准有：

本技术规范书提供的设备应满足以下规定、法规和行业标准：

GB/T26802.1-2011工业控制计算机系统通用规范1部分：通用要求

GB/T26806.2-2011工业控制计算机系统工业控制计算机基本平台2部分：性能评定方法

GB/T26802.5-2011工业控制计算机系统通用规范5部分：场地安全要求

GB/T26802.6-2011工业控制计算机系统通用规范6部分：验收大纲

GB/T2887-2011计算机场地通用规范

GB/T20270-2006信息安全技术网络基础安全技术要求

GB50174-2018电子信息系统机房设计规范

DL/T634.5101远动设备及系统5-101部分:传输规约基本远动任务配套标准

DL/T634.5104远动设备及系统5-104部分:传输规约采用标准传输协议子集的IEC60870-5-网络访问101

GB/T33589-2017微电网接入电力系统技术规定

GB/T36274-2018微电网能量管理系统技术规范

GB/T51341-2018微电网工程设计标准

GB/T36270-2018微电网监控系统技术规范

DL/T1864-2018独立型微电网监控系统技术规范

T/CEC182-2018微电网并网调度运行规范

T/CEC150-2018低压微电网并网一体化装置技术规范

T/CEC151-2018并网型交直流混合微电网运行与控制技术规范

T/CEC152-2018并网型微电网需求响应技术要求

T/CEC153-2018并网型微电网负荷管理技术导则

T/CEC182-2018微电网并网调度运行规范

T/CEC5005-2018微电网工程设计规范

NB/T10148-2019微电网1部分：微电网规划设计导则

NB/T10149-2019微电网2部分：微电网运行导则

4.3适用场合

系统可应用于城市、高速公路、工业园区、工商业区、居民区、智能建筑、海岛、无电地区可再生能源系统监控和能量管理需求。

4.4型号说明

4.5系统配置

4.5.1系统架构

本平台采用分层分布式结构进行设计，即站控层、网络层和设备层，详细拓扑结构如下：

图1典型微电网能量管理系统组网方式

4.6系统功能

4.6.1实时监测

微电网能量管理系统人机界面友好，应能够以系统一次电气图的形式直观显示各电气回路的运行状态，实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息，动态监视各回路断路器、隔离开关等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。其中，各子系统回路电参量主要有：三相电流、三相电压、总有功功率、总无功功率、总功率因数、频率和正向有功电能累计值；状态参数主要有：开关状态、断路器故障脱扣告警等。

系统应可以对分布式电源、储能系统进行发电管理，使管理人员实时掌握发电单元的出力信息、收益信息、储能荷电状态及发电单元与储能单元运行功率设置等。

系统应可以对储能系统进行状态管理，能够根据储能系统的荷电状态进行及时告警，并支持定期的电池维护。

微电网能量管理系统的监控系统界面包括系统主界面，包含微电网光伏、风电、储能、充电桩及总体负荷组成情况，包括收益信息、天气信息、节能减排信息、功率信息、电量信息、电压电流情况等。根据不同的需求，也可将充电，储能及光伏系统信息进行显示。

图2系统主界面

子界面主要包括系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电桩信息、通讯状况及一些统计列表等。

4.6.1.1光伏界面

图3光伏系统界面

本界面用来展示对光伏系统信息，主要包括逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、并网柜电力监测及发电量统计、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、辐照度/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。

4.6.1.2储能界面

图4储能系统界面

本界面主要用来展示本系统的储能装机容量、储能当前充放电量、收益、SOC变化曲线以及电量变化曲线。

5、结语

新能源发展迅速，风电、光电等新能源在电网中占有较大比例，但新能源的发电量具有不确定性和不可调度性，给电网的稳定性造成了潜在威胁。同时由于我国具有良好的风、光资源，又处于电力网络相对薄弱的区域，这使得国内部分地区的新能源开发面临着技术瓶颈，经过储能技术的不断研究，为保证电力的运输，制定了新能源发电的政策，要求新能源的发电量不得超过10%~15%，并在满足新能源发展的条件下，满足新能源的发展需求。

参考文献

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[2]孙庆,何一.光伏电站储能系统配置研究.十三届中国科协年会15分会场-大规模储能技术的发展与应用研讨会论文集.

[3]张德隆,蒋思宇,王龙泽,刘金鑫,陈永聪,李美成.基于概率潮流的光伏电站中储能系统的优化配置方法[J].储能科学与技术.

[4]姜鹏，光伏电站储能系统配置研究

[5]安科瑞企业微电网设计与应用设计.

作者简介

翟雪玲，女，现任职安科瑞电气股份有限公司。