0引言
目前，隨著國家對碳中和目標的推進，可再生能源得到快速發展，例如光伏發電，風力發電等。但是，新能源出力的不穩定性、不連續性對電網的安全性、可靠性、經濟性造成一系列的影響。而儲能技術因其靈活的充放電能力解決了目前電網所面臨的問題[1]。
作為光伏發電系統重要的組成部分，儲能單元的順利運轉直接影響著光伏發電系統整體的安全性。考慮到現階段所使用的儲能技術存在的，短板較為明顯，有待進一步的提升和完善，尤其是在電網建設持續進行的過程中對應的光伏發電系統也在不斷完善，表現出對于儲能技術應用的更高需求[2]。
可以說有關儲能技術的優化升級是現階段電網行業發展建設的焦點所在，基于光伏發電系統的實際運轉需求確定儲能技術的完善方向，具有可行性，這不僅有利于推動儲能技術的快速發展，同時可以提高光伏發電系統運行的穩定性和經濟性。
1光儲系統的發展契機
光伏發電并網系統如圖1所示，其工作原理為：光伏電池板首先將接收來的太陽能經逆變器將直流電換為交流，提供給交流負載[3]。
光伏發電系統在運行過程中較容易受到外界因素的干擾，因此表現出較為明顯的波動性和間歇性特征，這也是導致不同時間的光伏發電系統的產電量存在差異的原因所在，通常情況下，中午時間段的發電量最多，而早上或晚上的發電量較小。不均衡的發電量會導致一系列的問題，例如發電市場不平衡以及光伏發電利用率低等。
對于該問題的解決路徑是使用儲能技術實現整體系統的優化以及升級，儲能技術是保證電網穩定運行的關鍵技術,也是推動光伏發電系統技術廣泛應用的重要措施之一。該文從光伏發電系統的特點出發,對儲能系統在光伏發電系統中的作用和應用情況進行闡述[4-6]。可以說光伏發電系統的快速發展為儲能技術的優化升級帶來了新的契機，而儲能技術的提升同樣支撐著光伏發電系統的快速發展。故此近幾年，我國關于光儲系統的關注度不斷提升，持續出臺一系列的政策用于推動該領域的技術發展和研發。作為各電網企業也應當抓住此契機，努力研發光儲系統。
2光伏發電系統對電網運行的影響
2.1運行調度
光伏電源往往會受到天氣因素的干擾，導致調度效率的下降，這種情況在高海拔地區尤為明顯。考慮到天氣因素不可控，為了有效應對天氣因素，對于光伏電源產生的調度影響，同時也為了節約調度成本，保證光伏電源調度過程中的整體安全性，要求相關電網工作人員在具體作業時必須設置對應的保障措施[7]。
在進行光伏電源調度過程中，需要支出一定的經濟成本，并且現階段國內的常規電價和光伏電價存在一定的差異，這也是強調在進行光伏調度時需要考慮經濟成本的原因所在，既要追求平穩的調度過程，同時又需要盡可能地對成本進行疏解。在實施調度之前，要求相關人員能夠對光伏調動產生影響的各方面因素進行綜合考慮，借助技術手段保證調度工作的順利實施，同時達到節約成本的效果。
2.2系統保護
光伏發電系統的特點在于依靠光照完成發電也就意味著發電量和光照強度直接相關。所發電量通過電力輸送系統運輸到對應的輸出口，在發電量過大的情況下必然會引發較大的功率消耗。若功率消耗在運輸系統承載范圍之外，必然會導致整體系統平穩運行遭受影響。
尤其是在運輸過程中，若電站的輸出功率較大的情況下，必然會導致熔斷器的工作平衡狀態遭受破壞，最終形成對于整個光伏發電系統穩定性的負面影響。而且現階段所使用的光伏發電系統規模普遍較為龐大，其中包含多個板塊共同支撐著整體光伏發電系統的平穩運行[8]。其中就包含電網模塊，但是部分電力公司所使用的光伏發電系統中并未配備配電網，選擇記錄配電網還需要增添其他裝置共同維護光伏發電系統的平穩運行。
2.3影響電能質量
由于光伏發電系統的發電量和光照的強度有著直接的關系，也就意味著在不同天氣狀況下光伏發電系統的總發電量存在顯著差異，晴天的發電量明顯多于陰天發電量。在高發電量情況下，會帶給輸電系統更多的壓力，而發電量較小同樣會產生對應的不利影響[9]。
這也是光伏發電系統發電量不穩定的核心原因所在，不穩定的發電量勢必會對整個電力系統的安全穩定運行產生威脅，難以保證供電的電能質量問題。正是由于光伏發電系統存在發電量不穩定的特性，使得電網企業不得不使用儲能技術對該問題進行解決，用于弱化不穩定發電量對電力系統產生的干擾。儲能技術的主要作用是解決光伏發電系統發電不均衡的問題，確保光伏發電系統所產生的電量能夠支持日常生產、生活的用電需求。具體的應用路徑是使用大容量儲能電站來提高儲能效果。
相當于常規的儲能站，大容量儲能站能夠更好地滿足電量儲能需求，主要用于儲存多余的電能。并搭配相應的日常監管工作，針對實際發電情況進行調節。
2.4線路潮流
正常電網運行狀態下，線路潮流屬于單向傳輸狀態，此時光伏發電系統處于平穩運行狀態，發電功能良好，而接入電源之后，則由原先的單向傳輸轉變為雙向傳輸，使得電壓的不穩定性提升，這對于光伏發電系統的平穩運行會產生一定的干擾，光伏系統對于線路潮流的具體影響，包括電壓越界，頻率波動，變壓器容量越界等。此時就需要通過增添保護裝置用于維護光伏發電系統的平穩運行。
3儲能技術在光伏發電系統中的應用
3.1在電力調峰中的應用
光伏發電系統所產電能服務于人們的日常生產和生活電力需求。為了維持電量供應的穩定性，需要采用電力調峰策略。該策略的應用首先能夠為光伏發電系統的平穩運行提供支持，這是因為實際的輸電運行通常需要根據相應的用電量輸送對應的電能，不同時間段輸電系統的工作強度有所差異，在用電需求較大時，電力系統所承受的負荷普遍較大，而電力量需求較小時對應的工作負荷則相對較小。
電力系統處于較大負荷時，容易對整體電力系統的穩定性產生負面影響，此時借助儲能技術的應用來應對過大負荷帶來的壓力。并且在電量需求較少時，也能夠運用儲能技術將光伏發電系統所生產的電量進行存儲，以備需求較大時的供應。這種調峰策略能夠較好地滿足不同時間的人們對于電能的需求，同時也能夠實現電力系統的平穩運行狀態，減少電力系統承受過多的負荷問題，有利于延長電力系統的使用壽命。
并且實際用電過程中，不同區域的用電高峰期表現出明顯的差異，借助儲能技術完成電力調控能夠保證結合地區實際用電情況進行電能供應。例如部分區域存在較多的工廠，在工作時期的用電需求會比較大，會給電網產生較大的負荷。而通過儲能技術就能夠將用電量需求較小時光伏發電系統所生產的電能進行存儲，服務于用電需求較大的工作階段，保證電能供應的及時性，不影響工廠的日常運作。因此儲能技術在光伏系統的電力調峰中具有重要的應用前景。
3.2在電網電能質量控制中的應用
儲能技術在光伏發電系統中關于電能質量的控制，具體體現在有關光伏電網的逆變控制領域，該種控制模式的應用能夠顯著提高光伏電網發電階段的穩定性。一般而言，在光伏發電階段為了達到對于電網電能的全程監控，效果會輔助計算機信息技術，實現對光伏發電相關參數的實時收集，通過實時數據和常規參數進行對比的方式，來了解當前光伏發電系統的運行狀態，做到對于電網電能質量的準確把握，當電網電能質量不符合國家輸送標準時，就會采用對應的保護策略進行應對，以創新處融技術的方式實現電網電能質量的提升。
這是因為儲能技術本身具備一定的控制功能，尤其是對光伏發電過程中的有源濾波進行調整，該項操作能夠使得整體光伏發電系統的電壓處于穩定狀態，并且確保相角始終處于正常值域。相角和電壓都屬于影響光伏發電系統穩定性的重要因素，通過對相角實時狀態的有效監控，在出現偏差時及時使用儲能技術對有源濾波進行調整，用于穩定電壓對相角實現糾正，共同提高發電質量。
3.3在負荷轉移中的應用
儲能技術還可以應用于光伏發展系統的負荷轉移過程中，對應的應用原理和電力調峰相似，不同之處在于負荷轉移中的儲能技術應用方式更加靈活。例如在光伏發電系統處于較大發電量，而人們的實際用電需求較小時，此時光伏發電系統所承載的負荷相對較少，若不加以應對就會導致大量電能的浪費，并且光伏發電系統整體的電能生產成本也會大幅度提升。若后續當人們的實際用電需求不斷增加，工服發電系統處于較小發電量時，則會影響電能供應質量影響人們的日常生產和生活。
在光伏發電系統處于較小負荷狀態下實現多余電能的存儲，以應對光伏發電系統高峰負荷狀態將所存儲的電能進行輸送，用于滿足人們對于電能的需求。如此以來，光伏發電系統的整體負荷處于相對平衡的狀態，運行穩定性更高，能夠保證輸電質量，節約發電成本。
4.1概述
安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統具有完善的儲能監控與管理功能，涵蓋了儲能系統設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息，實現了數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢與分析、可視化監控、報警管理、統計報表等功能。在應用上支持能量調度，具備計劃曲線、削峰填谷、需量控制、備用電源等控制功能。系統對電池組性能進行實時監測及歷史數據分析、根據分析結果采用智能化的分配策略對電池組進行充放電控制，優化了電池性能，提高電池壽命。系統支持Windows操作系統，數據庫采用SQLServer。本系統既可以用于儲能一體柜，也可以用于儲能集裝箱，是專門用于儲能設備管理的一套軟件系統平臺。
4.2適用場合
可應用于城市、高速公路、工業園區、工商業區、居民區、智能建筑、海島、無電地區可再生能源系統監控和能量管理需求。
4.2.1工商業儲能四大應用場景
1）工廠與商場：工廠與商場用電習慣明顯，安裝儲能以進行削峰填谷、需量管理，能夠降低用電成本，并充當后備電源應急；
2）光儲充電站：光伏自發自用、供給電動車充電站能源，儲能平抑大功率充電站對于電網的沖擊；
3）微電網：微電網具備可并網或離網運行的靈活性，以工業園區微網、海島微網、偏遠地區微網為主，儲能起到平衡發電供應與用電負荷的作用；
4）新型應用場景：工商業儲能積極探索融合發展新場景，已出現在數據中心、5G基站、換電重卡、港口岸電等眾多應用場景。
4.3系統結構
4.4.1實時監測
微電網能量管理系統人機界面友好，應能夠以系統一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各回路斷路器、隔離開關等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。其中，各子系統回路電參量主要有：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數、頻率和正向有功電能累計值；狀態參數主要有：開關狀態、斷路器故障脫扣告警等。
系統應可以對分布式電源、儲能系統進行發電管理，使管理人員實時掌握發電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態及發電單元與儲能單元運行功率設置等。
系統應可以對儲能系統進行狀態管理，能夠根據儲能系統的荷電狀態進行及時告警，并支持定期的電池維護。
微電網能量管理系統的監控系統界面包括系統主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統信息進行顯示。
圖2系統主界面
子界面主要包括系統主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統計列表等。
圖3光伏系統界面
本界面用來展示對光伏系統信息，主要包括逆變器直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、并網柜電力監測及發電量統計、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、輻照度/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。
圖4儲能系統界面
本界面主要用來展示本系統的儲能裝機容量、儲能當前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。
圖5儲能系統PCS參數設置界面
本界面主要用來展示對PCS的參數進行設置，包括開關機、運行模式、功率設定以及電壓、電流的限值。
圖6儲能系統BMS參數設置界面
本界面用來展示對BMS的參數進行設置，主要包括電芯電壓、溫度保護限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。
圖7儲能系統PCS電網側數據界面
本界面用來展示對PCS電網側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數等。
圖8儲能系統PCS交流側數據界面
本界面用來展示對PCS交流側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數、溫度值等。同時針對交流側的異常信息進行告警。
圖9儲能系統PCS直流側數據界面
本界面用來展示對PCS直流側數據，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側的異常信息進行告警。
圖10儲能系統PCS狀態界面
本界面用來展示對PCS狀態信息，主要包括通訊狀態、運行狀態、STS運行狀態及STS故障告警等。
圖11儲能電池狀態界面
本界面用來展示對BMS狀態信息，主要包括儲能電池的運行狀態、系統信息、數據信息以及告警信息等，同時展示當前儲能電池的SOC信息。
圖12儲能電池簇運行數據界面
本界面用來展示對電池簇信息，主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當前電芯的電壓最值、溫度值及所對應的位置。
圖13風電系統界面
本界面用來展示對風電系統信息，主要包括逆變控制一體機直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、風速/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。
圖14充電樁界面
本界面用來展示對充電樁系統信息，主要包括充電樁用電總功率、交直流充電樁的功率、電量、電量費用，變化曲線、各個充電樁的運行數據等。
圖15微電網視頻監控界面
本界面主要展示系統所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實現預覽、回放、管理與控制等。
4.4.2發電預測
系統應可以通過歷史發電數據、實測數據、未來天氣預測數據，對分布式發電進行短期、超短期發電功率預測，并展示合格率及誤差分析。根據功率預測可進行人工輸入或者自動生成發電計劃，便于用戶對該系統新能源發電的集中管控。
4.4.3策略配置
系統應可以根據發電數據、儲能系統容量、負荷需求及分時電價信息，進行系統運行模式的設置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計劃、需量控制、有序充電、動態擴容等。
4.4.5運行報表
應能查詢各子系統、回路或設備規定時間的運行參數，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。
圖18運行報表
應具有實時報警功能，系統能夠對各子系統中的逆變器、雙向變流器的啟動和關閉等遙信變位，及設備內部的保護動作或事故跳閘時應能發出告警，應能實時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護事件名稱、保護動作時刻；并應能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關人員。
4.4.7歷史事件查詢
應能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數、電芯溫度（鋰離子電池）、壓力（液流電池）、光照、風速、氣壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。
4.4.8電能質量監測
應可以對整個微電網系統的電能質量包括穩態狀態和暫態狀態進行持續監測，使管理人員實時掌握供電系統電能質量情況，以便及時發現和消除供電不穩定因素。
1）在供電系統主界面上應能實時顯示各電能質量監測點的監測裝置通信狀態、各監測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度%和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度%和正序/負序/零序電流值；
2）諧波分析功能：系統應能實時顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率、A/B/C三相電流總諧波畸變率、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率、偶次諧波電壓總畸變率、偶次諧波電流總畸變率；應能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率、2-63次諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電流含有率；
3）電壓波動與閃變：系統應能顯示A/B/C三相電壓波動值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值；應能提供A/B/C三相電壓波動曲線、短閃變曲線和長閃變曲線；應能顯示電壓偏差與頻率偏差；
4）功率與電能計量：系統應能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應能顯示三相總有功功率、總無功功率、總視在功率和總功率因素；應能提供有功負荷曲線，包括日有功負荷曲線（折線型）和年有功負荷曲線（折線型）；
5）電壓暫態監測：在電能質量暫態事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發生時，系統應能產生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關人員；系統應能查看相應暫態事件發生前后的波形。
6）電能質量數據統計：系統應能顯示1min統計整2h存儲的統計數據，包括均值、最值、95%概率值、方均根值。
7）事件記錄查看功能：事件記錄應包含事件名稱、狀態（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續時間、事件發生的時間。
4.4.9遙控功能
應可以對整個微電網系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。系統維護人員可以通過管理系統的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預置、遙控返校、遙控執行的操作順序，可以及時執行調度系統或站內相應的操作命令。
圖22遙控功能
4.4.10曲線查詢
應可在曲線查詢界面，可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。
圖23曲線查詢
4.4.11統計報表
具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節點的用電情況，即該節點進線用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。對微電網與外部系統間電能量交換進行統計分析；對系統運行的節能、收益等分析；具備對微電網供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數等分析；具備對并網型微電網的并網點進行電能質量分析。
4.4.12網絡拓撲圖
系統支持實時監視接入系統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通信狀態，發生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。
圖25微電網系統拓撲界面
本界面主要展示微電網系統拓撲，包括系統的組成內容、電網連接方式、斷路器、表計等信息。
4.4.13通信管理
可以對整個微電網系統范圍內的設備通信情況進行管理、控制、數據的實時監測。系統維護人員可以通過管理系統的主程序右鍵打開通信管理程序，然后選擇通信控制啟動所有端口或某個端口，快速查看某設備的通信和數據情況。通信應支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。
圖26通信管理
4.4.14用戶權限管理
應具備設置用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控操作，運行參數修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
4.4.15故障錄波
應可以在系統發生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各相關電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力系統安全運行水平有著重要作用。其中故障錄波共可記錄16條，每條錄波可觸發6段錄波，每次錄波可記錄故障前8個周波、故障后4個周波波形，總錄波時間共計46s。每個采樣點錄波至少包含12個模擬量、10個開關量波形。
圖28故障錄波
4.4.16事故追憶
可以自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時掃描數據，包括開關位置、保護動作狀態、遙測量等，形成事故分析的數據基礎。
用戶可自定義事故追憶的啟動事件，當每個事件發生時，存儲事故頭10個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關點數據。啟動事件和監視的數據點可由用戶規定和隨意修改。
圖29事故追憶
4.5系統硬件配置清單
5 結束語
現階段由于儲能技術發展不完善，所以在使用過程中還存在著諸多問題，這就要求電力行業在使用儲能技術時要做好相應的防護措施，既要讓儲能技術發揮作用，同時也要避免儲能技術破壞光伏系統的運行。在不斷提高儲能技術水平，從而控制儲能技術運營過程中的成本支出，保證經濟效益和社會效益的同步實現，讓儲能技術能夠更好地為光伏發電系統服務，提高光伏發電系統的運行穩定性，保證高質量的電能產出，更好的服務于人們的日常用電需求。
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