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摘要：本研究旨在优化储能型光伏电站电池容量配置与协调控制，通过分析光伏电站的结构设计、储能单元的容量配置及充放电策略以及电网和负荷单元的设计，构建了光伏储电站可靠性模型。通过对不同类型储能电池的性能参数进行分析和比较，提出了科学合理的容量优化配置方案。此外，研究还探讨了多组混合储能系统的协调控制策略，设计了相应的事件触发函数和调节机制，以实现更的能量管理和提高系统运行的稳定性。研究结果表明，铅酸功率密度电池在当前技术条件下展现出的性能表现，成为光伏储电站容量优化配置的理想选择。同时，优化后的控制策略显着提高了储能型光伏电站的整体性能，为未来类似系统的设计和运营提供了重要的参考依据。
关键词：光伏电站；电池容量优化；协调控制
储能型光伏电站作为解决可再生能源间歇性和不稳定性的有效手段，对提高能源利用率、优化电网运行和推动绿色能源转型具有重要意义。随着光伏技术的发展和成本的降低，光伏发电在全球能源结构中的比重不断上升。然而，光伏发电的波动性和不可预测性给电网稳定运行带来了挑战。因此，如何有效配置储能电池容量并协调控制储能系统与光伏发电成为当前研究的热点问题。国内外学者针对储能型光伏电站进行了大量的研究工作，涉及电池容量配置优化、能量管理策略、经济性分析和稳定性评估等方面。现有研究在一定程度上提高了储能系统的使用效率和经济性，但仍存在一些不足之处。首先，多数研究侧重于特定条件下的系统性能分析，缺乏对不同环境和运行模式下适应性的深入探讨。其次，对于储能与光伏系统协调控制的研究还不够充分，特别是在多组混合储能系统之间的协同作用机制方面。现有的优化模型和控制策略往往忽略了实际应用中的技术限制和成本因素，导致理论成果难以应用于实践。针对现有研究的不足，本文提出了一种新的储能型光伏电站电池容量优化配置与协调控制研究思路。首先，综合考虑光伏发电的不确定性和负荷需求的动态变化，建立一个更为通用的光伏储电站可靠性模型。在此基础上，引入功率渗透率和容量渗透率等关键指标，分析其对光储电站稳定性的影响。进一步，通过对不同类型储能电池的性能参数进行细致比较，提出容量优化配置方案。同时，设计多组混合储能系统的协调控制策略，通过事件触发函数和调节机制实现的能量管理和提升系统稳定性。
在光伏发电单元的设计上，它主要由光伏电池组件以串并联的方式构成。为了优化光伏控制策略，对光伏电池的特性进行深入分析。这涉及到考虑光伏电池在不同环境条件下的性能表现，通过对这些特性的深入理解，可以更地预测和调整光伏发电单元的输出，以匹配储能单元的需求和电网的负载情况储能单元的设计关键在于其容量配置和充放电策略。鉴于光伏发电的间歇性和不确定性，储能单元需要具备足够的容量来存储过剩的能量，并在光伏发电不足时释放能量以满足负荷需求。
对于电网和负荷单元的设计，则需要考虑到与外部电网的交互作用以及内部负荷的动态变化。这意味着系统需要能够根据电网的需求和负荷的实际情况灵活调整其输出，同时保证电网的稳定性和负荷的供电质量。
2.1光伏储电站可靠性模型建立
通过深入研究和数据分析发现光伏渗透率对电力系统稳定性的影响不容忽视，当光伏装机容量超过一定阈值时，区域配电网可能面临无法吸纳其产生的电力的挑战，导致光伏向电网倒送功率的现象加剧。特别是在高渗透率光伏电站并入电网的情况下，这种现象更为显着。一旦净负荷超出系统出力范围，局域电网机组可能会被迫停止运行，从而对电力系统的稳定性构成威胁。
为了应对这一挑战，本研究提出了将光伏渗透率作为评估光伏电站储能配置的关键指标。通过综合考虑光伏装机容量、区域配电网的吸纳能力以及电力系统的稳定性要求，可以合理规划光伏电站的储能配置，以确保在高渗透率情况下电力系统的稳定运行。同时，这也为光伏电站的建设和运营提供了科学依据，有助于实现经济效益与电力系统稳定性的双赢局面。
在构建光伏与储能一体化模型的过程中，本研究将光伏系统和储能装置视为一个整合的单元进行考量。模型构建时特别关注了两个关键指标：功率渗透率（笔笔）和容量渗透率（颁辫）。
功率渗透率定义为分布式光伏发电系统在某一特定时刻所产生的电力与该时刻总负荷之间的比值。若该比值超过100%，则表明在该时刻光伏发电量超出了即时的负荷需求，多余的电能将被输送回电网。
容量渗透率则是评估一个区域内配电网中光伏发电全年累计发电量与全年负荷量之比。此指标反映了光伏系统安装的潜在饱和程度，即光伏发电能力相对于区域电负荷的比例。
在开展光伏渗透率分析及储能配置研究的过程中，这项工作是建立在一系列假设之上的。首先，假定光伏电能在传输过程中不存在损耗。这一假设旨在简化计算过程，使得能量传输效率达到100%。其次，研究忽略了不同光伏变流器制造商之间的差异以及环境变化对光伏系统输出的影响。
在时间尺度上，不涉及光伏出力的瞬态问题，而是以小时作为计量单位来评估光伏输出。此外，配电网模型被简化为单一负荷节点，不考虑馈线间的相互作用。这种简化能够有效地减少模型的复杂性，使得分析和计算更加，同时确保研究结果具有标准化的语言表达。
2.2光伏储电站系统容量优化
通过对光储电站系统的运行功率进行深入研究发现该系统能够满足每小时平均负荷为198.54办奥丑的需求，本文需要配置837办奥的光伏装机容量和2998办奥·丑的储能装机容量。在这种配置下，光伏系统平均每小时发电量为198.78办奥丑，足以满足配电网的负荷需求。
在实际操作中，由于季度变化导致光伏发电量与负荷电量之间存在差异，因此有必要进行光伏渗透率分析以优化光储电站的配置。根据全年渗透率曲线，在晴朗天气状况下，光伏在满足配电网负荷用电的同时，还会向电网倒送能量。此外，四季的光伏渗透率基本上都略高于典型曲线下计算的光伏渗透率，这表明实际运行中的光伏电站性能优于预期，但同时也凸显出对储能系统的依赖性以及在不同季节中对能量管理策略进行调整的需求。
通过对这些不同类型储能电池的性能参数进行分析和比较可以更好地了解它们在不同应用场景下的表现，并据此进行科学合理的容量优化配置。综合考量各种电池的能量密度、循环寿命、成本以及环境影响等因素，研究发现铅酸功率密度电池在当前的技术条件下展现出的性能表现。这种电池不仅在功率输出方面具有优势，而且在经济性和成熟度上也较为突出，使其成为光伏储电站容量优化配置的理想选择。
在储能型光伏电站电池容量优化配置与协调控制研究中，多组混合储能系统的协调控制策略是核心内容之一。由于单个储能单元的容量和电力电子变换器的限制，单组混合储能往往无法满足较大的能量调控需求。因此，通过多组混合储能的共同参与和协调控制来实现更的能量管理。
为了实现这一目标，本文首先设计了一个多混合储能协调事件触发函数。这个函数的主要目的是合理地分配不同混合储能单元的充放电功率，以确保系统的整体性能达到状态。在设计过程中采用了下垂控制原理，通过这种原理可以计算出多组混合储能系统的输出电压参考值以及输出电流。本文引入平均电压观测器的概念，通过观测器可以实时监测各个储能单元的电压变化情况，并根据这些信息来调整输出电压参考值。此外，本文还采用了比例电流调节机制。这种机制可以根据实际电流的变化情况来调整输出电压参考值，使得输出电压更接近额定值。
在这种复杂的运行模式下，多组混合储能系统会处于不断的动态变化之中，这就需要上层控制器进行周期性调节，以确保整个系统的协调与稳定。为了降低上层控制器的通信负担，提高系统的运行效率，建立了相应的混合储能调节触发事件函数。这一函数的设计旨在减少不必要的调节操作，通过智能判断系统状态，仅在必要时触发调节指令。这不仅优化了通信资源的使用，还提升了系统的整体响应速度和可靠性。
相比传统的控制方法，该策略在多个方面表现出了显着的优势。首先，它有效地减少了系统在动态和稳态时的功率波动，提高了电能质量。其次，由于该策略能够优化储能单元的工作状态，使得多组混合储能协调控制的触发次数减少，进而延长了设备的使用寿命并降低了维护成本。
此外，通过减少不必要的频繁充放电循环，该策略还提高了系统的整体效率和可靠性。最终，这些改进使得整个系统的运行更加稳定，能够更好地应对各种复杂的工况和负载需求，为用户提供更加的电力服务。
4.1安科瑞智慧能源管理平台
AcrelEMS 智慧能源管理平台是针对公司微电网的能效管理平台，对公司微电网分布式电源、市政电源、储能系统、充电设施以及各类交直流负荷的运行状态实时监视、智能预测、动态调配，优化策略，诊断告警，可调度源荷有序互动、能源全景分析，满足公司微电网能效管理数字化、安全分析智能化、调整控制动态化、全景分析可视化的需求，完成不同策略下光储充资源之间的灵活互动与经济运行，为用户降低能源成本，提高微电网运行效率。AcrelEMS 智慧能源管理平台可以接受虚拟电厂的调度指令和需求响应，是虚拟电厂平台的公司级子系统。
图1 AcrelEMS 智慧能源管理平台主界面
4.2平台结构
系统覆盖公司微电网“源-网-荷-储-充"各环节，通过智能网关采集测控装置、光伏、储能、充电桩、常规负荷数据，根据负荷变化和电网调度进行优化控制，促进新能源消纳的同时降低对电网的至大需量，使之运行安全。
图2 AcrelEMS 智慧能源管理平台结构
4.3平台功能
4.3.1.能源数字化展示
通过展示大屏实时显示市电、光伏、风电、储能、充电桩以及其它负荷数据，快速了解能源运行情况。
4.3.2.优化控制
直观显示能源生产及流向，包括市电、光伏、储能充电及消耗过程，通过优化控制储能和可控负载提升新能源消纳，削峰填谷，平滑系统出力，并显示优化前和优化后能源曲线对比等。
4.3.3.智能预测
结合气象数据，历史数据对光伏、风力发电功率和负荷功率进行预测，并与实际功率进行对比分析，通过储能系统和负荷控制实现优化调度，降低需量和用电成本。
4.3.4.能耗分析
采集公司电、水、天然气、冷/热量等各种能源介质消耗量，进行同环比比较，显示能源流向，能耗对标，并折算标煤或碳排放等。
4.3.5.有序充电
系统支持接入交直流充电桩，并根据公司负荷和变压器容量，并和变压器负荷率进行联动控制，引导用户有序充电，保障公司微电网运行安全。
4.3.6.运维巡检
系统支持任务管理、巡检/缺陷/消警/抢修记录以及通知工单管理，并通过北斗定位跟踪运维人员轨迹，实现运维流程闭环管理。
4.4设备选型
除了智慧能源管理平台外，还具备现场传感器、智能网关等设备，组成了完整的“云-边-端"能源数字化体系，具体包括高低压配电综合保护和监测产物、电能质量在线监测装置、电能质量治理、照明控制、充电桩、电气消防类解决方案等，可以为虚拟电厂公司级的能源管理系统提供一站式服务能力。
名称 | 图片 | 型号 | 功能 | 应用 |
中高压微机保护装置 |
| 础惭6、础惭5厂贰 | 实现110办痴至10办痴回路的保护、测量和自动控制功能 | 110办痴、10办痴回路断路器 |
电能质量在线监测装置 |
| APView500 | 集谐波分析/波形采样/电压闪变监测/电压不平衡度监测等稳态监测、电压暂降/暂升/短时中断等暂态监测、事件记录、测量控制等功能为一体，满足级电能质量评估标准，能够满足110办痴及以下供电系统电能质量监测的要求。 | 110办痴、35办痴、10办痴、0.4办痴 |
防孤岛保护装置 |
| AM5SE-IS | 防止分布式电源并网发电系统非计划持续孤岛运行的继电保护措施，防止电网出现孤岛效应。装置具有低电压保护、过电压保护、高频保护、低频保护、逆功率保护、检同期、有压合闸等保护功能。 | 110办痴、35办痴、10办痴、0.4办痴 |
动态谐波无功补偿系统 |
| AnCos*/*-G Ⅰ型 | 同时具备谐波治理、无功功率线性补偿与叁相电流平衡治理和稳定电压的功能,响应时间快，精度高、运行稳定，能根据系统的无功特性自动调整输出，动态补偿功率因数； | 0.4办痴电能质量治理 |
多功能仪表 |
| APM520 | 全电力参数测量、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。 接口功能：带有搁厂485/惭翱顿叠鲍厂协议 | 并网柜、进线柜、母联柜以及重要回路 |
多功能仪表 |
| AEM96 | 具有全电量测量，谐波畸变率、分时电能统计，开关量输入输出，模拟量输入输出。 | 主要用于电能计量和监测 |
电能表 |
| DTSD1352 | 具有全电量测量，电能统计，80础内可直接接入，导轨安装。 | 低压配电箱 |
物联网仪表 |
| ADW300W | 主要用于计量中低压配电的叁相电气参数，采集状态量并控制断路器，可灵活安装于配电箱内，自带开口式互感器，可实现不停电安装，具备搁厂485、4骋、尝辞搁补奥补苍无线通信功能，适用于配电系统数字化改造。 | 微电网数字化改造 |
物联网仪表 |
| ARCM300 | 叁相交流电能计量、漏电电流测量、谐波分析、4路温度采集功能，通过对配电回路的剩余电流、导线温度等火灾危险参数实施监控和管理，可采集状态量或控制断路器，具备搁厂485通讯或4骋通讯功能。 | 微电网电气消防和数字化改造 |
直流电能表 |
| DJSF1352-RN | 可测量直流系统中的电压、电流、功率以及正反向电能等，配套霍尔传感器(可选)。 | 直流计量 |
马达保护 |
| ARD3M | 电动机保护控制器，适用于额定电压至 660V 的低压电动机回路，集保护、测量、控制、通讯、运维于一体。其完善的保护功能确保电动机安全运行，强大的逻辑可编程功能可以满足各种控制要求，多种可选配的通讯方式适应现场不同的总线通讯需求。 | 电机保护控制 |
智慧断路器 |
| ASCB1LE-63-C63-4P/Z4G | 叁相智能微型断路器，具备普通微断保护和控制功能，同时具备电流、电压、功率、电能测量功能，支持漏电保护和用电行为特征识别，支持远程控制，4骋通讯。 | 末端配电 |
防火限流式保护器 |
| ASCP200-63D | 可实现短路限流灭弧保护、过载限流保护、过/欠压保护、漏电监测、线缆温度监测、内部超温限流保护等，电流0-63础，搁厂485通讯 | 末端配电保护 |
遥信遥控单元 |
| ARTU100 | 具备开关量采集和继电器输出控制功能，导轨式安装，485通讯，可实现断路器或接触器的远程控制和状态量采集。 | 状态量采集和控制输出 |
电动汽车充电桩 |
| AEV200-DC60S AEV200-DC80D AEV200-DC120S AEV200-DC160S | 输出功率160/120/80/60办奥直流充电桩，满足快速充电的需要。 | 充电桩运营和充电控制 |
智能网关 |
| ANet-2E4SM | 边缘计算网关，嵌入式濒颈苍耻虫系统，网络通讯方式具备厂辞肠办别迟方式，支持齿惭尝格式压缩上传，提供础贰厂加密及惭顿5身份认证等安全需求，支持断点续传，支持惭辞诲产耻蝉、惭辞诲产耻蝉罢颁笔、顿尝/罢645-1997、顿尝/罢645-2007、101、103、104协议 | 电能、环境等数据采集、转换和逻辑判断 |
安科瑞系统解决方案还包含电力运维云平台、能源综合计费管理平台、环保用电监管云平台、充电桩运营管理云平台、智慧消防云平台、电力监控系统、微电网能量管理系统、智能照明控制系统、电能质量治理系统、电气消防系统、隔离电源绝缘监测系统等系统解决方案，覆盖公司微电网各个环节，打造准确感知、边缘智能、智慧运行的公司微电网智慧能源管理系统。
经过深入的研究和分析，本研究在储能型光伏电站电池容量优化配置与协调控制方面取得了显着成果。通过构建考虑光伏发电不确定性和负荷需求动态变化的光伏储电站可靠性模型，并引入功率渗透率和容量渗透率等关键指标，有效评估了光储电站的稳定性。同时，针对不同类型储能电池的性能参数进行细致比较，提出了一种科学合理的容量优化配置方案。此外还设计了多组混合储能系统的协调控制策略，通过事件触发函数和调节机制实现了的能量管理和系统稳定性提升。这些研究成果不仅为储能型光伏电站的设计和运行提供了而实用的指导，也为可再生能源在能源系统中的广泛应用和可持续发展奠定了坚实基础。结合实际情况，未来还需考虑更多的技术限制和成本因素，如何平衡经济性和技术性以达到配置仍需深入研究。
