中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在雙碳的大背景下，太陽(yáng)能、風(fēng)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(diǎn)，發(fā)展規(guī)模迅速擴(kuò)大。微電網(wǎng)的提出實(shí)現(xiàn)了分布式電源靈活、數(shù)量大、多樣性的并網(wǎng)問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷多種能源形式的可靠供給，是實(shí)現(xiàn)主動(dòng)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(guò)渡。
分布式光儲(chǔ)微電網(wǎng)是保證我國(guó)能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施的有效途徑之一，發(fā)展?jié)摿薮?。?guó)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(kāi)發(fā)要本著“因地制宜，科學(xué)利用”的原則，從本質(zhì)上講，就是在用戶(hù)側(cè)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(chǔ)微電網(wǎng)包括分布式電源、負(fù)荷、儲(chǔ)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(fēng)力發(fā)電、燃料電池、燃?xì)廨啓C(jī)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(hù)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(duì)比，太陽(yáng)能取之不盡，用之不竭，太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，不容易損壞，維護(hù)簡(jiǎn)單，光伏發(fā)電可就近供電，不用長(zhǎng)距離保送，太陽(yáng)能發(fā)電站建立周期短，方便靈敏，而且可以依據(jù)負(fù)荷的增減，從幾十瓦到幾十兆瓦的光伏容量，可以自由設(shè)計(jì)和建設(shè)，避免浪費(fèi)。
負(fù)荷：包含各種一般負(fù)荷和重要負(fù)荷或有特殊要求的負(fù)荷。微電網(wǎng)輸出控制裝置，一般都會(huì)配置多個(gè)接口，對(duì)應(yīng)不同的負(fù)荷，可以接在不同的接口，重要負(fù)荷可以接在有儲(chǔ)能電池的不間斷電源接口，保障負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行。
儲(chǔ)能裝置：采用各種儲(chǔ)能方式，含物理、化學(xué)、電磁儲(chǔ)能，用于新能源發(fā)電的能量存儲(chǔ)，負(fù)荷調(diào)節(jié)如削峰填谷、微電網(wǎng)的“黑啟動(dòng)”等。在各種儲(chǔ)能方式中，微電網(wǎng)儲(chǔ)能以電化學(xué)儲(chǔ)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(chǔ)能方式，電化學(xué)儲(chǔ)能有以下優(yōu)勢(shì): 能量密度大、轉(zhuǎn)換效率高、建設(shè)周期短且安裝方便，具有雙向、快速響應(yīng)的特性，能量雙向可控，功率可以快速響應(yīng)，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(gòu)成控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電控制、儲(chǔ)能并離網(wǎng)切換控制、微電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控、微電網(wǎng)保護(hù)、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(yùn)行時(shí)，響應(yīng)調(diào)度系統(tǒng)的控制，同時(shí)完成對(duì)蓄電池組的充放電管理；孤島運(yùn)行時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)建立電網(wǎng)，逆變器離網(wǎng)運(yùn)行，系統(tǒng)控制由微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)根據(jù)負(fù)載和電池組ＳＯＣ狀態(tài)控制，可實(shí)現(xiàn)負(fù)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(shí)，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(chǔ)微電網(wǎng)的組成
分布式光儲(chǔ)微電網(wǎng)主要包括分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)以及相關(guān)的配電、能量管理系統(tǒng)（EMS）等。其中，有電網(wǎng)支撐時(shí)，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)作為微電網(wǎng)內(nèi)的主要供電微電源，負(fù)荷用電主要來(lái)自于光伏發(fā)電，儲(chǔ)能系統(tǒng)則可以平滑光伏發(fā)電波動(dòng)，提高微電源的電網(wǎng)接入友好性；電網(wǎng)停電時(shí)，光儲(chǔ)微電網(wǎng)則啟動(dòng)應(yīng)急備用供電功能，由儲(chǔ)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(nèi)的負(fù)荷提供持續(xù)的能量供應(yīng)。
（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(yáng)能轉(zhuǎn)化成為電能，成本約占系統(tǒng)的50%，種類(lèi)有很多，如單晶硅太陽(yáng)能電池、多晶硅太陽(yáng)能電池、非晶硅太陽(yáng)能電池和多元化合物太陽(yáng)電池等。光伏逆變器的主要作用是把光伏組件發(fā)出來(lái)的直流電轉(zhuǎn)化為交流電，同時(shí)還承擔(dān)檢測(cè)、控制、安全管理、數(shù)據(jù)記錄和通信等任務(wù)，是系統(tǒng)最核心的部件。
（2）電池儲(chǔ)能系統(tǒng)
電池儲(chǔ)能系統(tǒng)主要包括儲(chǔ)能電池、電池管理系統(tǒng)和儲(chǔ)能變流器。儲(chǔ)能電池作為能量存儲(chǔ)的載體，既可實(shí)現(xiàn)能量時(shí)空轉(zhuǎn)移，也可實(shí)現(xiàn)功率補(bǔ)償。電池管理系統(tǒng)可以對(duì)電池陣列組進(jìn)行全方位的監(jiān)控、管理、保護(hù)、報(bào)警等，最大化延長(zhǎng)儲(chǔ)能電池堆使用壽命。
（3）能量管理系統(tǒng)（Energy Manage System EMS）
EMS是整個(gè)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(yùn)行模式判斷、功率調(diào)度及設(shè)備運(yùn)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(dú)立運(yùn)行還是并網(wǎng)運(yùn)行，在獨(dú)立運(yùn)行時(shí)需要根據(jù)功率動(dòng)態(tài)平衡原則完成光伏發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率調(diào)度，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)及設(shè)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(yùn)行時(shí)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(chǔ)微電網(wǎng)的4種運(yùn)行狀態(tài)
（1）系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行
系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，PCS處于并網(wǎng)運(yùn)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(duì)蓄電池進(jìn)行充電以及以何種方式充電；對(duì)于不需要接受功率調(diào)度的微網(wǎng)電站，光伏并網(wǎng)逆變器最大功率發(fā)電，對(duì)需要接受調(diào)度指令的微網(wǎng)電站，EMS將調(diào)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(dú)立切換
在并網(wǎng)狀態(tài)下，如果EMS檢測(cè)到電網(wǎng)失電或電網(wǎng)故障則控制并網(wǎng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，同時(shí)PCS自動(dòng)切換到獨(dú)立運(yùn)行，以電壓源形式啟動(dòng)組建系統(tǒng)電壓；光伏并網(wǎng)逆變器因失電停機(jī)，EMS在PCS啟動(dòng)完成之后，控制并網(wǎng)逆變器重新啟動(dòng)，系統(tǒng)進(jìn)入獨(dú)立運(yùn)行模式。
（3）系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行
系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，EMS的管理原則是通過(guò)電源和負(fù)荷的管理來(lái)維持微網(wǎng)功率的動(dòng)態(tài)平衡，保證母線電壓和頻率的穩(wěn)定。此時(shí)PCS電壓源運(yùn)行，輸出三相交流電壓組網(wǎng)，光伏并網(wǎng)逆變器并聯(lián)運(yùn)行。此時(shí)根據(jù)負(fù)荷大小與光伏發(fā)電等電源的發(fā)電功率大小EMS需要對(duì)電源和負(fù)荷進(jìn)行管理。
（4）獨(dú)立向并網(wǎng)切換
在獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)下EMS檢測(cè)到電網(wǎng)電壓正常后，首先將PCS運(yùn)行模式切換為并網(wǎng)運(yùn)行，PCS自動(dòng)調(diào)整輸出電壓與大電網(wǎng)的電壓同步，然后EMS閉合并網(wǎng)開(kāi)關(guān)，所有設(shè)備并網(wǎng)運(yùn)行，系統(tǒng)進(jìn)入并網(wǎng)運(yùn)行模式。
作者：劉繼茂 郭軍
