基于聚合平臺(tái)的光儲(chǔ)充電站運(yùn)行模式研究

劉邦金，彭鵬，鄒倫森*

（1.廣州調(diào)峰調(diào)頻科技發(fā)展有限公司，廣東 廣州 510000 2.南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

為提高能源利用效率，降低運(yùn)營(yíng)成本，部分園區(qū)或工商業(yè)用戶將光伏電站、電池儲(chǔ)能電站、充電站合并起來(lái)，建成光儲(chǔ)充電站。但是，光伏、儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車充電（V2G 充電樁）都需要在合理的運(yùn)行控制模式下運(yùn)行，才能發(fā)揮出其節(jié)能、降本的優(yōu)勢(shì)。否則，不光不能提高能效，反而帶來(lái)安全隱患。本文中，以電動(dòng)汽車為移動(dòng)式儲(chǔ)能與電池儲(chǔ)能、光伏聯(lián)合運(yùn)行技術(shù)，通過(guò)聚合調(diào)度控制思維，對(duì)光儲(chǔ)充集成電站進(jìn)行調(diào)度運(yùn)行模式優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 光儲(chǔ)充電站系統(tǒng)組成

本項(xiàng)目中光儲(chǔ)充電站有集成儲(chǔ)充一體化裝置1套、充放電樁3個(gè)、光伏系統(tǒng)1套，通過(guò)400 V交流低壓并網(wǎng)。光儲(chǔ)充電站的系統(tǒng)一次拓?fù)淙鐖D1所示。630 kW變流器是主要的并網(wǎng)功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，用來(lái)實(shí)現(xiàn)裝置的全部并網(wǎng)功率。240 kW變流器是儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換裝置，在離網(wǎng)時(shí)，可穩(wěn)定直流母線電壓。光伏DCDC和240 kW群管群控充放電樁可作為間歇性發(fā)電設(shè)備，后者也可作為間歇性負(fù)載。

圖 1 光儲(chǔ)充電站一次拓?fù)?/p>

2 光儲(chǔ)充電站功能設(shè)計(jì)

光儲(chǔ)充一體化充放電裝置的能量管理系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)電站內(nèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)、群管群控充放電樁、光伏系統(tǒng)的協(xié)同控制，進(jìn)行各設(shè)備的遙測(cè)、遙信、遙調(diào)、遙控，具備接入上層監(jiān)控云平臺(tái)的通信接口。

監(jiān)控系統(tǒng)主要包含能量管理系統(tǒng)（EMS）和現(xiàn)地采集系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控充放電樁、儲(chǔ)充放一體設(shè)備、光伏發(fā)電裝置、暖通系統(tǒng)和消防系統(tǒng)等。EMS采用Modbus TCP與變流器系統(tǒng)（630 kW變流器、240 kW DCDC、36 kW變流器、120 kW DCDC）的總控通訊（包括一路急停硬接線）。變流器系統(tǒng)的總控接收EMS調(diào)度，執(zhí)行遙調(diào)和遙控指令，并協(xié)調(diào)控制 36 kW 變流器、630 kW變流器、240 kW DCDC、120 kW DCDC設(shè)備的開機(jī)時(shí)序和功率調(diào)度，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定直流母線電壓和各設(shè)備充放電控制的同步。EMS采用IEC 61870-104 規(guī)約與群管群控充放電樁通訊，可分別控制4個(gè)終端的充電和放電啟?？刂啤MS可與電池儲(chǔ)能管理云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，可接受控制指令。

儲(chǔ)充一體化充放電設(shè)備具體功能如下：

（1）具有群管群控充放電樁，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車與電網(wǎng)的能量互動(dòng)（V2G技術(shù)），能根據(jù)車輛需求智能分配充放電槍的充放電功率，實(shí)現(xiàn)單槍最大充放電功率120kW，平均單槍充放電功率60 kW，滿足4臺(tái)小汽車充電、2臺(tái)大巴汽車充電的需求；

（2）具備光伏發(fā)電系統(tǒng)電氣一次、二次的接口，滿足不小于 120 kWp的光伏發(fā)電系統(tǒng)接入及系統(tǒng)監(jiān)控；

（3）集成電池儲(chǔ)能系統(tǒng)容量240 kW/500 kWh，滿足調(diào)峰、調(diào)頻運(yùn)行等多類型應(yīng)用；

（4）總變流器（AC/DC）功率為630 kW，在直流側(cè)接入群管群控充放電樁、光伏發(fā)電系統(tǒng)、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)；

（5）具有并/離網(wǎng)切換功能，可保證設(shè)備直流側(cè)重要負(fù)荷不斷電。

3 運(yùn)行控制模式

3.1 交流并網(wǎng)模式

結(jié)合第2.1節(jié)大工業(yè)用戶需量管理的應(yīng)用場(chǎng)景，交流并網(wǎng)主要運(yùn)行模式為削峰填谷，以廣東峰谷時(shí)段為例：

（1）夜間00:00–07:00谷段期間，光伏系統(tǒng)停止工作，優(yōu)先給電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能系統(tǒng)充滿電，且母線電壓根據(jù)電池側(cè)直流電壓動(dòng)態(tài)調(diào)整（見(jiàn)圖2）。

圖 2 00:00–07:00運(yùn)行方式

（2）日間8:00–14:00平段期間，電池系統(tǒng)和240 kW DCDC 停止工作，優(yōu)先利用光伏電量參與調(diào)峰，直流母線電壓根據(jù)光伏直流電壓748.8～796.8 V在738.8～785 V 范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)調(diào)整（見(jiàn)圖3）。

圖 3 8:00–14:00運(yùn)行方式

（3）日間14:00–17:00峰段期間，由于儲(chǔ)能配置為2 h系統(tǒng)，優(yōu)先儲(chǔ)能系統(tǒng)240 kW +光伏系統(tǒng)最大120 kW + 240 kW群管群控充放電樁參與調(diào)峰，且母線電壓根據(jù)電池側(cè)電壓658.8～750 V 在 750～800 V 范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)調(diào)整（見(jiàn)圖4）。

圖 4 14:00–17:00 運(yùn)行方式

（4）傍晚 17:00–19:00 平段期間，由于此時(shí)光伏系統(tǒng)發(fā)電能力較弱，可停止發(fā)電，但是為了保證夜間峰段用電，需將儲(chǔ)能電池系統(tǒng)充滿，且母線電壓根據(jù)電池側(cè)直流電壓動(dòng)態(tài)調(diào)整，為電池系統(tǒng)充電（見(jiàn)圖 5）。

圖 5 17:00–19:00 運(yùn)行方式

（5）夜間 19:00–22:00 峰段期間，由于此時(shí)光伏系統(tǒng)無(wú)發(fā)電能力，240 kW DCDC 和 240 kW 群管群控充放電樁參與放電（視用戶負(fù)荷情況確定放電功率），且母線電壓根據(jù)電池側(cè)直流電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整（見(jiàn)圖 6）。

圖 6 19:00–22:00 運(yùn)行方式

（6）夜間 22:00–24:00 平段期間，由于此時(shí)光伏系統(tǒng)無(wú)發(fā)電能力，儲(chǔ)能系統(tǒng)可為電動(dòng)汽車充電提供電能，但不參與用戶需量管理，且母線電壓根據(jù)電池側(cè)直流電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

3.2 直流離網(wǎng)模式

直流離網(wǎng)模式中，直流設(shè)備 240 kW DCDC、120 kWp 光伏、240 kW 群管群控充放電樁與電網(wǎng)脫離，由 240 kW DCDC 建立直流母線（見(jiàn)圖 7），具體如下：

圖 7 直流離網(wǎng)模式

（1）夜間 00:00–07:00 谷段期間，光伏系統(tǒng)停止工作，市電優(yōu)先為電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能系統(tǒng)充電，且母線電壓根據(jù)電池側(cè)直流電壓動(dòng)態(tài)調(diào)整。該時(shí)間段不適合切換到直流離網(wǎng)模式。

（2）日間 8:00–14:00 平段期間，電池系統(tǒng)和240 kW DCDC 停止工作。由于儲(chǔ)能電池系統(tǒng)在夜間已經(jīng)充滿，優(yōu)先利用光伏發(fā)電為電動(dòng)汽車充電，且不足的功率由儲(chǔ)能系統(tǒng)提供。直流母線電壓根據(jù)電池直流電壓 658.8～750 V 在 750～800 V 范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)調(diào)整。沒(méi)有車輛需要充電時(shí)，光伏系統(tǒng)為儲(chǔ)能系統(tǒng)充電。

（3）日間 14:00–17:00 峰段期間，電池系統(tǒng)和 240 kW DCDC 停止工作。由于儲(chǔ)能電池系統(tǒng)在夜間已經(jīng)充滿電，優(yōu)先利用光伏發(fā)電為電動(dòng)汽車充電，且不足的功率由儲(chǔ)能系統(tǒng)提供。直流母線電壓根據(jù)電池直流電壓 658.8～750 V 在 750～800 V 范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)調(diào)整。沒(méi)有車輛進(jìn)行充電時(shí)，由光伏系統(tǒng)為儲(chǔ)能系統(tǒng)充電，或者由車輛通過(guò)群管群控充放電樁為儲(chǔ)能系統(tǒng)充電。為了保證隨時(shí)可接受車輛參與有序充電，儲(chǔ)能系統(tǒng)需留有一定的備用容量來(lái)接受電動(dòng)汽車放電。

（4）傍晚 17:00–19:00 平段期間，由于此時(shí)光伏系統(tǒng)發(fā)電能力較弱，可停止發(fā)電，優(yōu)先儲(chǔ)能系統(tǒng)為電動(dòng)車充電提供電能，且母線電壓根據(jù)電池側(cè)直流電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

（5）夜間19:00–22:00 峰段期間，由于此時(shí)光伏系統(tǒng)無(wú)發(fā)電能力，優(yōu)先儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò) 240 kW DCDC 為電動(dòng)車充電提供電能，或者車輛通過(guò)群管群控充放電樁為儲(chǔ)能系統(tǒng)充電。為了保證隨時(shí)可接受車輛參與有序充電，儲(chǔ)能系統(tǒng)需留有一定的備用容量來(lái)接受電動(dòng)汽車放電。母線電壓根據(jù)電池側(cè)直流電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

（6）夜間 22:00–24:00 平段期間，由于此時(shí)光伏系統(tǒng)無(wú)發(fā)電能力，優(yōu)先儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò) 240 kW DCDC 為電動(dòng)車充電提供電能，或者車輛通過(guò)群管群控充放電樁為儲(chǔ)能系統(tǒng)充電。為了保證隨時(shí)可接受車輛參與有序充電，儲(chǔ)能系統(tǒng)需留有一定的備用容量來(lái)接受電動(dòng)汽車放電。母線電壓根據(jù)電池側(cè)直流電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

3.3 黑啟動(dòng)模式

在電網(wǎng)故障時(shí)，可為 400 V 接入點(diǎn)的系統(tǒng)提供應(yīng)急供電。

4 結(jié)論

光儲(chǔ)充聚合運(yùn)行控制模式解決了光儲(chǔ)充電站穩(wěn)定、可靠、高效運(yùn)行的問(wèn)題。通過(guò)以上運(yùn)行模式的設(shè)計(jì)，光儲(chǔ)充電站系統(tǒng)有一個(gè)可靠性的運(yùn)行模式，安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)可以滿足能量最大化使用，確保光伏系統(tǒng)發(fā)電全額消納或者并網(wǎng)輸送，電動(dòng)汽車有序充電，并實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)需求側(cè)響應(yīng)，適時(shí)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行反送電。