企業(yè)光儲(chǔ)微網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與價(jià)值分析

昌鋒

摘 要：文章設(shè)計(jì)一款企業(yè)光伏儲(chǔ)能微網(wǎng)系統(tǒng)，包含100 kW/400 kWh儲(chǔ)能，100 kW分布式光伏;具體采用400 kWh鋰電池、100 k雙向變流器、100 kW光伏逆變器、EMS能量管理系統(tǒng)，以及防逆流檢測(cè)設(shè)備等。光儲(chǔ)微網(wǎng)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)谷電峰用、削峰填谷、需求響應(yīng)、應(yīng)急電源和提供綠色電源的功能，為企業(yè)產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能;光伏發(fā)電;谷電峰用;需求響應(yīng)

0 ? 引言

在用電的高峰時(shí)段電力較為緊張，特別是迎峰度夏階段，電網(wǎng)往往承受臨界的高負(fù)荷運(yùn)行。工業(yè)用電占據(jù)整個(gè)電網(wǎng)用電的絕大部分，如果在企業(yè)里配置光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，合理設(shè)計(jì)運(yùn)行方案，采用谷電峰用、削峰填谷、需求響應(yīng)的方式，就可以緩解電網(wǎng)在高峰用電時(shí)段壓力，還可以為企業(yè)節(jié)省用電的費(fèi)用，達(dá)到有序用電、科學(xué)用電、節(jié)約用電的目的。針對(duì)這一目的，文章設(shè)計(jì)一個(gè)光儲(chǔ)項(xiàng)目方案，即一個(gè)容量為? ? ? ? 100 kW/400 kWh的儲(chǔ)能，100 kW分布式光伏的系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠兼顧電池、光伏、負(fù)載、電網(wǎng)之間的充放電特性，電量上能夠完成谷電峰用，功率上能夠?qū)崿F(xiàn)削峰填谷，優(yōu)先消納光伏電能的作用。

1 ? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)電池總?cè)萘繛?00 kWh，整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)布局在集裝箱內(nèi)，包括1臺(tái)100 kW儲(chǔ)能變流器（PCS）、1臺(tái)光伏逆變器、2臺(tái)電池存放柜、智能配電柜1臺(tái)、EMS能量管理系統(tǒng)（EMS）和電池管理系統(tǒng)（BMS）等相關(guān)輔助系統(tǒng)，? ? ? ? 100 kW光伏發(fā)電系統(tǒng)接入儲(chǔ)能系統(tǒng)。組件安裝在廠房屋頂，如圖1所示。

光儲(chǔ)微網(wǎng)系統(tǒng)分為光儲(chǔ)微網(wǎng)系統(tǒng)和電網(wǎng)側(cè)供配電系統(tǒng)兩部分，兩者之間采用智能開(kāi)關(guān)連接，通過(guò)能量管理系統(tǒng)EMS控制可實(shí)現(xiàn)并離網(wǎng)自動(dòng)投切與分?jǐn)喙δ?。整個(gè)光儲(chǔ)系統(tǒng)為獨(dú)立系統(tǒng)。雙向變流器直流側(cè)與蓄電池連接，交流側(cè)與微網(wǎng)母線連接，可實(shí)現(xiàn)交直流雙向變換，實(shí)現(xiàn)電能的釋放和存儲(chǔ)的功能;光伏逆變器直流側(cè)與光伏組件相連，交流側(cè)與微網(wǎng)母線連接，可實(shí)現(xiàn)交流并網(wǎng)功能;同時(shí)企業(yè)重要負(fù)載與微網(wǎng)連接，由微網(wǎng)給重要負(fù)載供電，在電網(wǎng)停電的情況下，可由微網(wǎng)不間斷地供電;非重要負(fù)載接入網(wǎng)側(cè)配電系統(tǒng)[1]。

1.2? 電氣設(shè)計(jì)

1.2.1 儲(chǔ)能系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)

儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)容量為400 kWh/100 kW，由30個(gè)電池包串聯(lián)成一個(gè)電池簇，兩個(gè)電池簇并聯(lián)組成儲(chǔ)能設(shè)備;兩個(gè)50 kW雙向變流器模塊組成一臺(tái)PCS，其直流側(cè)與儲(chǔ)能電池連接，交流側(cè)與變壓器連接;經(jīng)變壓器隔離變壓后接微網(wǎng)母線[2]。

1.2.2? 光伏系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)

100 kW分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，每個(gè)組件功率305 W， 19塊組件串聯(lián)成1組，9組并聯(lián)接入一臺(tái)匯流箱，形成一個(gè)陣列，共由兩個(gè)相同陣列組成。兩個(gè)匯流箱匯流后接入逆變器直流側(cè)，逆變器將光伏直流電能逆變成可并網(wǎng)的交流電接入微網(wǎng)母線。

1.3? 能量管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

能量管理系統(tǒng)EMS是整個(gè)系統(tǒng)控制的中心，EMS與系統(tǒng)各組成部分通過(guò)485通信，實(shí)時(shí)和定時(shí)采集各組成部分的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)信息，發(fā)送指令控制微網(wǎng)系統(tǒng)4個(gè)模式正常運(yùn)行。EMS與防逆流設(shè)備通信，保證儲(chǔ)能電能不逆流上網(wǎng);EMS采集BMS的電池運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)信息，用于控制電池科學(xué)運(yùn)行和監(jiān)控電池狀態(tài)是否正常;采集PCS運(yùn)行信息，發(fā)送指令控制PCS雙向變流的功率和啟停時(shí)間;同時(shí)采集PCS狀態(tài)信息，用于監(jiān)控PCS的正常運(yùn)行;光伏在并離網(wǎng)狀態(tài)均可發(fā)電，優(yōu)先使用光伏。能量管理系統(tǒng)包含如下幾個(gè)子單元。

1.3.1? 電池管理系統(tǒng)BMS單元

BMS采集電池組信息，監(jiān)控各電芯的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)電池信息全面管理，可實(shí)現(xiàn)在線SOC診斷、無(wú)損主動(dòng)均衡充電管理、系統(tǒng)保護(hù)功能、熱管理功能、自我故障診斷與容錯(cuò)技術(shù)以及負(fù)荷聯(lián)動(dòng)控制及優(yōu)化等，實(shí)時(shí)與EMS通信。

1.3.2? 防逆流單元

防逆流設(shè)備安裝在網(wǎng)側(cè)低壓總線，用于監(jiān)控總線功率大小和方向，能量管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集防逆流設(shè)備信息，EMS實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)PCS輸出功率，防止儲(chǔ)能電能逆流上網(wǎng)。

1.3.3? 大數(shù)據(jù)平臺(tái)單元

大數(shù)據(jù)平臺(tái)單元是基于網(wǎng)絡(luò)建立的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，可支持網(wǎng)頁(yè)端、手機(jī)APP隨時(shí)隨地查看微網(wǎng)運(yùn)行信息。

2 系統(tǒng)運(yùn)行方案

光儲(chǔ)微網(wǎng)系統(tǒng)由儲(chǔ)能單元、光伏發(fā)電單元、智能投切單元和EMS能源管理系統(tǒng)單元等組成。光儲(chǔ)微網(wǎng)系統(tǒng)與電網(wǎng)側(cè)采用由智能開(kāi)關(guān)唯一連接，可實(shí)現(xiàn)秒級(jí)自動(dòng)并網(wǎng)離網(wǎng)功能[3]，交流系統(tǒng)在380 V電壓等級(jí)運(yùn)行，4種運(yùn)行模式如下。

2.1 并網(wǎng)運(yùn)行模式

并網(wǎng)運(yùn)行模式是最常用的日常運(yùn)行模式，儲(chǔ)能系統(tǒng)與電網(wǎng)的公共連接點(diǎn)智能投切，系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)載可由儲(chǔ)能、光伏、電網(wǎng)共同提供，可以實(shí)時(shí)根據(jù)需求調(diào)節(jié)儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸入、輸出電能功率;儲(chǔ)能系統(tǒng)高峰時(shí)段放電，低谷時(shí)段充電運(yùn)行模式;當(dāng)光伏發(fā)電時(shí)段，優(yōu)先消納光伏，余電可上網(wǎng);在并網(wǎng)運(yùn)行模式下，還可以實(shí)現(xiàn)需求響應(yīng)、削峰填谷等功能。

2.2? 并離網(wǎng)切換模式

在電網(wǎng)斷電或者故障的情況下，通過(guò)智能開(kāi)關(guān)自動(dòng)斷開(kāi)光儲(chǔ)微網(wǎng)與電網(wǎng)的連接，光儲(chǔ)微網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)秒級(jí)從并網(wǎng)運(yùn)行模式轉(zhuǎn)變?yōu)殡x網(wǎng)運(yùn)行模式，保證微網(wǎng)側(cè)重要負(fù)荷不間斷供電。

2.3? 離網(wǎng)運(yùn)行模式

電網(wǎng)停電時(shí)，微網(wǎng)系統(tǒng)與電網(wǎng)公共連接點(diǎn)自動(dòng)斷開(kāi)，此時(shí)EMS發(fā)指令，控制儲(chǔ)能系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)離網(wǎng)運(yùn)行模式，儲(chǔ)能系統(tǒng)向重要負(fù)載供電;光伏以微網(wǎng)為背景發(fā)電，向微網(wǎng)提供電能;EMS控制儲(chǔ)能和光伏，實(shí)現(xiàn)功率自動(dòng)匹配，保證運(yùn)行穩(wěn)定的前提下優(yōu)先使用光伏。離網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)可實(shí)現(xiàn)備用電源的目的。

2.4? 離并網(wǎng)切換模式

電網(wǎng)側(cè)斷電后，微網(wǎng)在離網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到市電正常后，光儲(chǔ)微網(wǎng)系統(tǒng)從離網(wǎng)狀態(tài)平滑切換至并網(wǎng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行。

3 ? 光儲(chǔ)微網(wǎng)系統(tǒng)價(jià)值分析

利用峰谷電價(jià)差，在谷時(shí)充電、峰時(shí)放電的方法幫助企業(yè)節(jié)約用電成本，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益[4];還可以降低變壓器總功率，減少或延緩增容的電力投資成本;光儲(chǔ)微網(wǎng)系統(tǒng)可以提高單一光伏等不穩(wěn)定電能供應(yīng)的穩(wěn)定度，同時(shí)離網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)還提高企業(yè)自發(fā)自用率，帶來(lái)更大的收益;光儲(chǔ)微網(wǎng)系統(tǒng)還可以充當(dāng)備用電源，減少企業(yè)因停電帶來(lái)的損失;有效降低企業(yè)使用電網(wǎng)的月最大負(fù)荷，提高低谷時(shí)段負(fù)荷平均值，使負(fù)荷曲線趨于平緩，最大負(fù)荷降低可以有效降低企業(yè)基本需量電費(fèi);同時(shí)還可以提高電能質(zhì)量、參與政府部門(mén)的需求側(cè)響應(yīng)等多重價(jià)值作用。

以100 kW/400 kWh儲(chǔ)能、100 kW光伏容量微網(wǎng)系統(tǒng)的安徽分時(shí)電價(jià)為例計(jì)算移峰填谷收益，高峰時(shí)段電價(jià)為? ? ?0.907 8元/kWh，低谷時(shí)段電價(jià)為0.359 9元/kWh，峰谷電價(jià)差為0.547 9元/kWh，每月可釋放谷電峰用電能1萬(wàn)kWh，效率以87%計(jì)。以一充兩放模式計(jì)算，保守估計(jì)移峰填谷每年可產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益為：

1×0.54×87%×12=5.6萬(wàn)元。

4 用戶應(yīng)用場(chǎng)景及要求

（1）大工業(yè)變壓器容量為315 kWA以上或一般工商業(yè)用戶，用電負(fù)荷較大，電費(fèi)占成本的10%以上。

（2）企業(yè)發(fā)展前景較好，24小時(shí)連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)或者是兩個(gè)用電高峰時(shí)段連續(xù)生產(chǎn)，以便消納所儲(chǔ)電能。

（3）企業(yè)最好有這幾方面的需求，如移峰填谷、需求響應(yīng)、備用電源、新能源消納、微電網(wǎng)組網(wǎng)及電能質(zhì)量提升、需量電費(fèi)管理等。其中，移峰填谷是目前用戶側(cè)最主要的應(yīng)用模式。

5 結(jié)語(yǔ)

企業(yè)光儲(chǔ)微網(wǎng)系統(tǒng)具有谷電峰用、需求響應(yīng)、備用電源、削峰填谷的功能，可以給企業(yè)帶來(lái)節(jié)省電費(fèi)的經(jīng)濟(jì)效益，還可以降低停電風(fēng)險(xiǎn)，提高電能質(zhì)量等;另外隨著國(guó)家對(duì)電力需求側(cè)管理的要求的提高，光儲(chǔ)系統(tǒng)還可以參加需求響應(yīng)，達(dá)到科學(xué)有序用電的目的。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，企業(yè)光儲(chǔ)微網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越多，為社會(huì)發(fā)揮更大的作用。

[參考文獻(xiàn)]

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（編輯 王永超）