分布式光伏与储能协调控制策略的应用分析
摘 要：针对光伏发电的随机性、波动性、间歇性特征,研发了分布式光伏与储能协调控制策略,并在镇江地调开展分布式电源光储协控试点应用，开展光储协调控制策略研究，实时采集分布式光伏电站、储能电站、试点变电站运行数据，根据气象信息预测光伏出力，实时调整储能出力，实现储能对分布式电源功率波动的平抑。
关键词：分布式光伏；储能；协调控制；告警策略
0引言
目前镇江地区光伏发电属于随机性、间歇性电源，出力存在较大的波动性。因此大量的分布式光伏发电接入电网会严重降低负荷预测准确率，造成电网波动，影响电网安全稳定运行。镇江于2018年建成投运8座电网侧储能电站，储能电站具备灵活的充放电能力，能够毫秒级实现充放电状态的转换。储能的运行特性可有效平滑分布式电源的波动性。针对光伏发电的随机性、波动性、间歇性特征，对分布式光伏进行有效的有功无功控制，提高分布式光伏的灵活性，是保障含大量分布式光伏的电网安全稳定运行的重要手段。发挥储能的调节作用，通过光储协调控制，实现储能平抑分布式光伏出力波动，是提高分布式光伏的可观性和可控性的有效手段。
1策略描述
1.1数据架构链路
在整体数据汇集方面通过现有电网模型扩展10千伏的分布式电站模型，并实现图模一体管理；分布式光伏控制平台获取实时处理计算的模型，并完成从地区调控自动化系统接入运行实时信息并下发控制指令。
图1 数据流向图
如图1所示，镇江光储协控系统数据来源主要有两个：1区调度自动化SCADA系统，3区新能源管理系统。其中新能源管理系统主要提供分布式光伏区域超短期功率预测数据。光储协控命令通过光纤专线通道下发。
1.2控制策略流程
综合考虑上一时间间隔的储能出力、储能SOC值，以及预测的下一时间间隔分布式光伏总出力，对下一时间储能出力进行计算，当光伏变化为正且储能SOC在可行范围时，储能吸收电能，当光伏变化为负且储能SOC在可行范围，储能设备放电。同时考虑储能设备充放电功率约束，当SOC即将越限，考虑SOC补偿算法，并增加了储能指令延时的补偿算法[1]。
2策略特点
（1）本策略保留原有储能电站及调度通道、安全策略不变动，光储协控系统与D5000前置系统通过104规约进行通信。上行通道将储能电站遥测、遥信数据转发给光储协控系统；同时，光储协控系统通过该接口将遥调遥控命令由D5000前置系统下发给储能电站，实现光储协控系统对储能电站的充放电控制。
（2）储能控制策略修正了对指令时滞的预补偿量计算，从控制策略层面，在计算出储能指令后，按预测原理给储能指令增加延时补偿量以提高数据同步性。减小了时滞对滤波效果的影响。
（3） 储能控制策略修正了SOC水平控制策略，设置SOC在25%-75%中时采用滤波控制策略，当达到此边界时就切换为限制光伏*大变化率的SOC修正充放电控制，在维持光伏发电波动量不超过给定的*大值的前提下，执行电池充放电，快速修正SOC回到滤波控制范围中。
3应用实例
在试运行期间，省调暂时退出试点区域电网侧储能电站的有功控制，由分布式电源光储协控系统进行光储协调控制。根据光伏的出力情况，实时调整储能电站出力，实现储能对分布式电源功率波动的平抑分析，面向电网需求削峰填谷等功能。
图2 光伏与光储协控混合出力曲线
光伏与光储协控混合出力曲线如图2所示，从图中可见，经光储协调控制后的出力曲线较为平滑，波动率明显降低，实现储能对分布式电源功率波动的平抑运行。
4安科瑞Acrel-2000MG微电网能量管理系统
4.1概述
Acrel-2000MG 储能能量管理系统是安科瑞专门针对工商业储能 电站研制的本地化能量管理系统，可实现了储能电站的数据采集、数 据处理、数据存储、数据查询与分析、可视化监控、报警管理、统计报表、策略管理、历史曲线等功能。其中策略管理，支持多种控制策 略选择，包含计划曲线、削峰填谷、需量控制、防逆流等。该系统不 仅可以实现下级各储能单元的统一监控和管理，还可以实现与上级调 度系统和云平台的数据通讯与交互，既能接受上级调度指令，又可以 满足远程监控与运维，确保储能系统安全、稳定、可靠、经济运行。
4.2应用场景
适用于工商业储能电站、新能源配储电站。
4.3系统结构
4.4系统功能
（1）实时监管
对微电网的运行进行实时监管，包含市电、光伏、风电、储能、充电桩及用电负荷，同时也包括收益数据、天气状况、节能减排等信息。
（2）智能监控
对系统环境、光伏组件、光伏逆变器、风电控制逆变一体机、储能电池、储能变流器、用电设备等进行实时监测，掌握微电网系统的运行状况。
（3）功率预测
对分布式发电系统进行短期、超短期发电功率预测，并展示合格率及误差分析。
（4）电能质量
实现整个微电网系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续性的监测。如电压谐波、电压闪变、电压不平衡等稳态数据和电压暂升/暂降、电压中断暂态数据进行监测分析及录波展示，并对电压、电流瞬变进行监测。
（5）可视化运行
实现微电网无人值守，实现数字化、智能化、便捷化管理;对重要负荷与设备进行不间断监控。
（6）优化控制
通过分析历史用电数据、天气条件对负荷进行功率预测，并结合分布式电源出力与储能状态，实现经济优化调度，以降低尖峰或者高峰时刻的用电量，降低企业综合用电成本。
（7）收益分析
用户可以查看光伏、储能、充电桩三部分的每天电量和收益数据，同时可以切换年报查看每个月的电量和收益。
（8）能源分析
通过分析光伏、风电、储能设备的发电效率、转化效率，用于评估设备性能与状态。
（9）策略配置
微电网配置主要对微电网系统组成、基础参数、运行策略及统计值进行设置。其中策略包含计划曲线、削峰填谷、需量控制、新能源消纳、逆功率控制等。
5硬件及其配套产品
| 序号 | 设备 | 型号 | 图片 | 说明 |
| 1 | 能量管理系统 | Acrel-2000MG |
| 内部设备的数据采集与监控，由通信管理机、工业平板电脑、串口服务器、遥信模块及相关通信辅件组成。 数据采集、上传及转发至服务器及协同控制装置 策略控制:计划曲线、需量控制、削峰填谷、备用电源等 |
| 2 | 显示器 | 25.1英寸液晶显示器 |
| 系统软件显示载体 |
| 3 | UPS电源 | UPS2000-A-2-KTTS |
| 为监控主机提供后备电源 |
| 4 | 打印机 | HP108AA4 |
| 用以打印操作记录，参数修改记录、参数越限、复限，系统事故，设备故障，保护运行等记录，以召唤打印为主要方式 |
| 5 | 音箱 | R19U |
| 播放报警事件信息 |
| 6 | 工业网络交换机 | D-LINKDES-1016A16 |
| 提供16口百兆工业网络交换机解决了通信实时性、网络安全性、本质安全与安全防爆技术等技术问题 |
| 7 | GPS时钟 | ATS1200GB |
| 利用gps同步卫星信号，接收1pps和串口时间信息，将本地的时钟和gps卫星上面的时间进行同步 |
| 8 | 交流计量电表 | AMC96L-E4/KC |
| 电力参数测量(如单相或者三相的电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率,频率、功率因数等)、复费率电能计量、 四象限电能计量、谐波分析以及电能监测和考核管理。多种外围接口功能:带有RS485/MODBUS-RTU协议:带开关量输入和继电器输出可实现断路器开关的"遜信“和“遥控”的功能 |
| 9 | 直流计量电表 | PZ96L-DE |
| 可测量直流系统中的电压、电流、功率、正向与反向电能。可带RS485通讯接口、模拟量数据转换、开关量输入/输出等功能 |
| 10 | 电能质量监测 | APView500 |
| 实时监测电压偏差、频率俯差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、诺波等电能质量，记录各类电能质量事件,定位扰动源。 |
| 11 | 防孤岛装置 | AM5SE-IS |
| 防孤岛保护装置，当外部电网停电后断开和电网连接 |
| 12 | 箱变测控装置 | AM6-PWC |
| 置针对光伏、风能、储能升压变不同要求研发的集保护，测控，通讯一体化装置，具备保护、通信管理机功能、环网交换机功能的测控装置 |
| 13 | 通信管理机 | ANet-2E851 |
| 能够根据不同的采集规的进行水表、气表、电表、微机保护等设备终端的数据果集汇总: 提供规约转换、透明转发、数据加密压缩、数据转换、边缘计算等多项功能:实时多任务并行处理数据采集和数据转发，可多链路上送平台据: |
| 14 | 串口服务器 | Aport |
| 功能:转换“辅助系统"的状态数据，反馈到能量管理系统中。 1)空调的开关，调温，及断电(二次开关实现) 2)上传配电柜各个空开信号 3)上传UPS内部电量信息等 4)接入电表、BSMU等设备 |
| 15 | 遥信模块 | ARTU-K16 |
| 1)反馈各个设备状态，将相关数据到串口服务器: 读消防VO信号，并转发给到上层(关机、事件上报等) 2)采集水浸传感器信息，并转发3)给到上层(水浸信号事件上报) 4)读取门禁程传感器信息，并转发 |
6结束语
光储协调控制策略的应用，充分利用储能与新能源的互补特性，提升新能源消纳能力，提升储能提供电网辅助服务的动态性能，降低电网运行成本，助力分布式新能源全额消纳。基于分布式光伏的预测结果，采用储能电站进行补偿实际出力与预测之间的差额，将差额保障在调度运行可接纳的范围之内，降低电网运行备用成本。通过储能滤除新能源发电波动功率，减小新能源对电网的影响。
参考文献
[1]谭文娟,陈燕东.光储直流微网能量协调控制方法[J].电源学报,2018,16(2): 76-82
[2]杨苓,罗安,陈燕东.LCL型逆变器的鲁棒延时补偿并网控制方法及稳定性分析[J].电网技术,2015,39(11):3102-3108
[3]米阳,吴彦伟.独立光储直流微电网分层协调控制[J].电力系统保护与控制, 2017, 45(8): 37-44
[4]朱文韬,孙东杰,陈燕,姜正驰,岳帅,于晓蒙,刘昶,蒋煜.分布式光伏与储能协调控制策略的研发与应用[J].能源科技,2020,09(08):381.
[5]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022年05版