胡冠楠 Acrelhgn

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：本文主要研究一種光儲充電站調度方法，包括根據當前時刻光儲充電站的功率數據確定下一時刻光儲充電站中儲能系統工作功率；根據所述下一時刻光儲充電站中儲能系統工作功率確定下一時刻光儲充電站的調度方案；基于所述下一時刻光儲充電站的調度方案，在下一時刻對所述光儲充電站進行調度；本發明提升了光儲充電站與電網交互的穩定性和延長了儲能系統中儲能電池組的使用壽命，利用了電力資源，節約了光儲充電站的成本。

關鍵詞：光儲充電站調度；儲能系統；電網交互

1引言

近年來，電動汽車因其低碳、環保的優點以及不斷提升的整車性能，電動汽車的規模逐年增加。大規模的電動汽車作為一種特殊的新型負荷對傳統電網產生了一些新的影響，電動汽車充電在時間和空間上具有一定的隨機性，這種無序的充電模式增加了電網不穩定的風險。隨著可再生能源發電技術的發展，光伏等可再生能源發電因低碳環保、成本較低等優點，應用越來越廣泛。

目前，光伏-儲能-電動汽車充電樁一體化構成的共直流母線直流光儲充電站是電動汽車充電站的新形式之一，利用光伏和儲能的特性，不僅可以作為充電站的電源補充，減少充電站的購電費用，而且通過光伏、儲能、充電樁的協調控制，可以提升大規模電動汽車充電對電網的友好性，同時充電站基于共直流母線的直流拓撲形式，減少了大量的變流環節，減少了充電站的投資。但光伏發電受天氣等因素影響較大，導致發電功率呈現隨機性和波動性，導致光儲充電站與電網交互的不穩定性；且光儲充電站中儲能系統充缺少充放電管理，影響其儲能電池組的使用壽命。

因此，本領域需要一種可以提升光儲充電站與電網交互的穩定性和延長儲能系統中電池組使用壽命的調度方法。

2光儲充調度方法

光儲充電站調度方法，其特征在于，所述方法包括：根據當前時刻光儲充電站的功率數據確定下一時刻光儲充電站中儲能系統工作功率；根據所述下一時刻光儲充電站中儲能系統工作功率確定下一時刻光儲充電站的調度方案；基于所述下一時刻光儲充電站的調度方案，在下一時刻對所述光儲充電站進行調度；其中，所述功率數據包括：光儲充電站與電網的交互功率、光儲充電站中儲能系統的工作功率和光儲充電站中儲能系統的荷電狀態。

3光儲充電站系統架構剖析

3.1 光伏系統特性與出力模型

光伏系統作為光儲充電站的核心組件之一，其原理基于光生伏應，即光子照射到半導體材料表面，使電子從價帶躍遷到導帶，形成電子 - 空穴對，在半導體內部電場作用下分離并定向移動，從而產生光電流。光伏電池的輸出特性受光照強度、溫度等多種因素影響顯著。光照強度直接決定了光子的數量，進而影響光生載流子的生成速率，通常光照越強，光伏電池輸出功率越高；而溫度升高會導致半導體材料的禁帶寬度減小，載流子復合速率增加，使得光伏電池的開路電壓降低，輸出功率下降。

3.2 儲能系統類型與充放電特性

儲能系統作為光儲充電站的關鍵支撐部分，承擔著平衡功率、存儲電能、保障供電穩定性的重任，其類型多樣，性能各異。當前主流的儲能技術包括電池儲能與飛輪儲能等，電池儲能憑借其較高的能量密度、成熟的技術以及廣泛的應用場景，成為光儲充電站的，常見的有鉛酸電池、鋰電池等。鉛酸電池成本相對較低、技術成熟，但能量密度不高，循環壽命有限；鋰電池則以其高能量密度、長循環壽命、充放電效率高等優勢，在光儲充電站領域應用愈發廣泛，尤其是磷酸鐵鋰電池，具備良好的熱穩定性與安全性，能適應復雜的充放電工況。

3.3 充電設施配置與負荷需求

充電設施作為光儲充電站直接服務電動汽車的關鍵一環，其配置合理性直接關乎用戶體驗與運營效益。充電樁類型多樣，依據充電功率與速度，可粗分為直流快充樁與交流慢充樁。直流快充樁功率通常在 60kW - 300kW 之間，能在短時間內為電動汽車補充大量電能，滿足用戶緊急出行需求，但其對電網沖擊較大，設備成本與維護難度也相對較高；交流慢充樁功率多在 7kW - 22kW 范圍內，充電過程較為平緩，雖耗時較長，但對電池損傷小，設備成本低，適合夜間或長時間停放充電場景。

3.4 系統集成與能量管理策略

光儲充電站作為一個復雜的綜合能源系統，其各組件（光伏、儲能、充電設施）之間的協同運行原理是實現穩定供電的關鍵。光伏發電系統在白天光照充足時產生電能，該電能一方面可直接供給充電設施，為電動汽車充電；另一方面，當光伏發電量超出充電需求時，多余電能存儲至儲能系統中。而在夜間或光照不足、光伏發電量匱乏之際，儲能系統則釋放存儲的電能，以保障充電設施的持續運行，滿足電動汽車的充電需求。此外，儲能系統還能依據電網負荷情況、電價波動以及系統內部功率平衡需求，靈活調整充放電策略，有效平抑光伏發電的間歇性與波動性，優化電能質量，降低對電網的沖擊，提升能源利用效率，削減運營成本。

在光儲充電站的能量管理與控制系統架構層面，當前主要存在集中式控制架構與分散式控制架構兩種模式。集中式控制架構依托于一個功能強大的中央控制器，它如同系統的“大腦"，收集光伏發電系統、儲能系統、充電設施以及電網等各個環節的實時數據信息，諸如功率、電壓、電流、荷電狀態（SOC）等。基于這些海量信息，運用預設的優化算法與控制策略，中央控制器對各組件進行統一調度與精細控制，下達的指令，以實現系統整體的運行狀態。這種架構的優勢在于能夠從全局視角統籌規劃，易于達成系統級的優化目標，確保各組件協調一致工作。然而，其弊端也較為顯著，一方面，對中央控制器的性能要求，一旦該控制器出現故障，整個系統將陷入癱瘓，可靠性面臨嚴峻挑戰；另一方面，系統的擴展性較差，當充電站規模擴大或新增組件時，中央控制器的軟硬件升級改造復雜繁瑣，成本高昂。

與之相對的分散式控制架構，則是將控制功能分散至多個分布式控制器，這些控制器分別負責管理光伏發電單元、儲能單元、充電樁群等局部子系統。各分布式控制器依據本地采集的數據信息，按照預設的本地控制策略，自主決策并執行對所屬子系統的控制操作，同時與相鄰控制器進行信息交互，協同應對局部的功率平衡、電壓調節等問題。分散式控制架構的突出優點是可靠性高，即便某個分布式控制器發生故障，其他控制器仍能維持對應子系統的基本運行，不至于使整個系統崩潰；系統的擴展性良好，便于新增設備的接入與管控，能靈活適應充電站規模的動態變化。但缺點在于，由于各控制器獨立決策，可能會出現局部而全局非的情況，系統級的協調難度相對較大，對控制器之間的通信要求頗高，通信延遲或故障可能影響整體協同效果。

4安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統解決方案

4.1概述

安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統具有完善的儲能監控與管理功能，涵蓋了儲能系統設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息，實現了數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢與分析、可視化監控、報警管理、統計報表等功能。在應用上支持能量調度，具備計劃曲線、削峰填谷、需量控制、備用電源等控制功能。系統對電池組性能進行實時監測及歷史數據分析、根據分析結果采用智能化的分配策略對電池組進行充放電控制，優化了電池性能，提高電池壽命。系統支持Windows操作系統，數據庫采用SQLServer。本系統既可以用于儲能一體柜，也可以用于儲能集裝箱，是專門用于儲能設備管理的一套軟件系統平臺。

4.2適用場合

4.2.1系統可應用于城市、高速公路、工業園區、工商業區、居民區、智能建筑、海島、無電地區可再生能源系統監控和能量管理需求。

4.2.2工商業儲能四大應用場景

1）工廠與商場：工廠與商場用電習慣明顯，安裝儲能以進行削峰填谷、需量管理，能夠降低用電成本，并充當后備電源應急；

2）光儲充電站：光伏自發自用、供給電動車充電站能源，儲能平抑大功率充電站對于電網的沖擊；

3）微電網：微電網具備可并網或離網運行的靈活性，以工業園區微網、海島微網、偏遠地區微網為主，儲能起到平衡發電供應與用電負荷的作用；

4）新型應用場景：工商業儲能進行探索融合發展新場景，已出現在數據中心、5G基站、換電重卡、港口岸電等眾多應用場景。

4.3系統結構

4.4系統功能

4.4.1實時監測

微電網能量管理系統人機界面友好，應能夠以系統一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各回路斷路器、隔離開關等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。其中，各子系統回路電參量主要有：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數、頻率和正向有功電能累計值；狀態參數主要有：開關狀態、斷路器故障脫扣告警等。

系統應可以對分布式電源、儲能系統進行發電管理，使管理人員實時掌握發電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態及發電單元與儲能單元運行功率設置等。

系統應可以對儲能系統進行狀態管理，能夠根據儲能系統的荷電狀態進行及時告警，并支持定期的電池維護。

微電網能量管理系統的監控系統界面包括系統主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統信息進行顯示。

圖2系統主界面

子界面主要包括系統主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統計列表等。

光伏界面

圖3光伏系統界面

本界面用來展示對光伏系統信息，主要包括逆變器直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、并網柜電力監測及發電量統計、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、輻照度/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。

儲能界面

圖4儲能系統界面

本界面主要用來展示本系統的儲能裝機容量、儲能當前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖5儲能系統PCS參數設置界面

本界面主要用來展示對PCS的參數進行設置，包括開關機、運行模式、功率設定以及電壓、電流的限值。

圖6儲能系統BMS參數設置界面

本界面用來展示對BMS的參數進行設置，主要包括電芯電壓、溫度保護限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。

圖7儲能系統PCS電網側數據界面

本界面用來展示對PCS電網側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數等。

圖8儲能系統PCS交流側數據界面

本界面用來展示對PCS交流側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數、溫度值等。同時針對交流側的異常信息進行告警。

圖9儲能系統PCS直流側數據界面

本界面用來展示對PCS直流側數據，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側的異常信息進行告警。

圖10儲能系統PCS狀態界面

本界面用來展示對PCS狀態信息，主要包括通訊狀態、運行狀態、STS運行狀態及STS故障告警等。

圖11儲能電池狀態界面

本界面用來展示對BMS狀態信息，主要包括儲能電池的運行狀態、系統信息、數據信息以及告警信息等，同時展示當前儲能電池的SOC信息。

圖12儲能電池簇運行數據界面

本界面用來展示對電池簇信息，主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當前電芯的電壓、溫度值及所對應的位置。

風電界面

圖13風電系統界面

本界面用來展示對風電系統信息，主要包括逆變控制一體機直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、風速/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。

充電樁界面

圖14充電樁界面

本界面用來展示對充電樁系統信息，主要包括充電樁用電總功率、交直流充電樁的功率、電量、電量費用，變化曲線、各個充電樁的運行數據等。

視頻監控界面

圖15微電網視頻監控界面

本界面主要展示系統所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實現預覽、回放、管理與控制等。

4.4.2發電預測

系統應可以通過歷史發電數據、實測數據、未來天氣預測數據，對分布式發電進行短期、超短期發電功率預測，并展示合格率及誤差分析。根據功率預測可進行人工輸入或者自動生成發電計劃，便于用戶對該系統新能源發電的集中管控。

圖16光伏預測界面

4.4.3策略配置

系統應可以根據發電數據、儲能系統容量、負荷需求及分時電價信息，進行系統運行模式的設置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計劃、需量控制、有序充電、動態擴容等。

圖17策略配置界面

4.4.5運行報表

應能查詢各子系統、回路或設備時間的運行參數，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。

圖18運行報表

4.4.6實時報警

應具有實時報警功能，系統能夠對各子系統中的逆變器、雙向變流器的啟動和關閉等遙信變位，及設備內部的保護動作或事故跳閘時應能發出告警，應能實時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護事件名稱、保護動作時刻；并應能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關人員。

圖19實時告警

4.4.7歷史事件查詢

應能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數、電芯溫度（鋰離子電池）、壓力（液流電池）、光照、風速、氣壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

圖20歷史事件查詢

4.4.8電能質量監測

應可以對整個微電網系統的電能質量包括穩態狀態和暫態狀態進行持續監測，使管理人員實時掌握供電系統電能質量情況，以便及時發現和消除供電不穩定因素。

1）在供電系統主界面上應能實時顯示各電能質量監測點的監測裝置通信狀態、各監測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度和正序/負序/零序電流值；

2）諧波分析功能：系統應能實時顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率、A/B/C三相電流總諧波畸變率、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率、偶次諧波電壓總畸變率、偶次諧波電流總畸變率；應能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率、2-63次諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電流含有率；

3）電壓波動與閃變：系統應能顯示A/B/C三相電壓波動值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值；應能提供A/B/C三相電壓波動曲線、短閃變曲線和長閃變曲線；應能顯示電壓偏差與頻率偏差；

4）功率與電能計量：系統應能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應能顯示三相總有功功率、總無功功率、總視在功率和總功率因素；應能提供有功負荷曲線，包括日有功負荷曲線（折線型）和年有功負荷曲線（折線型）；

5）電壓暫態監測：在電能質量暫態事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發生時，系統應能產生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關人員；系統應能查看相應暫態事件發生前后的波形。

6）電能質量數據統計：系統應能顯示1min統計整2h存儲的統計數據，包括均值、、95%概率值、方均根值。

7）事件記錄查看功能：事件記錄應包含事件名稱、狀態（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續時間、事件發生的時間。

圖21微電網系統電能質量界面

4.4.9遙控功能

應可以對整個微電網系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。系統維護人員可以通過管理系統的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預置、遙控返校、遙控執行的操作順序，可以及時執行調度系統或站內相應的操作命令。

圖22遙控功能

4.4.10曲線查詢

應可在曲線查詢界面，可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

圖23曲線查詢

4.4.11統計報表

具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節點的用電情況，即該節點進線用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。對微電網與外部系統間電能量交換進行統計分析；對系統運行的節能、收益等分析；具備對微電網供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數等分析；具備對并網型微電網的并網點進行電能質量分析。

圖24統計報表

4.4.12網絡拓撲圖

系統支持實時監視接入系統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通信狀態，發生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

圖25微電網系統拓撲界面

本界面主要展示微電網系統拓撲，包括系統的組成內容、電網連接方式、斷路器、表計等信息。

4.4.13通信管理

可以對整個微電網系統范圍內的設備通信情況進行管理、控制、數據的實時監測。系統維護人員可以通過管理系統的主程序右鍵打開通信管理程序，然后選擇通信控制啟動所有端口或某個端口，快速查看某設備的通信和數據情況。通信應支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

圖26通信管理

4.4.14用戶權限管理

應具備設置用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控操作，運行參數修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

圖27用戶權限

4.4.15故障錄波

應可以在系統發生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各相關電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力系統安全運行水平有著重要作用。其中故障錄波共可記錄16條，每條錄波可觸發6段錄波，每次錄波可記錄故障前8個周波、故障后4個周波波形，總錄波時間共計46s。每個采樣點錄波至少包含12個模擬量、10個開關量波形。

圖28故障錄波 

4.4.16事故追憶

可以自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時掃描數據，包括開關位置、保護動作狀態、遙測量等，形成事故分析的數據基礎。

用戶可自定義事故追憶的啟動事件，當每個事件發生時，存儲事故q10個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關點數據。啟動事件和監視的數據點可由用戶和隨意修改。

圖29事故追憶

4.5系統硬件配置清單

5結論與展望

在調度方法層面，基于多源數據融合的預測模型，有機整合氣象、電網負荷及歷史充電數據，顯著提升對光伏發電、儲能系統及充電需求的預測精度，為調度奠定堅實基石。考慮多目標優化的調度策略，將運營成本、供電穩定性與儲能系統壽命納入統一框架，在保障供電可靠性的同時，大幅削減運營成本，有效延長儲能系統壽命，實現系統綜合性能的飛躍。實時動態調度的自適應算法，憑借反饋機制，能在光照、充電需求與電網工況瞬息萬變時，迅速靈活調整調度方案，確保充電站平穩運行。應對緊急情況的備用調度方案，為電網故障、自然災害等狀況提供堅實保障，優先滿足關鍵負荷供電，維護系統安全。

于調度裝置硬件實現方面，數據采集與監測模塊傳感器與先進通信設備，構建嚴密數據采集網絡，實時獲取系統運行數據，為后續決策筑牢根基。儲能系統接口與管理電路憑借高精度BMS實時監測電池狀態，配合優化充放電電路與多重保護機制，有力保障儲能系統安全運行，顯著降低電池容量衰減率。人機交互與通信接口通過高分辨率觸摸屏、便捷操作按鈕、智能指示燈及多協議通信模塊，實現運維便捷化與多方深度聯動，提升系統智能化水平。