浅聊太阳能光伏发电技术与电能管理
- 发布时间：2024/9/26 9:13:43
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张继冬
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要： 随着全球能源危机和环境问题的日益严峻，太阳能光伏发电技术作为一种清洁、可再生的能源利用方式，受到了广泛的关注和应用。本文对太阳能光伏发电技术进行了详细介绍，包括其工作原理、系统组成以及发展现状。同时，深入探讨了电能管理在太阳能光伏发电系统中的重要性，并提出了相应的电能管理策略，以提高太阳能光伏发电系统的效率和稳定性，为实现可持续发展提供有力支持。
2.2.1太阳能电池组件
太阳能电池组件是太阳能光伏发电系统的核心部件，它由多个太阳能电池片串联或并联而成。太阳能电池片通常采用硅材料制成，分为单晶硅、多晶硅和非晶硅等类型。单晶硅电池转换效率高，但成本也较高；多晶硅电池成本相对较低，但转换效率略低于单晶硅电池；非晶硅电池具有弱光性能好、成本低等优点，但转换效率较低。
2.2.2控制器
控制器的主要作用是对太阳能电池组件的输出进行控制和调节，防止蓄电池过充、过放和反接等情况的发生。同时，控制器还可以对太阳能光伏发电系统的工作状态进行监测和显示。
2.2.3逆变器
逆变器的作用是将太阳能电池组件产生的直流电转换为交流电，以便满足家庭、企业等用户的用电需求。逆变器的性能直接影响到太阳能光伏发电系统的输出效率和稳定性。
2.2.3蓄电池
蓄电池的主要作用是在太阳能电池组件无法发电或发电量不足时，为负载提供电能。蓄电池的容量和类型应根据用户的用电需求和太阳能光伏发电系统的规模进行选择。
4.2.1充电控制：采用恒流 - 恒压充电方式，避免蓄电池过充。在充电初期，采用恒流充电，当蓄电池电压达到一定值后，转为恒压充电，直到蓄电池充满为止。
4.2.2放电控制：根据蓄电池的剩余容量和负载的用电需求，合理控制蓄电池的放电深度，避免蓄电池过放。同时，在蓄电池放电过程中，应实时监测蓄电池的电压和电流，当蓄电池电压低于一定值时，应及时切断负载，以保护蓄电池。
4.2.3均衡充电：由于蓄电池在使用过程中可能会出现单体电池之间的电压不均衡现象，因此需要定期对蓄电池进行均衡充电，以提高蓄电池的性能和使用寿命。
4.3.1并网控制：采用同步锁相技术，使太阳能光伏发电系统的输出频率和相位与电网保持一致，实现并网运行。同时，应设置过流、过压、欠压等保护装置，防止系统出现故障时对电网造成影响。
4.3.2功率控制：根据电网的需求和太阳能光伏发电系统的输出功率，合理控制系统的输出功率，实现功率的优化分配。在白天光照充足时，太阳能光伏发电系统可以向电网输送多余的电能；在夜晚或阴雨天，电网可以向用户提供电能。
4.3.孤岛检测：当电网出现故障时，太阳能光伏发电系统应能够及时检测到孤岛现象，并迅速切断与电网的连接，以防止对维修人员造成危险。
五、安科瑞Acrel-2000MG微电网能量管理系统概述
5.1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。
5.2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
5.3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。
5.4型号说明
5.5系统功能
5.5.1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。
5.5.2光伏界面
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。
5.5.2.1储能界面
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。
本界面主要用来展示对PCS的参数进行设置，包括开关机、运行模式、功率设定以及电压、电流的限值。
本界面用来展示对BMS的参数进行设置，主要包括电芯电压、温度保护限值、电池组电压、电流、温度限值等。
本界面用来展示对PCS电网侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数等。
本界面用来展示对PCS交流侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数、温度值等。同时针对交流侧的异常信息进行告警。
5.5.3视频监控界面
本界面主要展示系统所接入的视频画面，且通过不同的配置，实现预览、回放、管理与控制等。
六、硬件及其配套产品
参考文献
[1]张健.基于“新商科”的专业人才培养模式的究与实践—一以高职商务数据分析与应用专业为例[]中国商论,2018,32
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[3]朱吉庆，宋雨昂.太阳能光伏发电技术发展现状与前景
[4]安科瑞企业微电网设计与应用设计.2022.05