中國儲能網(wǎng)訊：在雙碳的大背景下，太陽能、風力發(fā)電等可再生能源占比逐漸提高，分布式電源具有投資小、環(huán)保及靈活性高等優(yōu)點，發(fā)展規(guī)模迅速擴大。微電網(wǎng)的提出實現(xiàn)了分布式電源靈活、數(shù)量大、多樣性的并網(wǎng)問題。實現(xiàn)對負荷多種能源形式的可靠供給，是實現(xiàn)主動式配電網(wǎng)的一種有效方式，使傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)過渡。
分布式光儲微電網(wǎng)是保證我國能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實施的有效途徑之一，發(fā)展?jié)摿薮?。國家電網(wǎng)的“十三五”規(guī)劃中指出，分布式電源發(fā)展是能源變革的方向之一。以光伏為主的分布式電源開發(fā)要本著“因地制宜，科學利用”的原則，從本質上講，就是在用戶側就近安裝電源，就近消納，從而提高用電效率，減少輸電損耗與成本。
分布式光儲微電網(wǎng)包括分布式電源、負荷、儲能裝置和控制裝置。
分布式電源：以新能源為主的多種能源形式，如光伏發(fā)電、風力發(fā)電、燃料電池、燃氣輪機等；也可以是以熱電聯(lián)產(chǎn)或冷熱電聯(lián)產(chǎn)形式存在，就地向用戶提供熱能或者降低溫度，提高分布式發(fā)電的利用效率和靈活性。
光伏發(fā)電是目前微電網(wǎng)分布式電源最主要的形式，同其它幾種能源對比，太陽能取之不盡，用之不竭，太陽能發(fā)電系統(tǒng)沒有運動部件，不容易損壞，維護簡單，光伏發(fā)電可就近供電，不用長距離保送，太陽能發(fā)電站建立周期短，方便靈敏，而且可以依據(jù)負荷的增減，從幾十瓦到幾十兆瓦的光伏容量，可以自由設計和建設，避免浪費。
負荷：包含各種一般負荷和重要負荷或有特殊要求的負荷。微電網(wǎng)輸出控制裝置，一般都會配置多個接口，對應不同的負荷，可以接在不同的接口，重要負荷可以接在有儲能電池的不間斷電源接口，保障負荷連續(xù)運行。
儲能裝置：采用各種儲能方式，含物理、化學、電磁儲能，用于新能源發(fā)電的能量存儲，負荷調節(jié)如削峰填谷、微電網(wǎng)的“黑啟動”等。在各種儲能方式中，微電網(wǎng)儲能以電化學儲能（鋰離子電池、鈉離子電池、液流電池及鉛炭電池）等為主，相較于其他儲能方式，電化學儲能有以下優(yōu)勢: 能量密度大、轉換效率高、建設周期短且安裝方便，具有雙向、快速響應的特性，能量雙向可控，功率可以快速響應，容量大小可控，非常適合微電網(wǎng)的要求。
控制裝置：由軟硬件裝置構成控制系統(tǒng)，實現(xiàn)分布式發(fā)電控制、儲能并離網(wǎng)切換控制、微電網(wǎng)實時監(jiān)控、微電網(wǎng)保護、微電網(wǎng)能量管理等。微電網(wǎng)控制系統(tǒng)是微電網(wǎng)的核心，主要功能有：并網(wǎng)運行時，響應調度系統(tǒng)的控制，同時完成對蓄電池組的充放電管理；孤島運行時，儲能系統(tǒng)建立電網(wǎng)，逆變器離網(wǎng)運行，系統(tǒng)控制由微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)根據(jù)負載和電池組ＳＯＣ狀態(tài)控制，可實現(xiàn)負載穩(wěn)定供電、蓄電池的充放電管理及電池均衡，電網(wǎng)狀態(tài)發(fā)生變化時，系統(tǒng)可以完成并網(wǎng)、孤島的雙向切換功能。
01
分布式光儲微電網(wǎng)的組成
分布式光儲微電網(wǎng)主要包括分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)、電池儲能系統(tǒng)以及相關的配電、能量管理系統(tǒng)（EMS）等。其中，有電網(wǎng)支撐時，光伏儲能系統(tǒng)作為微電網(wǎng)內的主要供電微電源，負荷用電主要來自于光伏發(fā)電，儲能系統(tǒng)則可以平滑光伏發(fā)電波動，提高微電源的電網(wǎng)接入友好性；電網(wǎng)停電時，光儲微電網(wǎng)則啟動應急備用供電功能，由儲能變流器建立微網(wǎng)母線支撐，光伏發(fā)電系統(tǒng)可為微電網(wǎng)內的負荷提供持續(xù)的能量供應。
（1）光伏發(fā)電系統(tǒng)
光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括光伏組件、逆變器、支架、電纜、配電等部件。光伏組件主要作用是把太陽能轉化成為電能，成本約占系統(tǒng)的50%，種類有很多，如單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池和多元化合物太陽電池等。光伏逆變器的主要作用是把光伏組件發(fā)出來的直流電轉化為交流電，同時還承擔檢測、控制、安全管理、數(shù)據(jù)記錄和通信等任務，是系統(tǒng)最核心的部件。
（2）電池儲能系統(tǒng)
電池儲能系統(tǒng)主要包括儲能電池、電池管理系統(tǒng)和儲能變流器。儲能電池作為能量存儲的載體，既可實現(xiàn)能量時空轉移，也可實現(xiàn)功率補償。電池管理系統(tǒng)可以對電池陣列組進行全方位的監(jiān)控、管理、保護、報警等，最大化延長儲能電池堆使用壽命。
（3）能量管理系統(tǒng)（Energy Manage System EMS）
EMS是整個光伏微網(wǎng)系統(tǒng)的控制器，其能量管理功能包括系統(tǒng)運行模式判斷、功率調度及設備運行狀態(tài)控制，具體而言就是根據(jù)電網(wǎng)狀態(tài)判斷系統(tǒng)處于獨立運行還是并網(wǎng)運行，在獨立運行時需要根據(jù)功率動態(tài)平衡原則完成光伏發(fā)電和儲能系統(tǒng)的功率調度，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)及設備狀態(tài)完成光伏并網(wǎng)逆變器的啟?？刂坪碗p模式逆變器的組網(wǎng)控制；在并網(wǎng)運行時根據(jù)蓄電池的狀態(tài)完成雙模式逆變器的充電控制及并網(wǎng)逆變器的啟?？刂?。
02
光儲微電網(wǎng)的4種運行狀態(tài)
（1）系統(tǒng)并網(wǎng)運行
系統(tǒng)并網(wǎng)運行時，PCS處于并網(wǎng)運行狀態(tài)，EMS根據(jù)蓄電池的荷電狀態(tài)判斷PCS是否需要對蓄電池進行充電以及以何種方式充電；對于不需要接受功率調度的微網(wǎng)電站，光伏并網(wǎng)逆變器最大功率發(fā)電，對需要接受調度指令的微網(wǎng)電站，EMS將調度指令發(fā)送給光伏并網(wǎng)逆變器按照指令控制發(fā)電功率。
（2）并網(wǎng)向獨立切換
在并網(wǎng)狀態(tài)下，如果EMS檢測到電網(wǎng)失電或電網(wǎng)故障則控制并網(wǎng)開關斷開，同時PCS自動切換到獨立運行，以電壓源形式啟動組建系統(tǒng)電壓；光伏并網(wǎng)逆變器因失電停機，EMS在PCS啟動完成之后，控制并網(wǎng)逆變器重新啟動，系統(tǒng)進入獨立運行模式。
（3）系統(tǒng)獨立運行
系統(tǒng)獨立運行時，EMS的管理原則是通過電源和負荷的管理來維持微網(wǎng)功率的動態(tài)平衡，保證母線電壓和頻率的穩(wěn)定。此時PCS電壓源運行，輸出三相交流電壓組網(wǎng)，光伏并網(wǎng)逆變器并聯(lián)運行。此時根據(jù)負荷大小與光伏發(fā)電等電源的發(fā)電功率大小EMS需要對電源和負荷進行管理。
（4）獨立向并網(wǎng)切換
在獨立運行狀態(tài)下EMS檢測到電網(wǎng)電壓正常后，首先將PCS運行模式切換為并網(wǎng)運行，PCS自動調整輸出電壓與大電網(wǎng)的電壓同步，然后EMS閉合并網(wǎng)開關，所有設備并網(wǎng)運行，系統(tǒng)進入并網(wǎng)運行模式。
作者：劉繼茂 郭軍
