安科瑞电气股份有限公司

探究电池储能系统恒功率削峰填谷策略

周文浩

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:以南方电网MW级电池储能示范工程为背景，以求解采用恒功率充放电策略运行的电池储能系统削峰填谷策略为目的，提出了电池储能系统恒功率削峰填谷优化模型及求解该模型的实用简化算法。该算法令电池以*大功率充放电，可以快速求解电池1d充电1次、放电多次情况下的电池储能系统充放电策略，给出了削峰填谷实时控制策略。

关键词:电池储能系统；削峰填谷；恒功率

0.引言

电力系统削峰填谷是负荷管理的重要方面。对电网运营者来说，负荷峰值降低有利于推迟设备容量升级，提高设备利用率，节省设备更新的费用，降低供电成本,对电力用户来说，可以利用峰谷电价差获得经济效益。大规模电池储能系统(batteryenergystoragesystem，BESS)以其独特的优势在削峰填谷方面能够发挥巨大作用。在国外已有许多大规模BESS在运行；在国内，南方电网开展了MW级电池储能系统示范项目，建成了深圳宝清电池储能站(接入深圳碧岭变电站)。本文的研究基于南方电网MW级电池储能项目，并应用于监控系统的*级应用控制部分。

电池储能系统的削峰填谷功能可以分为两步来完成。*一步是日前优化，在新的一天开始前，根据预测出的日负荷曲线，优化出24h的BESS*优充放电策略，即每个时刻电池是否充放电，充放电的功率大小为多少。*二步是实时控制，根据日前优化给出的充放电策略，以及当前时刻的负荷值、电池状态等数据，计算出充放电功率指令并下发给每组电力电子变流器(powerconversionsystem，PCS)。

求解电池储能系统削峰填谷策略的算法主要包括梯度类算法、智能算法、动态规划算法。文献提出用序列二次规划方法求解BESS的运行策略，使其在实时电价系统中获得*大的利润。梯度类算法要求模型连续。文献中提出用智能算法来求解含储能装置的系统*优策略问题，包括遗传算法、模拟退火法、粒子群算法。智能算法的缺点是无法保证收敛到全局*优解。提出用动态规划方法求解BESS削峰填谷日前优化问题，以电池剩余电量或荷电状态(stateofcharge，SOC)为状态变量。采用动态规划算法的好处包括：可以在模型中考虑电池的物理约束，如充放电功率限制，电池中与充放电过程有关的非线性内部损耗约束，电池电压波动约束等；动态规划算法不需要连续函数，且方便使用计算机求解。为了提高计算速度，文献提出了多进程动态规划算法。文献针对微网中的储能系统，提出了基于短期负荷预测的主动控制策略。

电池储能系统采用恒功率的充放电策略，既方便对电池控制，又有利于削峰填谷实时控制。尤其是当负荷高峰提前到来时，若采用恒功率充放电策略，在实时控制时可以根据实际负荷值灵活地控制起始放电时间。本文针对采用恒功率充放电策略运行的电池储能系统，提出恒功率充放电优化模型。为便于实际应用，提出求解该模型的实用简化算法。通过对深圳碧岭站的2组预测负荷数据进行优化，得到电池的充放电策略，验证该实用简化算法的实用性，并与序列二次规划算法的求解结果进行比较。

5.Acrel-2000MG微电网能量管理系统概述

5.1概述

Acrel-2000MG微电网能量管理系统，是我司根据新型电力系统下微电网监控系统与微电网能量管理系统的要求，总结国内外的研究和生产的经验，专门研制出的企业微电网能量管理系统。本系统满足光伏系统、风力发电、储能系统以及充电桩的接入，全天候进行数据采集分析，直接监视光伏、风能、储能系统、充电桩运行状态及健康状况，是一个集监控系统、能量管理为一体的管理系统。该系统在安全稳定的基础上以经济优化运行为目标，促进可再生能源应用，提高电网运行稳定性、补偿负荷波动；有效实现用户侧的需求管理、消除昼夜峰谷差、平滑负荷，提高电力设备运行效率、降低供电成本。为企业微电网能量管理提供安全、可靠、经济运行提供了全新的解决方案。

微电网能量管理系统应采用分层分布式结构，整个能量管理系统在物理上分为三个层：设备层、网络通信层和站控层。站级通信网络采用标准以太网及TCP/IP通信协议，物理媒介可以为光纤、网线、屏蔽双绞线等。系统支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

5.2技术标准

本方案遵循的标准有：

本技术规范书提供的设备应满足以下规定、法规和行业标准：

GB/T26802.1-2011工业控制计算机系统通用规范*1部分：通用要求

GB/T26806.2-2011工业控制计算机系统工业控制计算机基本平台*2部分：性能评定方法

GB/T26802.5-2011工业控制计算机系统通用规范*5部分：场地安全要求

GB/T26802.6-2011工业控制计算机系统通用规范*6部分：验收大纲

GB/T2887-2011计算机场地通用规范

GB/T20270-2006信息安全技术网络基础安全技术要求

GB50174-2018电子信息系统机房设计规范

DL/T634.5101远动设备及系统*5-101部分:传输规约基本远动任务配套标准

DL/T634.5104远动设备及系统*5-104部分:传输规约采用标准传输协议子集的IEC60870-5-网络访问101

GB/T33589-2017微电网接入电力系统技术规定

GB/T36274-2018微电网能量管理系统技术规范

GB/T51341-2018微电网工程设计标准

GB/T36270-2018微电网监控系统技术规范

DL/T1864-2018独立型微电网监控系统技术规范

T/CEC182-2018微电网并网调度运行规范

T/CEC150-2018低压微电网并网一体化装置技术规范

T/CEC151-2018并网型交直流混合微电网运行与控制技术规范

T/CEC152-2018并网型微电网需求响应技术要求

T/CEC153-2018并网型微电网负荷管理技术导则

T/CEC182-2018微电网并网调度运行规范

T/CEC5005-2018微电网工程设计规范

NB/T10148-2019微电网*1部分：微电网规划设计导则

NB/T10149-2019微电网*2部分：微电网运行导则

5.3适用场合

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。

5.4型号说明

Acrel-2000

Acrel-2000系列监控系统

MG

MG—微电网能量管理系统。

5.5系统配置

5.5.1系统架构

本平台采用分层分布式结构进行设计，即站控层、网络层和设备层，详细拓扑结构如下：

图1典型微电网能量管理系统组网方式

5.6系统功能

（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。

图2系统主界面

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。

（2）光伏界面

图3光伏系统界面

本界面用来展示对光伏系统信息，主要包括逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、并网柜电力监测及发电量统计、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、辐照度/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。

（3）储能界面

6.结束语

1）本文提出了电池储能系统恒功率削峰填谷优化模型及求解该模型的实用简化算法，可快速进行日前优化，配合实时控制可实现电池储能系统削峰填谷功能。

2）采用恒功率充放电模型，有利于在实时控制阶段对电池储能系统进行控制。通过改变模型参数可灵活控制电池的充放电次数，延长电池的使用寿命。

3）本文提出的实用简化算法计算速度快，结果稳定，可以用于求解电池储能系统1d充电1次，放电多次情况下的优化策略，但不适用于1d当中充电、放电交叉进行的情况。

4）本文提出了削峰填谷实时控制策略，配合削峰填谷日前优化进行控制。本文提出的模型和算法已成功应用于深圳宝清电池储能站中，现场实测结果证明了该算法的有效性。

参考文献：

[1]陈满，陆志刚，刘怡，丁泽俊，饶宏，鲍冠南，陆超.电池储能系统恒功率削峰填谷优化策略研究．南方电网调峰调频发电公司

[2]唐捷，任震，高志华，等．峰谷分时电价的成本效益分析模型及其应用[J]．电网技术，2007，31(6)：61-66.

[3]汪卫华，张慧敏，陈方．用削峰填谷方法提高供电企业效益的分析[J]．电网技术，2004，28(18)：79-81.

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5版.

[3]张文亮，丘明，来小康．储能技术在电力系统中的应用[J]．电网技术，2008，32(7)：1-9.