淺談新能源電力系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)優(yōu)化分析

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：新能源電力系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用對(duì)提高能源利用效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要意義。本研究旨在深入探討儲(chǔ)能技術(shù)在新能源電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，并通過(guò)性能優(yōu)化手段提高其效能。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)中的儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行研究，可以為推動(dòng)可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用提供理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能技術(shù)；新能源電力系統(tǒng)；性能優(yōu)化

0引言

隨著新能源的廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)面臨著日益復(fù)雜的運(yùn)行和管理問(wèn)題。儲(chǔ)能技術(shù)的引入為解決電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定性和間歇性供電等問(wèn)題提供了新的解決途徑。本文將從儲(chǔ)能技術(shù)的基本原理、應(yīng)用場(chǎng)景出發(fā)，探討其在新能源電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵作用，并進(jìn)一步研究性能優(yōu)化的方法，以提高系統(tǒng)的可靠性和效率。

1儲(chǔ)能技術(shù)基礎(chǔ)及原理

儲(chǔ)能技術(shù)概述

在新能源電力系統(tǒng)中，各種儲(chǔ)能技術(shù)的種類(lèi)繁多，本節(jié)將對(duì)常見(jiàn)的儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行概述，包括電化學(xué)儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能等。首先，電化學(xué)儲(chǔ)能是一種通過(guò)將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能存儲(chǔ)，再將其轉(zhuǎn)化回電能的儲(chǔ)能技術(shù)。其中常見(jiàn)的形式是蓄電池技術(shù)，如鉛酸電池、鋰離子電池等。蓄電池通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將電能儲(chǔ)存為化學(xué)能，并在需要時(shí)釋放電能。這種技術(shù)適用于小規(guī)模的家庭能源存儲(chǔ)、電動(dòng)車(chē)輛和電網(wǎng)調(diào)節(jié)等領(lǐng)域。其次，機(jī)械儲(chǔ)能是利用物理力學(xué)原理將機(jī)械能儲(chǔ)存起來(lái)，再將其轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)。常見(jiàn)的機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能等。例如，抽水蓄能通過(guò)將水抽升到高處儲(chǔ)存潛在能，待需要時(shí)釋放水流驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。這種技術(shù)適用于中長(zhǎng)期能量?jī)?chǔ)存和調(diào)峰填谷等應(yīng)用場(chǎng)景。

儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景

儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用場(chǎng)景多種多樣，主要體現(xiàn)在儲(chǔ)能電站和分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)等方面。儲(chǔ)能電站是一種集中式的儲(chǔ)能系統(tǒng)，通常由大型電池組、壓縮空氣儲(chǔ)能設(shè)備或水泵儲(chǔ)能設(shè)備等構(gòu)成。這些電站能夠在電力系統(tǒng)負(fù)荷較低時(shí)儲(chǔ)存電能，在負(fù)荷較高時(shí)釋放電能，實(shí)現(xiàn)電力平衡。儲(chǔ)能電站具有快速響應(yīng)、靈活性高、調(diào)度能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，能夠有效提高電力系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性。另一方面，分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)是將儲(chǔ)能設(shè)備分布在電力系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的一種儲(chǔ)能方式。分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)通常包括小型電池組、電容器等設(shè)備，可以靈活應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)中的需求變化。分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于能夠在局部范圍內(nèi)提高系統(tǒng)的供電可靠性，減少輸電損耗，并可以與可再生能源發(fā)電設(shè)備進(jìn)行配合，提高電能利用效率。

2儲(chǔ)能技術(shù)性能優(yōu)化方法

2.1智能控制與調(diào)度

智能控制與調(diào)度是儲(chǔ)能技術(shù)性能優(yōu)化的關(guān)鍵一環(huán)。通過(guò)引入智能控制算法和靈活的調(diào)度策略，能夠有效提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的響應(yīng)速度和能效，從而更好地適應(yīng)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化。首先，智能控制算法的運(yùn)用對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能提升至關(guān)重要。這包括采控制算法，如模型預(yù)測(cè)控制（MPC）、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)并作出快速響應(yīng)。這樣的算法能夠基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)作出決策，優(yōu)化儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電過(guò)程，提高能效。其次，儲(chǔ)能系統(tǒng)的調(diào)度策略也是性能優(yōu)化的重要手段。通過(guò)靈活的調(diào)度，可以根據(jù)電力系統(tǒng)的實(shí)際需求對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行合理分配和利用，提高系統(tǒng)的整體效益。例如，在電力需求高峰期，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以通過(guò)合理的調(diào)度將儲(chǔ)存的能量釋放，緩解電力網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2材料與技術(shù)創(chuàng)新

深入研究?jī)?chǔ)能材料的性能是提升儲(chǔ)能系統(tǒng)性能和壽命的關(guān)鍵。在材料與技術(shù)創(chuàng)新方面，一項(xiàng)重要的策略是開(kāi)發(fā)新型材料，具有更高的能量密度、更快的充放電速率和更長(zhǎng)的循環(huán)壽命。例如，針對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)，研究人員正在探索新型電極材料和電解質(zhì)，以提高儲(chǔ)能裝置的能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性。這可能涉及到使用新型納米材料、多孔材料或功能化材料，以?xún)?yōu)化電極表面積和電解質(zhì)的離子傳輸速率。

2.3系統(tǒng)集成與優(yōu)化

系統(tǒng)集成與優(yōu)化是儲(chǔ)能技術(shù)性能優(yōu)化的重要方面，通過(guò)從整體系統(tǒng)的角度出發(fā)，優(yōu)化儲(chǔ)能設(shè)備的配置和運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能的優(yōu)化。首先，系統(tǒng)集成考慮儲(chǔ)能設(shè)備的種類(lèi)、規(guī)模和布局，以確保系統(tǒng)各部分協(xié)同工作，充分發(fā)揮儲(chǔ)能技術(shù)的綜合效益。合理選擇不同類(lèi)型的儲(chǔ)能設(shè)備，如電池組、壓縮空氣儲(chǔ)能裝置等，使它們相互補(bǔ)充，形成一個(gè)有效、穩(wěn)定的整體系統(tǒng)。其次，優(yōu)化儲(chǔ)能設(shè)備的配置，需要考慮電力系統(tǒng)的負(fù)荷特性和峰谷差異。通過(guò)合理配置儲(chǔ)能設(shè)備的位置和容量，可以更好地應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)的需求變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)性能的優(yōu)化。例如，在高峰期，配置更多的儲(chǔ)能設(shè)備用于儲(chǔ)存電能，以應(yīng)對(duì)電力需求的瞬時(shí)增加；而在低谷期，則可以通過(guò)儲(chǔ)能設(shè)備釋放儲(chǔ)存的電能，提高系統(tǒng)的利用率。后，系統(tǒng)運(yùn)行方式的優(yōu)化涉及到調(diào)度策略的制定和實(shí)施。通過(guò)智能控制算法和靈活的調(diào)度策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備的智能化管理，使其在系統(tǒng)運(yùn)行中能夠更加靈活、有效地響應(yīng)電力需求變化，提高系統(tǒng)的整體性能。

3安科瑞Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

3.1概述

Acrel-2000MG儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)是安科瑞專(zhuān)門(mén)針對(duì)工商業(yè)儲(chǔ)能電站研制的本地化能量管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能電站的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢(xún)與分析、可視化監(jiān)控、報(bào)警管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、策略管理、歷史曲線等功能。其中策略管理，支持多種控制策略選擇，包含計(jì)劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等。該系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)下級(jí)各儲(chǔ)能單元的統(tǒng)一監(jiān)控和管理，還可以實(shí)現(xiàn)與上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)和云平臺(tái)的數(shù)據(jù)通訊與交互，既能接受上級(jí)調(diào)度指令，又可以滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控與運(yùn)維，確保儲(chǔ)能系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3.2應(yīng)用場(chǎng)景

適用于工商業(yè)儲(chǔ)能電站、新能源配儲(chǔ)電站。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.4系統(tǒng)功能

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)管

對(duì)微電網(wǎng)的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管，包含市電、光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能、充電樁及用電負(fù)荷，同時(shí)也包括收益數(shù)據(jù)、天氣狀況、節(jié)能減排等信息。

（2）智能監(jiān)控

對(duì)系統(tǒng)環(huán)境、光伏組件、光伏逆變器、風(fēng)電控制逆變一體機(jī)、儲(chǔ)能電池、儲(chǔ)能變流器、用電設(shè)備等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，掌握微電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。

（3）功率預(yù)測(cè)

對(duì)分布式發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行短期、超短期發(fā)電功率預(yù)測(cè)，并展示合格率及誤差分析。

（4）電能質(zhì)量

實(shí)現(xiàn)整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測(cè)。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析及錄波展示，并對(duì)電壓、電流瞬變進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（5）可視化運(yùn)行

實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)無(wú)人值守，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化、便捷化管理;對(duì)重要負(fù)荷與設(shè)備進(jìn)行不間斷監(jiān)控。

（6）優(yōu)化控制

通過(guò)分析歷史用電數(shù)據(jù)、天氣條件對(duì)負(fù)荷進(jìn)行功率預(yù)測(cè)，并結(jié)合分布式電源出力與儲(chǔ)能狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度，以降低尖峰或者高峰時(shí)刻的用電量，降低企業(yè)綜合用電成本。

（7）收益分析

用戶(hù)可以查看光伏、儲(chǔ)能、充電樁三部分的每天電量和收益數(shù)據(jù)，同時(shí)可以切換年報(bào)查看每個(gè)月的電量和收益。

（8）能源分析

通過(guò)分析光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能設(shè)備的發(fā)電效率、轉(zhuǎn)化效率，用于評(píng)估設(shè)備性能與狀態(tài)。

（9）策略配置

微電網(wǎng)配置主要對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)組成、基礎(chǔ)參數(shù)、運(yùn)行策略及統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行設(shè)置。其中策略包含計(jì)劃曲線、削峰填谷、需量控制、新能源消納、逆功率控制等。

4硬件及其配套產(chǎn)品

5總結(jié)

通過(guò)對(duì)新能源電力系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用與性能優(yōu)化的研究，可以有效提高系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力。本文綜合分析了儲(chǔ)能技術(shù)的基礎(chǔ)原理、應(yīng)用場(chǎng)景，并提出了智能控制、材料與技術(shù)創(chuàng)新以及系統(tǒng)集成等方面的性能優(yōu)化方法，為推動(dòng)新能源電力系統(tǒng)的發(fā)展提供了有力支持。

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[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022年05版

作者簡(jiǎn)介：

任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。