分布式光储能量管理系统及其控制策略的研究

安科瑞 刘秋霞

摘要：分布式光储技术凭借其*特的灵活性，为电力系统提供了更高的稳定性和效率，但其工程管理的杂性和挑战性也显著增加。传统的工程管理方法已经难以满足新型电力系统模式的要求，迫切需要探索新的管理方法来确保分布式光储项目的成功实施。工程管理不仅需要考虑技术和经济因素，还需要充分考虑项目的社会和环境影响，确保其可持续性。针对新型电力系统模式，深入研究和完善分布式光储项目工程管理的方法，对于推动电力系统和光伏产业的持续健康发展具有重要的理论和实践意义。

关键词：分布式光储项目；集控运行；智能控制 

引言 

近年来，在国家政策带动下，光伏产业高速发展，国家对该产业给予了较大支持，光伏发电项目逐年递增，这些项目每年为国家创造了较大的效益。根据有关数据，未来5年内将有更多的分布式光储并网，为提高分布式光储项目的运行可靠性，建立分布式光储集控中心，并进行集中化、智能化管理十分重要。每一分布式光储项目都有各自的特点，在集控运行管理中需从实际情况出发，采用新技术、新理念，保持管理的先进性，提高项目综合效益。

1分布式光储控制系统运转原理 

1.1系统构成

在能源领域分布式光储项目广受关注，此类项目的控制系统内包含光伏电源结构板、电流汇流设备、电源逆变器、蓄电池等，每部分都有各自的作用，在系统的统一管控下可保持各部分之间的相互配合，可促进电力生产及利用。分布式光储控制系统中的单个电池板很难直接生成可入网交流电满足用户需求，利用光伏电池结构板可解决这一问题，通过构建串联关系，可由集中设备汇集光伏电池板的电力资源，促进电力资源在不同模块之间的传输效率，将逆变后电能并入配网，使配网有更多的电力资源供应、分配给用户。光伏发电过程中光照强度是影响发电效率、发电量的重要因素。但因为光照强度具有不可控性，在季节、天气因素影响下，不同地区、不同时段的光照强度大小不一，个别地区经常性出现阴雨天气，在该地区内建设光伏发电站，在电站运行期间因为光照强度不佳，发电量持续变化，无法保持在稳定状态。如分布式光储过程中电站的发电总量不稳定，将会干扰并网状态及效果。考虑上述问题，光伏发电站几乎都设有储能装置，储能装置可将其中储存的电能接入电网，由电网的各节点再传输给需求端。如光伏电池的输出功率较小，蓄电池自动进入电力传输及放电状态，此过程下基本能保持负荷的稳定性，避免在某一时间段内负荷频繁变化。

1.2光伏逆变设备

在分布式光储系统中，光伏逆变设备*不可少，很多情况下，此设备被称为逆变电源，在电能传输中该设备可促进直流电向交流电的转化。现阶段，我国进入了信息时代，电子技术、微电子技术等高速发展，在电力领域为保持各类设备的高速发展，逆变技术十分重要，此技术可促进直流电向交流电的转换。逆变技术属于专业性技术，为发挥此项技术的作用，有关人员需立足实际需求，配备高可靠性的硬件设备、电子元件。多年来，光伏发电技术越发成熟，在许多光伏发电站中逆变技术较为成熟，此技术的控制电路有较高要求，需配备单片机处理设备，实现智能化控制。 计算机技术发展到今天，市场上陆续出现了多种电力零部件、功率设备，逆变器呈现微型化趋势，体积虽小，但其运行效率较高，具备多种功能。依据光伏发电系统的工作过程，逆变器能准确控制半导体功率开关的工作状态，方便直流电向交流电的转换。

2分布式光储建设项目中的风险因素分析

2.1技术风险

随着光伏技术的快速发展，新的技术不断涌现，可能导致在项目建设期内采用的技术逐渐过时。这主要表现在光伏组件的效能提升、逆变器技术的更新、智能监控系统的升级等方面。若项目开始时采用的技术无法跟上行业的发展步伐，可能导致发电效率低、维护成本高、系统稳定性差等问题。为有效应对技术风险，项目团队应保持对光伏技术领域的敏感性，及时了解新技术的进展和应用。

2.2政策风险

政策变动可能对项目产生不利影响，其中尤为显著的就是补贴政策的调整。补贴政策的不确定性和变动性可能直接影响项目的回报率和盈利水平。有关部门可能会根据市场情况、财政状况等因素对光伏发电项目的补贴标准和期限进行调整，这可能导致项目的投资回收周期延长、预期收益降低，甚至影响项目的经济可行性。为降低政策风险，项目团队应当密切关注相关的政策动向，及时获取和理解相关政策信息。

3新型电力系统模式背景下分布式光储工程管理的优化方法 

3.1整合创新技术与管理

面对新型电力系统模式下的挑战，分布式光储工程管理急需进行深度优化。首先，建议引入先进的物联网技术来实现分布式光储系统的全程监控。通过部署高精度传感器，可以实时采集光伏模块的电压、电流、温度和光照等参数，并将这些数据上传至云端分析平台。利用深度学习算法，对数据进行实时分析，预测光伏输出，并根据电网需求进行智能调度。其次，在工程管理中应充分应用数字孪生技术。通过创建分布式光储项目的数字模型，可以实现项目的虚拟仿真与实际操作的同步反馈。这不仅有助于前期的设计验证，还可以在项目运营中提供故障诊断、性能优化等智能建议。基于边缘计算的数据处理策略可以进一步减少数据传输延迟，为实时控制提供技术保障。再次，采用区块链技术优化供应链管理。在分布式光储项目中，从原材料采购、组件生产到项目部署和后期维护，每一环节都涉及多方参与者。区块链提供了一个去中心化、透明且安全的数据交换平台，确保供应链中的每一笔交易都能被有效记录与追踪，大大提高了整体供应链的效率和透明度。将知识图谱技术融入工程管理中。知识图谱能够将分散的数据与知识进行结构化整合，为工程管理者提供基于事实的决策支持。

3.2制定效率与协同管理机制

分布式光储项目的建设是一个复杂的系统工程，涉及多个环节、多个部门，因此需要制定显著协同的管理机制。在制定管理机制时，应充分借鉴*内外*进经验，合理运用运筹学、供应链管理等现代管理方法，提高项目管理效率。如充分运用运筹学原理与方法，如线性规划、网络优化、多目标决策等，为项目管理提供科学、定量的优化策略。利用这些先进方法，可以确保项目资源得到有效配置，各项任务按优化顺序进行，大大提高整体效率。引入现代供应链管理原理，构建总体、细致的项目物流、信息流与资金流管理体系。借助先进的供应链管理软件，如ERP、SCM和PLM，确保项目的每一个环节都能得到实时、准确的信息反馈，从而实现项目管理有效协同。

4安科瑞产品介绍

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，整天进行数据采集分析，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。该系统在安全稳定的基础上以经济优化运行为目标，促进可再生能源应用，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，整个能量管理系统在物理上分为三个层：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Modbus RTU、Modbus TCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT 等通信规约。

4.1 应用场所

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。

4.2系统架构

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：

图1 典型微电网能量管理系统组网方式

4.3 系统功能

4.3.1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，实时监测光伏、风电、储能、充电桩等各回路电压、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：相电压、线电压、三相电流、有功/无功功率、视在功率、功率因数、频率、有功/无功电度、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。

图2 系统主界面

子界面主要包括系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电桩信息、通讯状况及一些统计列表等。

4.3.2 光伏界面

图 3 光伏系统界面

本界面用来展示对光伏系统信息，主要包括逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、并网柜电力监测及发电量统计、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、辐照度/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。

4.3.3 储能界面

图 4 储能系统界面

本界面主要用来展示本系统的储能装机容量、储能当前充放电量、收益、SOC变化曲线以及电量变化曲线。

图 5 储能系统PCS参数设置界面

本界面主要用来展示对PCS的参数进行设置，包括开关机、运行模式、功率设定以及电压、电流的限值。

图 6 储能系统BMS参数设置界面

本界面用来展示对BMS的参数进行设置，主要包括电芯电压、温度保护限值、电池组电压、电流、温度限值等。

图 7 储能系统PCS电网侧数据界面

本界面用来展示对PCS电网侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数等。

图 8 储能系统PCS交流侧数据界面

本界面用来展示对PCS交流侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数、温度值等。同时针对交流侧的异常信息进行告警。

图 9 储能系统PCS直流侧数据界面

本界面用来展示对PCS直流侧数据，主要包括电压、电流、功率、电量等。同时针对直流侧的异常信息进行告警。

图 10 储能系统PCS状态界面

本界面用来展示对PCS状态信息，主要包括通讯状态、运行状态、STS运行状态及STS故障告警等。

图 11 储能电池状态界面

本界面用来展示对BMS状态信息，主要包括储能电池的运行状态、系统信息、数据信息以及告警信息等，同时展示当前储能电池的SOC信息。

图 12 储能电池簇运行数据界面

本界面用来展示对电池簇信息，主要包括储能各模组的电芯电压与温度，并展示当前电芯的大、小电压、温度值及所对应的位置。

4.3.4 风电界面

图 13风电系统界面

本界面用来展示对风电系统信息，主要包括逆变控制一体机直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、风速/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。

4.3.5 充电桩界面

图 14 充电桩界面

本界面用来展示对充电桩系统信息，主要包括充电桩用电总功率、交直流充电桩的功率、电量、电量费用，变化曲线、各个充电桩的运行数据等。

4.3.6 视频监控界面

图 15 微电网视频监控界面

本界面主要展示系统所接入的视频画面，且通过不同的配置，实现预览、回放、管理与控制等。

4.3.7发电预测

系统应可以通过历史发电数据、实测数据、未来天气预测数据，对分布式发电进行短期、超短期发电功率预测，并展示合格率及误差分析。根据功率预测可进行人工输入或者自动生成发电计划，便于用户对该系统新能源发电的集中管控。

图 16 光伏预测界面

4.3.8策略配置

系统应可以根据发电数据、储能系统容量、负荷需求及分时电价信息，进行系统运行模式的设置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期计划、需量控制、防逆流、有序充电、动态扩容等。

具体策略根据项目实际情况（如储能柜数量、负载功率、光伏系统能力等）进行接口适配和策略调整，同时支持定制化需求。

图 17 策略配置界面

4.3.9运行报表

应能查询各子系统、回路或设备规定时间的运行参数，报表中显示电参量信息应包括：各相电流、三相电压、总功率因数、总有功功率、总无功功率、正向有功电能、尖峰平谷时段电量等。

图 18 运行报表

4.3.10实时报警

应具有实时报警功能，系统能够对各子系统中的逆变器、双向变流器的启动和关闭等遥信变位，及设备内部的保护动作或事故跳闸时应能发出告警，应能实时显示告警事件或跳闸事件，包括保护事件名称、保护动作时刻；并应能以弹窗、声音、短信和电话等形式通知相关人员。

图 19 实时告警

4.3.11历史事件查询

应能够对遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数、电芯温度（锂离子电池）、压力（液流电池）、光照、风速、气压越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。

图 20 历史事件查询

4.3.12 电能质量监测

应可以对整个微电网系统的电能质量包括稳态状态和暂态状态进行持续监测，使管理人员实时掌握供电系统电能质量情况，以便及时发现和消除供电不稳定因素。

1）在供电系统主界面上应能实时显示各电能质量监测点的监测装置通信状态、各监测点的A/B/C相电压总畸变率、三相电压不平衡度和正序/负序/零序电压值、三相电流不平衡度和正序/负序/零序电流值；

2）谐波分析功能：系统应能实时显示A/B/C三相电压总谐波畸变率、A/B/C三相电流总谐波畸变率、奇次谐波电压总畸变率、奇次谐波电流总畸变率、偶次谐波电压总畸变率、偶次谐波电流总畸变率；应能以柱状图展示2-63次谐波电压含有率、2-63次谐波电压含有率、0.5～63.5次间谐波电压含有率、0.5～63.5次间谐波电流含有率；

3）电压波动与闪变：系统应能显示A/B/C三相电压波动值、A/B/C三相电压短闪变值、A/B/C三相电压长闪变值；应能提供A/B/C三相电压波动曲线、短闪变曲线和长闪变曲线；应能显示电压偏差与频率偏差；

4）功率与电能计量：系统应能显示A/B/C三相有功功率、无功功率和视在功率；应能显示三相总有功功率、总无功功率、总视在功率和总功率因素；应能提供有功负荷曲线，包括日有功负荷曲线（折线型）和年有功负荷曲线（折线型）；

5）电压暂态监测：在电能质量暂态事件如电压暂升、电压暂降、短时中断发生时，系统应能产生告警，事件能以弹窗、闪烁、声音、短信、电话等形式通知相关人员；系统应能查看相应暂态事件发生前后的波形。

6）电能质量数据统计：系统应能显示1min统计整2h存储的统计数据，包括均值、大值、小值、95%概率值、方均根值。

7）事件记录查看功能：事件记录应包含事件名称、状态（动作或返回）、波形号、越限值、故障持续时间、事件发生的时间。

图 21 微电网系统电能质量界面

4.3.13 遥控功能

应可以对整个微电网系统范围内的设备进行远程遥控操作。系统维护人员可以通过管理系统的主界面完成遥控操作，并遵循遥控预置、遥控返校、遥控执行的操作顺序，可以及时执行调度系统或站内相应的操作命令。

图 22 遥控功能

4.3.14 曲线查询

应可在曲线查询界面，可以直接查看各电参量曲线，包括三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、SOC、SOH、充放电量变化等曲线。

图 23 曲线查询

4.3.15 统计报表

具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的发电、用电、充放电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。对微电网与外部系统间电能量交换进行统计分析；对系统运行的节能、收益等分析；具备对微电网供电可靠性分析，包括年停电时间、年停电次数等分析；具备对并网型微电网的并网点进行电能质量分析。

图 24 统计报表

4.3.16 网络拓扑图

系统支持实时监视接入系统的各设备的通信状态，能够完整的显示整个系统网络结构；可在线诊断设备通信状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。

图 25 微电网系统拓扑界面

本界面主要展示微电网系统拓扑，包括系统的组成内容、电网连接方式、断路器、表计等信息。

4.3.17 通信管理

可以对整个微电网系统范围内的设备通信情况进行管理、控制、数据的实时监测。系统维护人员可以通过管理系统的主程序右键打开通信管理程序，然后选择通信控制启动所有端口或某个端口，快速查看某设备的通信和数据情况。通信应支持Modbus RTU、Modbus TCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104 、MQTT等通信规约。

图 26 通信管理

4.3.18 用户权限管理

应具备设置用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控操作，运行参数修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

图 27 用户权限

4.3.19 故障录波

应可以在系统发生故障时，自动准确地记录故障前、后过程的各相关电气量的变化情况，通过对这些电气量的分析、比较，对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行水平有着重要作用。其中故障录波共可记录16条，每条录波可触发6段录波，每次录波可记录故障前8个周波、故障后4个周波波形，总录波时间共计46s。每个采样点录波至少包含12个模拟量、10个开关量波形。

图 28 故障录波

4.3.20事故追忆

可以自动记录事故时刻前后一段时间的所有实时扫描数据，包括开关位置、保护动作状态、遥测量等，形成事故分析的数据基础。

用户可自定义事故追忆的启动事件，当每个事件发生时，存储事故*10个扫描周期及事故后10个扫描周期的有关点数据。启动事件和监视的数据点可由用户规定和随意修改。

图 29 事故追忆

4.系统硬件配置

5结束语 

总体而言，分布式光储项目的成功建设需要全过程的风险管理，这意味着在项目的规划、设计、采购、施工、运营和维护各个阶段都要有系统性的风险识别、评估和控制。只有在这个过程中科学合理地应对各类风险，项目才能够在技术、经济和社会等多方面取得可持续的发展。本文通过对分布式光储项目中的关键风险因素进行深入剖析，并提出相应的管理策略，有望为未来类似项目的实施提供有力的支持。随着全球对可再生能源需求的增加，科学有效的风险管理将成为确保光伏发电项目长期成功运行的不能或缺的一环。

参考文献

[1]李恒新.分布式光储能量管理系统及其控制策略

[2]张国祥,严兴宇.分布式光储与APF协调统一控制策略[J].电力电子术,2021(11):71-74.

[3]高长伟,刘晓明,孟昭军.分布式光储系统改进虚拟同步发电机控制[J].太阳能学报,2021(2):376-382.

[4]企业微电网设计与应用手册.2022.05版.