关键词:;电力储能;分布式光伏;新能源。
0 引言[作者简介 ：李天成1989.06—)，男，硕士，工程师，主要从事电气工程研究工作。E-mail：litiancheng@nepdi.net。
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全球各国都在积极开展动力电池梯次利用方面的实验研究和工程应用，其中日本、美国和德国等国家试行探索的比较早，并且已经有一些成功应用的工程和商业项目。我国从近几年才开始开展相关的理论研究，还未有较成熟的工程案例。
1 分布式光伏直流系统组成和架构
1.1分布式光伏储能直流系统建设目标
通过分布式光伏储能直流系统的建设，主要以实现如下预期目标：
1) 分布式光伏发电。建造光伏车棚或屋顶光伏发电系统，充分利用光伏清洁能源，降低外电网受入电量，降低厂区电费成本。可根据光伏车棚，建设新能源电池充电桩，解决日益发展的新能源汽车充电需求
2) 光伏储能直流监控系统。对光伏发电设备，储能设备进行集中监控，有效实施分布式光伏储能直流系统运行调控策略控制。
3) 系统展示。设计展示界面，将分布式光伏、储能系统的运行情况以及厂区能耗监测进行实时展示，树立工业分布式绿色形象。
1.2分布式光伏储能直流系统架构
实际工程中，由于太阳能光伏逆变器大都是DC/AC直接由直流逆变为380交流，充电装也基本为交流逆变直流的形式，因此，根据实际工程需要，本文提出较为简单、更为实际的系统结构，如图2所示。
储能电池组通过多分支的PCS形成储能电站小单元。可根据电池组直流侧电压水平以及储能PCS设备的情况配置隔离变压器，多个储能小单元可通过隔离变压器连接到0.4kV交流母线。当整个直流系统发生故障时，为了快速切除系统故障避免影响主网，基于断路器的响应时间快于PCS的相应时间，在整个系统出口处配置快速断路器。出口断路器也是整个系统的PCC点，也可较为简单容易实现整个系统的并离网需求。
2储能逆变器、隔离变压器和电池管理系统
储能电站便可按常规设计方案建设，对电池重新成组，选取一致性较好的电池进行串并联，配置直流侧600V的储能逆变器并可直接连接到0.4kV交流母线上。但是重组后电池的一致性的不确定，为储能电站的安全稳定运行带来隐患，而且电池使用寿命也有限。
由于电动车上的电池包电压较低，一般每个电池包的电压为200V~500V，储能PCS的升压能力有限，因此需配置隔离变压器进行升压，隔离变压器也同时起到隔离滤波的作用。因此，可根据储能电站的电功率需求和电池充放电电流的限制配置多组多支路不同功率的储能PCS，隔离变压器的容量根据储能电站的整体功率来配置。
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电池管理系统对于储能系系也是非常重要，能有效的监测、评估及保护电池运行状态，应具备监测功能、运行报警功能、保护功能、自诊断功能、均衡管理功能、参数管理功能和本地运行状态显示功能等。
电池管理系统分两级结构，即电池管理单元（BMU）和电池管理系统（BMS）。BMU采集电池模块中各单元电池的电压和温度；BMS收集一个串联支路中的全部BMU信息，同时检测本电池串的电流，并实现各种保护措施。电池串的均衡管理也分两级结构，BMU可实现电池模块中单元电池之间的均衡，BMS在各电池模块之间进行均衡，从而实现电池串内所有单元电池之间的均衡管理。对于直接应用电动车电池包的方案，电池包内往往已经设置了BMU，储能BMS系统需能够有效的和电池包内自身的BMU进行通信管理，使用统一的痛信方式和通信规约，以便完整的实现电池管理功能。
3 分布式光伏储能直流系统调控策略
分布式的光储直流系统运行控制原则遵循安全稳定，经济最优化运行的原则，合理最大化利用光伏出力，并根据分布式负荷情况和电网的“峰-谷-平”段电价以及储能电池的SOC容量灵活地进行调整与设置，达到储能系统的最大利用。并在电网故障时，具有孤岛运行的能力。基本的控制策略为：白天用电高峰时，光伏最大功率输出，储能平衡光伏出力，光储系统以最大的功率追随负荷。夜晚在电价低谷时，储能蓄能。
控制系统通过实时地调整储能系统等可控资源的充放电功率，使“可再生能源+储能系统+负荷”的总功率输出符合优化出力曲线。系统内含有的光伏属于随机性、间歇性分布式电源，并网运行时可能对主动电网形成冲击，恶化电能质量甚至导致失稳，控制策略需通过储能系统，有效弥补分布式电源的间歇性、波动性缺点，改善其输出功率和电能质量的可控性，提升稳定水平。
控制策略需综合考虑控制目标、充放电状态和电池实际运行状态等约束条件，根据当地最新峰谷时段电价政策的规定，确定储能系统的充放电时段 ，即在谷区时段利用低电价充电，而在峰区（或尖峰）时段储能系统放电，减少其间的电网用电量，不仅可以降低电网在高峰时段的用电压力，而且企业可以利用峰谷电价差，降低电费支出，从而获得收益。
为了确保电网进线无逆向功率，可安装逆功率保护装置，当发生逆功率时，首先用集中控制器对储能系统进行控制，保证储能输出功率和负载功率平衡，当集中控制器故障或其他异常情况导致逆功率发生时，逆功率保护经时间延时跳开储能并网开关。同时做到负荷跟踪,随时根据用户日负荷曲线调整PCS输出，使得用户负荷不超过最大核准需量。
离网运行时，根据实时运行情况，通过对光伏、储能、可控负荷的调节，实现系统内的实时功率平衡，保证系统离网稳定运行。
4 分布式光伏储能一体化监控系统
分布式光储系统运行过程中，必须时刻监视光伏发电设备、断路器状态、储能系统、负载情况以及整个系统的状况等，根据实时监测数据，采取相应的调节手段保证系统的能量平衡。 分布式并不需要复杂的计算机监控系统，只需配置简易的光伏储能一体化监控系统。
一体化监控系统配置1台数据采集服务器，通过光纤方式实现对电网智能终端设备的数据采集，通过网络方式实现对电站测控单元信息的采集。配置1台应用服务器，用于运行电网运行实时监控软件，应用服务器也同时实现电能量计量功能。配置1台历史服务器主要用于运行系统主数据库管理系统，提供信息存储、统计和数据查询功能。同时还配对时装置。配置操作人员工作站供运行监视及操作控制用，并且完成对系统软件、数据库的在线维护和修改，接受电网调度以及完成功率预测功能等；一体化监控系统可通过以太网将这些设备与现场各个测控单元层互连，实现信息交换，有效快速监控。
5 结论
通过光储直流系统构架的研究和新能源电动车电池的梯级利用，提出较为简单实际的系统构架，方案主要通过采用多支路储能逆变器和隔离变的接线方式，将老旧的电动车电池充分再应用到储能电站中。进一步探讨分布式光储系统的调控策略和光储一体化系统的配置方案。从实际出发，切实落实分布式光储直流系统以及电动车电池梯级利用的推广解决方案，从而达到节能、降耗、减排和示范的目的。
参考文献：
[1]乔俊强,李世民,虎学梅,何炜,芦皓. 光伏电站中储能系统接入与运行模式[J]. 储能科学与技术，2017，32(3)：1345-1351.
[2]孙庆,何一,孙会璧．光伏电站储能系统配置研究[J]，中国工程咨询,2011(9):54-56.
论文作者:李天成
论文发表刊物:《中国电业》2019年15期
论文发表时间:2019/11/20
标签：储能论文; 系统论文; 电池论文; 分布式论文; 光伏论文; 功率论文; 电网论文; 《中国电业》2019年15期论文;