试析多模式融合的光储充电站储能系统优化运行策略

陈海

身份证号码：622301198504018535

摘要：储能系统有着双向的变功率之下电能传输基本特性，属于光储充电站当中最具灵活性能量控制的一个单元。为确保该系统可始终维持经济可靠的运行状态，本文主要探讨多模式融合之下光储充电站整个储能系统的优化运行实施策略，旨在为业内相关人士提供参考。

关键词：充电站；光储；储能系统；多模式融合；优化运行；实施策略

前言：

对于光储充电站，确保它的整个储能系统维持可靠性、经济性的运行状态，对光储充电站提高自身综合效益而言有着突出意义。因而，针对模式融合之下光储充电站整个储能系统的优化运行实施策略开展综合分析较为必要。

1、关于光储储能电站总体结构的概述

光储储能电站当中，以光伏、储能这两部分电池组为主。光伏电池组借助DC/AC逆变器连接到交流母线，当成是光储充电站内部重要的一个电力源；而储能电池组，经由DC/AC储能变流器和交流母线连接，对交流母线当中不平衡性的功率起到平抑作用[1]。

2、模式融合之下光储充电站整个储能系统的优化运行实施策略

2.1在多模式下融合设计方面

根据数据的流向，设计系统分为五层架构：数据感知层：主要通过传感器（智能表计）等获取各回路的电耗及其相关能源参数、光伏发电、储能、用电量等能源信息；数据传输层：主要把能源数据转换成TCP/IP协议格式上传至本地监控服务器；本地监控层：收集到现场实时数据后，在实时数据库中实时计算和分析，可对异常数据产生报警信息，可根据控制策略发出控制指令，并能向本地SCADA推送数据，也向综合服务平台推送数据；数据服务层[2]：数据存储层主要负责对能源数据进行汇总、统计、分析、处理和存储；数据表现层：主要对存储层中的能源数据进行展示和发布，包括桌面浏览器和移动计算APP等。

2.2在系统优化总体运行流程方面

光储系统模式：

本项目属于并离网微网，需要光伏、储能、电网一起联合带载。

并网运行模式

储能系统运行在PQ模式：

1）当光伏系统发电大于负载时：

光伏系统运行在MPPT模式，光伏一部分电量给负载供电，多余电量给自动存储在电池中；如果电池已充满电，剩余光伏电能直接上网售电给电网。

2）当光伏系统发电小于负载时：

白天，光伏系统依然运行在MPPT模式，由电网和光伏共同带载；夜间，由储能系统和电网共同带载，储能系统放完电后，由电网带载供电。凌晨6:00时如果有剩余超10%SOC的电能，储能直接放电售电给电网。

离网运行模式

当市电停电，由光伏和储能共同带载：

1）当光伏系统发电大于负载时：

光伏一部分电量给负载供电，多余电量给自动存储在电池中；如果电池已充满电，EMS控制光伏逆变器降低出力。

2）当光伏系统发电小于负载时：

由储能系统和光伏系统共同带载，如果此时储能电池电量不足，则系统停止运行。

通讯异常模式

当一体化电源内PCS与BMS通信中断时，将根据通信异常冗余条件判定是否停机。当PCS与EMS通信中断时，并网模式下，PCS应立即保护停机；离网模式下，储能保持运行。

光储充电站总体运行期间，能量管理转型系统读取光伏的出力序列，PPV=[PPV（1）PPV（2）……]、充电负荷相应序列PeV=[PePV（1）PeV（2）……]为输入量，并结合图1所显示多模式的融合之下储能系统总体优化运行基础模型，把光储充电站整个储能系统的充发电实际功率序列Pbess=[Pbess（1）Pbess（2）……]当成是输出量，以此获取多模式的融合之下储能系统总体优化运行实施方案，详见表1。

图1（a）多模式的融合之下储能系统总体优化运行基础模型

图2（b）多模式的融合之下储能系统总体优化运行基础模型

表1储能系统总体多模式的融合实施策略

2.3在仿真分析方面

其一，针对能量平衡方面。不同的运行模式之下，该储能系统当中充放电总体功率曲线，详见如图3当中的a)。为对储能系统当中能量平衡总体效果实施验证，结合各时刻之下储能系统当中充放电实际功率值，对储能系统当中各时刻之下净能量值实施计算，获取图3的b a)所显示储能系统当中净能量总体变化曲线。实施计算分析后，分时电价这种模式和运行策略之下，储能系统处于末端时刻之下净能量值基本为零，储能系统24h内充放电的总体能量可实现自平衡，但处于分时电价这种模式之下，因充放电实际持续时间相对较长，电池运行对容量需求较大，总体成本较高；处于功率平滑及负荷整形两种模式之下，该储能系统在末端时刻中分别达到净能量值是0.05kW·h、-12.15 kW·h,有能量差存在，储能系统当中充放电量极易有不均衡现象产生，无法满足于储能系统总体可靠性方面的运行需求；其二，针对并网功率总体调节方面。不同的运行模式之下光储充电站总体并网的负荷曲线详见图4。针对负荷总体波动率、变化范围、总体购电成本，则详见表2。计算电价选取当地分时电价最新政策，如峰时段、平时段的电价分别是1.074元/(kW·h)、0.671元/(kW·h),且谷电价达到0.316元/(kW·h)。从该表中数据便可了解到，功率平滑这种模式之下，光储充电站总体负荷的波动率明显下降。但负荷变化整个范围内有小于零的一个区间存在，有向着电网倒送部分电能情况存在；负荷整形这一模式下，光储充电站总体负荷变化被限制到1.5~112.5kW内，但负荷的波动总率并未得到改善

[3]；处于分时电价这一模式下，24h的总体购电成本约881.23元，与无储能这一状态比较起来下降低9.36%,负荷的波动率变大，负荷变化总体范围未得以改善；此次提出的策略兼具着功率平滑及负荷整形这两种模式之下调节效果，光储充电站总体并网负荷的曲线基本趋于稳定平滑状态，负荷波动对于电网运行造成不利影响得以降低，变压器总体寿命损耗得以降低；光储充电站处于24h总体购电成本约965.48元，确保光储充电站总体运行更具经济性。

图3不同的运行模式之下储能系统总体运行曲线情况

图4不同的运行模式之下储能系统总体并网负荷的实际曲线情况

表2不同的运行策略之下光储充电站总体运行指标情况

2.4在实验验证方面

为验证分析此次所提出策略总体可行性，选取某日08:30~次日08:30采样数据，采样间隔约10min。先借助各时刻之下光伏出力及充电负荷各项数据，并与光储充电站整个并网负荷基础优化模型结合，对此电站处于各时刻之下目标并网总体功率实施计算。结合功率平衡实际关系，把它转化成储能系统当中拟充放电的相应功率数据，对储能运行基础约束条件实施校验及修正处理，获取储能系统当中充放电总体功率相应给定值，获取图5所显示曲线。储能系统当中交流侧总体功率可以有效跟踪它的功率实际给定数值，经此次有效验证可确定所提出的优化实施策略有良好的可行性。

图5储能系统处于24 h内充放电最终实验曲线图

3、结语

综上所述，多模式融合之下光储充电站整个储能系统的优化运行实施策略之下，储能系统24h内充放电的总体能量可实现自平衡，负荷波动对于电网运行造成不利影响得以降低，变压器总体寿命损耗得以降低；光储充电站处于24h总体购电成本可明显降低，光储充电站总体运行更具经济性。

参考文献：

[1]桂强，史一炜，周云，冯冬涵.考虑储能动态运行特性的充电站光储容量优化配置模型[J].电力建设,2021,042(005):90-99.

[2]郭洋,吴峰,许庆强,等.风-光-储系统在不同运营模式下的最优容量配置策略及考虑网损补贴的经济性分析[J].智慧电力,2019(8):26

-33.

[3]付张杰，王育飞，薛花，张宇，时珊珊，方陈.基于NSGA-Ⅲ与模糊聚类的光储式充电站储能系统优化运行方法[J].电力建设,2021,0

42(003):27-34.