企業光儲微網系統設計與價值分析

昌鋒

摘 要：文章設計一款企業光伏儲能微網系統，包含100 kW/400 kWh儲能，100 kW分布式光伏;具體采用400 kWh鋰電池、100 k雙向變流器、100 kW光伏逆變器、EMS能量管理系統，以及防逆流檢測設備等。光儲微網系統可以實現谷電峰用、削峰填谷、需求響應、應急電源和提供綠色電源的功能，為企業產生直接經濟效益和社會效益。

關鍵詞：儲能;光伏發電;谷電峰用;需求響應

0 ? 引言

在用電的高峰時段電力較為緊張，特別是迎峰度夏階段，電網往往承受臨界的高負荷運行。工業用電占據整個電網用電的絕大部分，如果在企業里配置光伏儲能系統，合理設計運行方案，采用谷電峰用、削峰填谷、需求響應的方式，就可以緩解電網在高峰用電時段壓力，還可以為企業節省用電的費用，達到有序用電、科學用電、節約用電的目的。針對這一目的，文章設計一個光儲項目方案，即一個容量為? ? ? ? 100 kW/400 kWh的儲能，100 kW分布式光伏的系統。系統設計能夠兼顧電池、光伏、負載、電網之間的充放電特性，電量上能夠完成谷電峰用，功率上能夠實現削峰填谷，優先消納光伏電能的作用。

1 ? 系統設計

1.1 系統總體設計

設計電池總容量為400 kWh，整個儲能系統布局在集裝箱內，包括1臺100 kW儲能變流器（PCS）、1臺光伏逆變器、2臺電池存放柜、智能配電柜1臺、EMS能量管理系統（EMS）和電池管理系統（BMS）等相關輔助系統，? ? ? ? 100 kW光伏發電系統接入儲能系統。組件安裝在廠房屋頂，如圖1所示。

光儲微網系統分為光儲微網系統和電網側供配電系統兩部分，兩者之間采用智能開關連接，通過能量管理系統EMS控制可實現并離網自動投切與分斷功能。整個光儲系統為獨立系統。雙向變流器直流側與蓄電池連接，交流側與微網母線連接，可實現交直流雙向變換，實現電能的釋放和存儲的功能;光伏逆變器直流側與光伏組件相連，交流側與微網母線連接，可實現交流并網功能;同時企業重要負載與微網連接，由微網給重要負載供電，在電網停電的情況下，可由微網不間斷地供電;非重要負載接入網側配電系統[1]。

1.2? 電氣設計

1.2.1 儲能系統電氣設計

儲能系統設計容量為400 kWh/100 kW，由30個電池包串聯成一個電池簇，兩個電池簇并聯組成儲能設備;兩個50 kW雙向變流器模塊組成一臺PCS，其直流側與儲能電池連接，交流側與變壓器連接;經變壓器隔離變壓后接微網母線[2]。

1.2.2? 光伏系統電氣設計

100 kW分布式光伏發電系統，每個組件功率305 W， 19塊組件串聯成1組，9組并聯接入一臺匯流箱，形成一個陣列，共由兩個相同陣列組成。兩個匯流箱匯流后接入逆變器直流側，逆變器將光伏直流電能逆變成可并網的交流電接入微網母線。

1.3? 能量管理系統設計

能量管理系統EMS是整個系統控制的中心，EMS與系統各組成部分通過485通信，實時和定時采集各組成部分的運行參數和狀態信息，發送指令控制微網系統4個模式正常運行。EMS與防逆流設備通信，保證儲能電能不逆流上網;EMS采集BMS的電池運行參數和狀態信息，用于控制電池科學運行和監控電池狀態是否正常;采集PCS運行信息，發送指令控制PCS雙向變流的功率和啟停時間;同時采集PCS狀態信息，用于監控PCS的正常運行;光伏在并離網狀態均可發電，優先使用光伏。能量管理系統包含如下幾個子單元。

1.3.1? 電池管理系統BMS單元

BMS采集電池組信息，監控各電芯的運行狀態，對電池信息全面管理，可實現在線SOC診斷、無損主動均衡充電管理、系統保護功能、熱管理功能、自我故障診斷與容錯技術以及負荷聯動控制及優化等，實時與EMS通信。

1.3.2? 防逆流單元

防逆流設備安裝在網側低壓總線，用于監控總線功率大小和方向，能量管理系統實時采集防逆流設備信息，EMS實時調節PCS輸出功率，防止儲能電能逆流上網。

1.3.3? 大數據平臺單元

大數據平臺單元是基于網絡建立的互聯網數據庫平臺，可支持網頁端、手機APP隨時隨地查看微網運行信息。

2 系統運行方案

光儲微網系統由儲能單元、光伏發電單元、智能投切單元和EMS能源管理系統單元等組成。光儲微網系統與電網側采用由智能開關唯一連接，可實現秒級自動并網離網功能[3]，交流系統在380 V電壓等級運行，4種運行模式如下。

2.1 并網運行模式

并網運行模式是最常用的日常運行模式，儲能系統與電網的公共連接點智能投切，系統內的負載可由儲能、光伏、電網共同提供，可以實時根據需求調節儲能系統的輸入、輸出電能功率;儲能系統高峰時段放電，低谷時段充電運行模式;當光伏發電時段，優先消納光伏，余電可上網;在并網運行模式下，還可以實現需求響應、削峰填谷等功能。

2.2? 并離網切換模式

在電網斷電或者故障的情況下，通過智能開關自動斷開光儲微網與電網的連接，光儲微網系統實現秒級從并網運行模式轉變為離網運行模式，保證微網側重要負荷不間斷供電。

2.3? 離網運行模式

電網停電時，微網系統與電網公共連接點自動斷開，此時EMS發指令，控制儲能系統自動啟動離網運行模式，儲能系統向重要負載供電;光伏以微網為背景發電，向微網提供電能;EMS控制儲能和光伏，實現功率自動匹配，保證運行穩定的前提下優先使用光伏。離網運行狀態可實現備用電源的目的。

2.4? 離并網切換模式

電網側斷電后，微網在離網運行狀態。當系統檢測到市電正常后，光儲微網系統從離網狀態平滑切換至并網狀態，實現并網運行。

3 ? 光儲微網系統價值分析

利用峰谷電價差，在谷時充電、峰時放電的方法幫助企業節約用電成本，產生直接經濟效益[4];還可以降低變壓器總功率，減少或延緩增容的電力投資成本;光儲微網系統可以提高單一光伏等不穩定電能供應的穩定度，同時離網運行狀態還提高企業自發自用率，帶來更大的收益;光儲微網系統還可以充當備用電源，減少企業因停電帶來的損失;有效降低企業使用電網的月最大負荷，提高低谷時段負荷平均值，使負荷曲線趨于平緩，最大負荷降低可以有效降低企業基本需量電費;同時還可以提高電能質量、參與政府部門的需求側響應等多重價值作用。

以100 kW/400 kWh儲能、100 kW光伏容量微網系統的安徽分時電價為例計算移峰填谷收益，高峰時段電價為? ? ?0.907 8元/kWh，低谷時段電價為0.359 9元/kWh，峰谷電價差為0.547 9元/kWh，每月可釋放谷電峰用電能1萬kWh，效率以87%計。以一充兩放模式計算，保守估計移峰填谷每年可產生直接經濟效益為：

1×0.54×87%×12=5.6萬元。

4 用戶應用場景及要求

（1）大工業變壓器容量為315 kWA以上或一般工商業用戶，用電負荷較大，電費占成本的10%以上。

（2）企業發展前景較好，24小時連續穩定生產或者是兩個用電高峰時段連續生產，以便消納所儲電能。

（3）企業最好有這幾方面的需求，如移峰填谷、需求響應、備用電源、新能源消納、微電網組網及電能質量提升、需量電費管理等。其中，移峰填谷是目前用戶側最主要的應用模式。

5 結語

企業光儲微網系統具有谷電峰用、需求響應、備用電源、削峰填谷的功能，可以給企業帶來節省電費的經濟效益，還可以降低停電風險，提高電能質量等;另外隨著國家對電力需求側管理的要求的提高，光儲系統還可以參加需求響應，達到科學有序用電的目的。隨著經濟的發展，企業光儲微網系統的應用將會越來越多，為社會發揮更大的作用。

[參考文獻]

[1]王曉華，孫德亮，李維華.光儲微網系統設計與應用[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2016（1）：79-83.

[2]楊濤，周俊，王文軒，等.儲能在光儲微電網中的應用研究[J].電力電子技術，2018（6）：72-77.

[3]劉夢超，王生鐵，溫素芳.光儲微電網并離網平滑切換控制策略研究[J].可再生能源，2020（12）：1633-1639.

[4]單棟梁，劉向立，徐利凱，等.用戶側光儲充一體化智能微電網系統應用研究[J].電器與能效管理技術，2020（2）：41-46.

（編輯 王永超）