光伏储能发电运维系统及能量管理策略研究

安科瑞徐赟杰18706165067

摘要：本研究旨在探讨光伏储能发电系统的性能优化和能量管理策略的发展。随着可再生能源的需求不断增加，光伏储能系统作为一种具有巨大潜力的能源解决方案备受瞩目。然而，有效的能量管理策略是实现光伏储能系统能效运行的关键。本文通过综合性的实验和模拟研究，深入分析了不同能量管理策略的性能，并评估了它们对系统效率和环境可持续性的影响。

关键词：光伏储能系统；太阳能发电；能量管理策略；储能技术；预测性能分析

1.光伏储能系统的基础

1.1光伏发电技术概述

光伏发电技术是一种将太阳辐射能转化为电能的过程。它基于光伏效应，这是一种物理现象，根据这一现象，某些材料*受到光照射时会产生电流。光伏电池通常由半导体材料制成，*常见的是硅。当光子（太阳光）碰撞到光伏电池的半导体表面时，它们激发了电子，使其从材料中释放出来，从而形成电流。这产生的直流电流可以被用来为电网供电或储存*电池中以备将来使用。

1.2储能技术介绍

储能技术是光伏储能系统的关键组成部分，它允许将通过光伏发电产生的电能储存*电池或其他储能设备中，以便*晚上或云天等不可控的时段供电。常见的储能技术包括：

锂离子电池：这是目前*常用的储能技术之一，用于存储电能，供应家庭、工业和商业用途。

铅酸电池：被广泛应用于低成本和短期应用中。超级电容器：具有高速充放电能力，通常用于瞬态储能需求。

氢能源储能：通过将电能用于制氢，将氢储存*燃料电池中，以供电时重新产生电能。

热能储能：利用热能储存原理，例如蓄热式太阳能电站。

1.3光伏储能系统的工作原理

光伏发电：光伏电池*阳光照射下产生直流电。这一过程是系统的电力输入。

电能转换：直流电经过逆变器转换为交流电，以便*电网中使用或供给交流设备。

电能储存：剩余的电能可以储存*电池或其他储能设备中，以备将来使用。这是系统的能量存储部分。

能量管理：系统的能量管理控制器监控能源需求、电池状态和其他参数，并根据需要分配电能。它确保*不可预测的太阳能供应条件下，系统能够提供连续可靠的电力供应。

电网互连：如果系统与电网互连，多余的电能可以卖给电网，从而实现双向电流。这有助于提高系统的经济性和可持续性

2.能量管理策略

2.1能量管理策略的定义和重要性

能量管理策略是指*能源系统中有效地控制和分配电能的一套方法和规划。它的目的是*大程度地提高能源系统的效率、可靠性和可持续性。能量管理策略*光伏发电和储能系统中尤为重要，因为这些系统受到日照变化等不可控因素的影响，需要精确的控制和协调，以确保可靠供电、*大限度地减少浪费并实现经济效益。

2.2基于光伏发电和储能的典型能量管理策略

优先选择光伏发电以满足负载需求，这就少了向电网购买电能的必要。余下的电力，可以储存起来以备不时之需。此外，精细管理充电和放电电流，这关乎电池的使用寿命和效率，可能用到如深度循环充电和浮动充电等策略。储能系统同样可以作为备用电源，应对电网故障或断电情况。当电网出现问题，系统自动转为储能供电。缩减高峰时段的负载需求，比方说通过调节照明、制冷和供暖系统来节约能耗。如果条件允许，把剩余电力卖回电网也是获得经济利益的方法。这需要合适的电网互连安装和政策支持。

2.3基于实时数据和预测的能量管理方法

能源系统通过实时监控各个组件的状态和性能，以及负载需求，可以更好地协调能量的生产和分配。其次，使用气象数据和太阳辐射模型，可以预测太阳能发电的预期产量。这有助于系统决策，如何*佳地分配电能。同时，基于历史数据和负载需求的模型，可以预测未来几小时或几天内的负载需求。这有助于系统规划，以满足未来需求。最后，通过分析组件的性能数据，可以预测何时需要维护光伏电池和储能系统，以确保其长期性能和可靠性。能量管理策略是确保光伏发电和储能系统*效运行的关键。它结合了实时数据监控和预测技术，以优化能源的生产、储存和分配，提高系统的经济性和可持续性。这些策略*未来的能源系统中将发挥越来越重要的作用，特别是*面临能源可持续性和可再生能源集成的挑战时。

3.系统概述

3.1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先进经验，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*安全稳定的基础上以经济优化运行为目标，提升可再生能源应用，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*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。

3.2技术标准

本方案遵循的国家标准有：

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第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第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第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第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远动设备及系统第5-101部分:传输规约基本远动任务配套标准

DL/T634.5104远动设备及系统第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微电网第1部分：微电网规划设计导则

NB/T10149-2019微电网第2部分：微电网运行导则

3.3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。

3.4型号说明

4.系统配置

本平台采用分层分布式结构进行设计，即站控层、网络层和设备层，详细拓扑结构如下：联系热线：172-6975-8633

6.系统功能

6.1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。

6.1.1光伏界面

6.1.2储能界面

6.1.3风电界面

6.1.4充电桩界面

6.1.5视频监控界面

7.硬件及其配套产品 联系热线：172-6975-8633

8.结语

光伏发电站具有能量波动大、发电间歇性和随机性的特点，因此*发电并网环节存*较多的风险。为了提高光伏电站并网平稳性和可靠性，采用蓄电池和电容器相结合的方式更好地发挥出混合储能系统*能量管理中的协同优势，对于优化蓄电池充放电，延长电池使用寿命创建了积*条件。基于低通滤波原理对混合储能系统设计协调控制策略，便于更好地保护储能设备，实现平稳充放电目标。

审核编辑 黄宇