摘要：随着电力需求的不断増加和世界能源危机的加剧，优化能源结构，提高能源的利用率，改善能源安全系数，解决环境污染己经成为我国的能源战略的重点。分布式能源系统凭借着节能、环保、高效、经济的优势，己经成为现代新型的能源供应模式，在我国的能源发展中有着美好的前途和无比广阔的发展前景。本文的研究以基于家庭的分布式能源系统为主要研究对象，探索家庭分布式智能储能用电系统。
电能作为利用最广泛的二次能源，在发电和用电同时进行时，电能的产生和消耗量不平衡的现象普遍存在，这时需要能量存储单元平衡供给与需求间的盈余：如配电网中利用储能装置“削峰填谷”，进而提高紧急效益；可再生能源发电系统中通过储能环节来平抑输入功率的波动，来解决自然资源的随机性和不可控性。
通过构建家庭分布式储能用电系统，将风力和光伏发电所产生的电能通过智能储能装置储存起来，科学用电。在保障家庭用电自给自足的前提下，将多余的电能进行并网，从而达到节能环保、增加家庭收入的目的。
关键词：电能存储；电能回馈；自给自足；智能控制
引言
8月13日，国家发改委印发了《分布式发电管理暂行办法》，鼓励企业、专业化能源服务公司和包括个人在内的各类电力用户投资建设并经营分布式发电项目，豁免分布式发电项目发电业务许可，推动分布式发电发展和管理方式创新，促进技术进步和产业化。家庭分布式发电作为其重要组成部分，应大力推广实施，本文就家庭分布式发电的智能储能用电系统作出具体设计方案。
1 系统工作模式
为适应新能源发电系统中自然资源的随机性和不可控性，满足节能、经济的需求，家庭分布式智能储能用电系统分三种工作模式，充电模式、用电模式、充电并网模式。
1.1 充电模式
可再生能源具有随机性、间歇性的特点[1]，恶劣天气下，发电设备提供的电能波形不满足系统要求，易损坏用电设备。此时系统工作在充电模式下，切断发电设备与用电设备之间的联系，将发电设备所产生的电能经过变压设备单纯的存储到储能装置中。通过计量装置检测储能装置的充电情况，等待为其他工作模式提供电能。
1.2充电并网模式
发电设备能稳定输出电能，在满足家庭用电和储能用电后能量仍有富裕时。系统工作在充电并网模式下，发电装置与储能设备、家用电器相连接且并网运行。储能装置的介入可平抑输入功率的波动，减小谐波，减小风力、光伏等自然资源的随机性和波动性。同时平滑再生能源的快速波动，进而提高系统稳定性[2]。用户在满足自给自足的条件下，将多余电量卖给国家，通过计量装置，测出馈网电量，增加家庭收入。
1.3用电模式
在夜晚等发电设备无电能输出，且储能设备以储存足够能量时。系统可工作在用电模式下，该模式下储能装置作为主要电源，断开与电网的链接。
2 系统结构和控制思路
整个家庭分布式智能储能用电系统主要由计量采集、控制系统和负荷管理构成。具体结构如下图：
图1、系统物理结构图
2.1计量采集
系统的计量采集主要由两个单向计量装置、一个双向计量装置和家用智能插座完成。
Pg、Pc.i、Pc.o、P1、P2分别为发电装置发电功率、储能功率、储能装置向外发出功率和电线计量装置1、单向计量装置2的测量值。
系统向电网送电的传输功率Ps.o和从电网取电的功率Ps.i可直接由双向计量装置测出。充电模式、充电并网模式、用电模式分别简称为模式一、模式二、模式三。则不同模式下家庭用电总功率为：
2.2 控制系统
通过电质量检测、计量装置等信息采集装置采集整个系统的信息，再将采集到的信息传送给控制系统进行具体控制。采集控制流程如下图：
图2、系统采集控制流程图
智能控制系统作为整个控制系统的核心，对风力和光伏所发电能进行质量检测，当电能质量满足系统设定要求时，启动用电工作模式，电能质量不满足要求时，断开电源和用电设备的联系，使系统工作于储能模式；同时，通过交互终端将计量系统电量发送给主控系统，主控系统通过人机交互平台将用电设备用电量和电能质量发送到手机等移动设备。
2.2.1充电模式判断
电质量检测装置将发电设备所发电能波形采集并发送给控制系统，控制系统将采集波形与参考波形进行比较分析。若波形质量不满足系统要求且储能装置电量不足，则控制开关1关断、开关2导通系统进入充电模式。家庭用电完全由电网承担，发电装置产生的不稳定电流通过调压设备给储能装置充电。控制系统接收P1、双向计量装置检测信息和储能装置电量信息。通过计算比较P1和储能装置判断储能装置和与发电之间线路的故障问题。并通过Ps.i记录用电网电量。
2.2.2充电并网模式判断
电质量检测装置将发电设备所发电能波形采集并发送给控制系统，控制系统将采集波形与参考波形进行比较分析。若波形质量满足系统要求，控制开关1和开关2都保持导通状态进入充电并网模式。发电装置向用户供电的同时给储能装置充电并向电网输送能量。控制系统接收P1、P2、双向计量装置检测信息和储能装置电量信息。记录向电网输送的电量并通过计算比较各采集数据校验数据、矫正系统。
2.2.3充电并网模式判断
若发电装置无电能产生或电能不足，且储能设备电量充足，控制开关1导通、开关2关断系统进入用电模式。用户所用电能完全由储能装置提供。控制系统接收P1、P2和储能装置电量信息。合理分析、规划用电。
2.3负荷管理
通过各个智能插座返回的各个家用电器的用电信息，结合计量装置采集的个时段电能流量信息，建立数据库，科学管理不必要用电设备。生成科学用电建议和指导，分享到人机交互界面，方便用户进行选择和控制。
3 分析
本文所研究的家庭分布式智能储能用电系统，通过储能装置，实现了电能质量的优化，在进行并网时，减小了对电网的冲击。通过智能化计量装置，使用户随时了解家庭的用电情况，便捷快速。本系统通过对分布式电源的应用，通过智能控制系统，实现了家庭用电的自给自足，节能环保。在满足自身需求的同时，将多余电量回馈电网，增加家庭收入。
此系统还可用于区域分布式发电和附近用户的控制管理。
参考文献
[1]Lawrenson P J, Stephenson J M, Blenkinsop P T, et al. Variable speed switched reluctance motors[C]//IEE Proceedings B (Electric Power Applications). IET Digital Library, 1980, 127(4): 253-265.
[2]周琪.电能存储和回馈的协调控制研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学.2015.6.
[3]叶青.家庭分布式能源管理中的通信技术研究[D].北京：华北电力大学.2015.3.
[4]党三磊.武占河.肖勇.李健.家庭分布式能源计量自动化系统的设计与实现[J].电测与仪表,2014,51(14).
作者简介
彭海宁（1997-01），女，汉族，籍贯：山东省菏泽市，学历：本科。
论文作者:彭海宁,孙国鑫,李冠霖,马志康,明以同
论文发表刊物:《电力设备》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/13
标签：装置论文; 电能论文; 储能论文; 系统论文; 分布式论文; 模式论文; 电量论文; 《电力设备》2018年第8期论文;