淺聊太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)與電能管理

張繼冬

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要： 隨著全球能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)作為一種清潔、可再生的能源利用方式，受到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。本文對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，包括其工作原理、系統(tǒng)組成以及發(fā)展現(xiàn)狀。同時(shí)，深入探討了電能管理在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的重要性，并提出了相應(yīng)的電能管理策略，以提高太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。

2.2.1太陽(yáng)能電池組件
太陽(yáng)能電池組件是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，它由多個(gè)太陽(yáng)能電池片串聯(lián)或并聯(lián)而成。太陽(yáng)能電池片通常采用硅材料制成，分為單晶硅、多晶硅和非晶硅等類型。單晶硅電池轉(zhuǎn)換效率高，但成本也較高；多晶硅電池成本相對(duì)較低，但轉(zhuǎn)換效率略低于單晶硅電池；非晶硅電池具有弱光性能好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但轉(zhuǎn)換效率較低。

2.2.2控制器
控制器的主要作用是對(duì)太陽(yáng)能電池組件的輸出進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，防止蓄電池過(guò)充、過(guò)放和反接等情況的發(fā)生。同時(shí)，控制器還可以對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和顯示。

2.2.3逆變器
逆變器的作用是將太陽(yáng)能電池組件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，以便滿足家庭、企業(yè)等用戶的用電需求。逆變器的性能直接影響到太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出效率和穩(wěn)定性。

2.2.3蓄電池
蓄電池的主要作用是在太陽(yáng)能電池組件無(wú)法發(fā)電或發(fā)電量不足時(shí)，為負(fù)載提供電能。蓄電池的容量和類型應(yīng)根據(jù)用戶的用電需求和太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)模進(jìn)行選擇。

4.2.1充電控制：采用恒流 - 恒壓充電方式，避免蓄電池過(guò)充。在充電初期，采用恒流充電，當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到一定值后，轉(zhuǎn)為恒壓充電，直到蓄電池充滿為止。

4.2.2放電控制：根據(jù)蓄電池的剩余容量和負(fù)載的用電需求，合理控制蓄電池的放電深度，避免蓄電池過(guò)放。同時(shí)，在蓄電池放電過(guò)程中，應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蓄電池的電壓和電流，當(dāng)蓄電池電壓低于一定值時(shí)，應(yīng)及時(shí)切斷負(fù)載，以保護(hù)蓄電池。

4.2.3均衡充電：由于蓄電池在使用過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)單體電池之間的電壓不均衡現(xiàn)象，因此需要定期對(duì)蓄電池進(jìn)行均衡充電，以提高蓄電池的性能和使用壽命。

4.3.1并網(wǎng)控制：采用同步鎖相技術(shù)，使太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出頻率和相位與電網(wǎng)保持一致，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行。同時(shí)，應(yīng)設(shè)置過(guò)流、過(guò)壓、欠壓等保護(hù)裝置，防止系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)對(duì)電網(wǎng)造成影響。

4.3.2功率控制：根據(jù)電網(wǎng)的需求和太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率，合理控制系統(tǒng)的輸出功率，實(shí)現(xiàn)功率的優(yōu)化分配。在白天光照充足時(shí)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)可以向電網(wǎng)輸送多余的電能；在夜晚或陰雨天，電網(wǎng)可以向用戶提供電能。

4.3.孤島檢測(cè)：當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)能夠及時(shí)檢測(cè)到孤島現(xiàn)象，并迅速切斷與電網(wǎng)的連接，以防止對(duì)維修人員造成危險(xiǎn)。

五、安科瑞Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)概述

5.1概述

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，是我司根據(jù)新型電力系統(tǒng)下微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)與微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的要求，總結(jié)國(guó)內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，專門研制出的企業(yè)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)滿足光伏系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)以及充電樁的接入，全天候進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、風(fēng)能、儲(chǔ)能系統(tǒng)、充電樁運(yùn)行狀態(tài)及健康狀況，是一個(gè)集監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理為一體的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上以經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行為目標(biāo)，促進(jìn)可再生能源應(yīng)用，提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性、補(bǔ)償負(fù)荷波動(dòng)；有效實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負(fù)荷，提高電力設(shè)備運(yùn)行效率、降低供電成本。為企業(yè)微電網(wǎng)能量管理提供安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了全新的解決方案。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)應(yīng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，整個(gè)能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個(gè)層：設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層和站控層。站級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議，物理媒介可以為光纖、網(wǎng)線、屏蔽雙絞線等。系統(tǒng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

5.2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

本方案遵循的標(biāo)準(zhǔn)有：

本技術(shù)規(guī)范書(shū)提供的設(shè)備應(yīng)滿足以下規(guī)定、法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T26802.1-2011工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通用規(guī)范1部分：通用要求

GB/T26806.2-2011工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)基本平臺(tái)2部分：性能評(píng)定方法。

GB/T26802.5-2011工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通用規(guī)范5部分：場(chǎng)地安全要求

GB/T26802.6-2011工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通用規(guī)范6部分：驗(yàn)收大綱

GB/T2887-2011計(jì)算機(jī)場(chǎng)地通用規(guī)范

GB/T20270-2006信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)安全技術(shù)要求

GB50174-2018電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范

DL/T634.5101遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)5-101部分:傳輸規(guī)約基本遠(yuǎn)動(dòng)任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)

DL/T634.5104遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)5-104部分:傳輸規(guī)約采用標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議子集的IEC60870-5-網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)101

GB/T33589-2017微電網(wǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定

GB/T36274-2018微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

GB/T51341-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

GB/T36270-2018微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

DL/T1864-2018獨(dú)立型微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行規(guī)范

T/CEC150-2018低壓微電網(wǎng)并網(wǎng)一體化裝置技術(shù)規(guī)范

T/CEC151-2018并網(wǎng)型交直流混合微電網(wǎng)運(yùn)行與控制技術(shù)規(guī)范

T/CEC152-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)需求響應(yīng)技術(shù)要求

T/CEC153-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)負(fù)荷管理技術(shù)導(dǎo)則

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行規(guī)范

T/CEC5005-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范

NB/T10148-2019微電網(wǎng)1部分：微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則

NB/T10149-2019微電網(wǎng)2部分：微電網(wǎng)運(yùn)行導(dǎo)則

5.3適用場(chǎng)合

系統(tǒng)可應(yīng)用于城市、高速公路、工業(yè)園區(qū)、工商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、智能建筑、海島、無(wú)電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。

5.4型號(hào)說(shuō)明

5.5系統(tǒng)功能

5.5.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機(jī)界面友好，應(yīng)能夠以系統(tǒng)一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。其中，各子系統(tǒng)回路電參量主要有：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因數(shù)、頻率和正向有功電能累計(jì)值；狀態(tài)參數(shù)主要有：開(kāi)關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對(duì)分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電管理，使管理人員實(shí)時(shí)掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲(chǔ)能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲(chǔ)能單元運(yùn)行功率設(shè)置等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)告警，并支持定期的電池維護(hù)。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面包括系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能、充電樁及總體負(fù)荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節(jié)能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據(jù)不同的需求，也可將充電，儲(chǔ)能及光伏系統(tǒng)信息進(jìn)行顯示。

5.5.2光伏界面

本界面用來(lái)展示對(duì)光伏系統(tǒng)信息，主要包括逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及報(bào)警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測(cè)及發(fā)電量統(tǒng)計(jì)、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)、發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)、碳減排統(tǒng)計(jì)、輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

5.5.2.1儲(chǔ)能界面

本界面主要用來(lái)展示本系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝機(jī)容量、儲(chǔ)能當(dāng)前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

本界面主要用來(lái)展示對(duì)PCS的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，包括開(kāi)關(guān)機(jī)、運(yùn)行模式、功率設(shè)定以及電壓、電流的限值。

本界面用來(lái)展示對(duì)BMS的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要包括電芯電壓、溫度保護(hù)限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。

本界面用來(lái)展示對(duì)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等。

本界面用來(lái)展示對(duì)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、溫度值等。同時(shí)針對(duì)交流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

5.5.3視頻監(jiān)控界面

本界面主要展示系統(tǒng)所接入的視頻畫(huà)面，且通過(guò)不同的配置，實(shí)現(xiàn)預(yù)覽、回放、管理與控制等。

六、硬件及其配套產(chǎn)品

參考文獻(xiàn)

[1]張健.基于“新商科”的專業(yè)人才培養(yǎng)模式的究與實(shí)踐—一以高職商務(wù)數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用專業(yè)為例[]中國(guó)商論,2018,32

[2]張亞峰.商務(wù)數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用專業(yè)學(xué)生數(shù)據(jù)分析能力培養(yǎng)研究[J].新西部,2018,20

[3]朱吉慶，宋雨昂.太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與前景

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用設(shè)計(jì).2022.05