企业微电网中的储能能量管理
集成光伏发电、风力发电、蓄电池－氢储能混合储能系统的交流微网既可以平抑新能源输出的功率波动，削减并网时对电网的冲击影响。还可以克服单一蓄电池储能功率受限的问题，提高能源利用率。并网系统要求微网具有不间断运行的能力，如何平滑微网内各储能装置的出力，使得能量输出满足并网标准，同时降低系统能量损耗是混合储能系统的重要研究内容。
本文以光/风/蓄电池－氢储能构成的交流微网为对象，提出一种基于模型预测－动态规划的能量调度策略，实现面向混合储能出力的有限时域优化控制。充分结合蓄电池和氢燃料电池的储能特性，设计满足并网标准、降低储能充放电成本和降低系统能量损失的三个目标函数，结合约束条件，采用动态规划算法构建控制方程得到混合储能系统能量调度方案，实现微网的稳定运行。
１ 交流微网混合储能模型
交流微网混合储能系统包含光伏发电、风力发电以及蓄电池－氢混合储能系统，微网通过交流母线与大电网连接，氢储能装置由电解水、燃料电池、储氢装置三个部分组成。电解水装置消纳光伏和风电制氢，产生的氢气存储在储氢装置中作为燃料电池的反应物，蓄电池－氢储能混合储能系统具有调节速度快、稳定性好等优点，交流微网结构如图１所示。
图 １ 交流微网结构
图中PPV为光伏出力，单位为KWH。PW为风电出力，单位为KW。PB为蓄电池功率，单位为KW。充电时，PB<0，放电时PB>0，PH为氢储能装置的充放电功率，单位为KW。燃料电池发出功率时，PH>0电解槽吸收功率时，PH<0，PL为负载消耗功率，单位为KW。
式中:EB(t)为蓄电池剩余电量，EBmax为蓄电池额定容量，ηB为光伏/ 风电能量经蓄电池存储及放电并网过程中的转换效率，ηBC为蓄电池充电效率，ηBD为蓄电池放电效率，SOC(State Of Charge)为蓄电池荷电状态，Δt为采样时间。
2 混合储能预测模型
模型预测是结合采样时刻测量值和前瞻预测值，将模型输出反馈作用于被控对象，对目标函数滚动优化，修正预测模型，预测模型输出控制量施加于混合储能系统，根据混合储能系统中蓄电池和氢储能装置的剩余能量决定储能装置的出力，执一个步长后，更新状态变量值和光伏/风电功率预行测值，滚动优化直至调度周期结束。
2.1 预测模型
采用灰色模型GM(1.N)与BP 神经网络组合预测方法,得到前瞻预测周期内光伏和风电功率预测值。预测周期 Ts内,预测模型接收光伏、风电功率预测值,预测周期内有N次滚动优化,t+ kΔt对应k个采样点。
通过对混合储能出力控制,实现储能设备在良好状态下运行。在采样时刻k,取控制变量为:
2.2 目标函数
对于混合储能的交流微网，既要考虑输出电能符合并网标准，还要考虑系统运行经济性成本，同时保障系统能量效率，减少损失。
(1)并网功率波动: 为体现储能系统平抑波动的能力,以微网中光伏和风电的并网功率波动小为控制目标,并网波动越限幅值ΔＰＧ、越限时间占比 ΔＰＴ 表示为:
4安科瑞Acrel-2000ES储能能量管理系统解决方案
4.1概述
安科瑞Acrel-2000ES储能能量管理系统具有完善的储能监控与管理功能，涵盖了储能系统设备(PCS、BMS、电表、消防、空调等)的详细信息，实现了数据采集、数据处理、数据存储、数据查询与分析、可视化监控、报警管理、统计报表等功能。在应用上支持能量调度，具备计划曲线、削峰填谷、需量控制、备用电源等控制功能。系统对电池组性能进行实时监测及历史数据分析、根据分析结果采用智能化的分配策略对电池组进行充放电控制，优化了电池性能，提高电池寿命。系统支持Windows操作系统，数据库采用SQLServer。本系统既可以用于储能一体柜，也可以用于储能集装箱，是专门用于储能设备管理的一套软件系统平台。
4.2适用场合
4.2.1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。
4.2.2工商业储能四大应用场景
1）工厂与商场：工厂与商场用电习惯明显，安装储能以进行削峰填谷、需量管理，能够降低用电成本，并充当后备电源应急；
2）光储充电站：光伏自发自用、供给电动车充电站能源，储能平抑大功率充电站对于电网的冲击；
3）微电网：微电网具备可并网或离网运行的灵活性，以工业园区微网、海岛微网、偏远地区微网为主，储能起到平衡发电供应与用电负荷的作用；
4）新型应用场景：工商业储能探索融合发展新场景，已出现在5G基站、换电重卡、港口岸电等众多应用场景。
4.3系统结构
4.4.1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：三相电流、三相电压、总有功功率、总无功功率、总功率因数、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。
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。
光伏界面
5结论
针对光伏/风电/蓄电池－氢混合储能微网系统调度运行问题,本文提出基于模型预测－动态规划的能量管理策略，该策略可以协调蓄电池和燃料电池的功率分配，具有并网平波抵制功能且具有良好的经济性，算例分析表明，优化后的储能系统可有效提升电源能量管理的经济性和可靠性水平，为新能源高渗透率下的电网灵活调控提供有力支撑。未来还需要进一步开展储能健康管理、多时间尺度协调优化等方面的深入研究，促进储能技术与电源能量管理的深度融合。
参考文献
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