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摘 要：文章设计一款企业光伏储能微网系统，包含100 kW/400 kWh储能，100 kW分布式光伏;具体采用400 kWh锂电池、100 k双向變流器、100 kW光伏逆变器、EMS能量管理系统，以及防逆流检测设备等。光储微网系统可以实现谷电峰用、削峰填谷、需求响应、应急电源和提供绿色电源的功能，为企业产生直接经济效益和社会效益。
关键词：储能;光伏发电;谷电峰用;需求响应
0 引言
在用电的高峰时段电力较为紧张，特别是迎峰度夏阶段，电网往往承受临界的高负荷运行。工业用电占据整个电网用电的绝大部分，如果在企业里配置光伏储能系统，合理设计运行方案，采用谷电峰用、削峰填谷、需求响应的方式，就可以缓解电网在高峰用电时段压力，还可以为企业节省用电的费用，达到有序用电、科学用电、节约用电的目的。针对这一目的，文章设计一个光储项目方案，即一个容量为 100 kW/400 kWh的储能，100 kW分布式光伏的系统。系统设计能够兼顾电池、光伏、负载、电网之间的充放电特性，电量上能够完成谷电峰用，功率上能够实现削峰填谷，优先消纳光伏电能的作用。
1 系统设计
1.1 系统总体设计
设计电池总容量为400 kWh，整个储能系统布局在集装箱内，包括1台100 kW储能变流器（PCS）、1台光伏逆变器、2台电池存放柜、智能配电柜1台、EMS能量管理系统（EMS）和电池管理系统（BMS）等相关辅助系统， 100 kW光伏发电系统接入储能系统。组件安装在厂房屋顶，如图1所示。
光储微网系统分为光储微网系统和电网侧供配电系统两部分，两者之间采用智能开关连接，通过能量管理系统EMS控制可实现并离网自动投切与分断功能。整个光储系统为独立系统。双向变流器直流侧与蓄电池连接，交流侧与微网母线连接，可实现交直流双向变换，实现电能的释放和存储的功能;光伏逆变器直流侧与光伏组件相连，交流侧与微网母线连接，可实现交流并网功能;同时企业重要负载与微网连接，由微网给重要负载供电，在电网停电的情况下，可由微网不间断地供电;非重要负载接入网侧配电系统[1]。
1.2 电气设计
1.2.1 储能系统电气设计
储能系统设计容量为400 kWh/100 kW，由30个电池包串联成一个电池簇，两个电池簇并联组成储能设备;两个50 kW双向变流器模块组成一台PCS，其直流侧与储能电池连接，交流侧与变压器连接;经变压器隔离变压后接微网母线[2]。
1.2.2 光伏系统电气设计
100 kW分布式光伏发电系统，每个组件功率305 W， 19块组件串联成1组，9组并联接入一台汇流箱，形成一个阵列，共由两个相同阵列组成。两个汇流箱汇流后接入逆变器直流侧，逆变器将光伏直流电能逆变成可并网的交流电接入微网母线。
1.3 能量管理系统设计
能量管理系统EMS是整个系统控制的中心，EMS与系统各组成部分通过485通信，实时和定时采集各组成部分的运行参数和状态信息，发送指令控制微网系统4个模式正常运行。EMS与防逆流设备通信，保证储能电能不逆流上网;EMS采集BMS的电池运行参数和状态信息，用于控制电池科学运行和监控电池状态是否正常;采集PCS运行信息，发送指令控制PCS双向变流的功率和启停时间;同时采集PCS状态信息，用于监控PCS的正常运行;光伏在并离网状态均可发电，优先使用光伏。能量管理系统包含如下几个子单元。
1.3.1 电池管理系统BMS单元
BMS采集电池组信息，监控各电芯的运行状态，对电池信息全面管理，可实现在线SOC诊断、无损主动均衡充电管理、系统保护功能、热管理功能、自我故障诊断与容错技术以及负荷联动控制及优化等，实时与EMS通信。
1.3.2 防逆流单元
防逆流设备安装在网侧低压总线，用于监控总线功率大小和方向，能量管理系统实时采集防逆流设备信息，EMS实时调节PCS输出功率，防止储能电能逆流上网。
1.3.3 大数据平台单元
大数据平台单元是基于网络建立的互联网数据库平台，可支持网页端、手机APP随时随地查看微网运行信息。
2 系统运行方案
光储微网系统由储能单元、光伏发电单元、智能投切单元和EMS能源管理系统单元等组成。光储微网系统与电网侧采用由智能开关唯一连接，可实现秒级自动并网离网功能[3]，交流系统在380 V电压等级运行，4种运行模式如下。
2.1 并网运行模式
并网运行模式是最常用的日常运行模式，储能系统与电网的公共连接点智能投切，系统内的负载可由储能、光伏、电网共同提供，可以实时根据需求调节储能系统的输入、输出电能功率;储能系统高峰时段放电，低谷时段充电运行模式;当光伏发电时段，优先消纳光伏，余电可上网;在并网运行模式下，还可以实现需求响应、削峰填谷等功能。
2.2 并离网切换模式
在电网断电或者故障的情况下，通过智能开关自动断开光储微网与电网的连接，光储微网系统实现秒级从并网运行模式转变为离网运行模式，保证微网侧重要负荷不间断供电。
2.3 离网运行模式
电网停电时，微网系统与电网公共连接点自动断开，此时EMS发指令，控制储能系统自动启动离网运行模式，储能系统向重要负载供电;光伏以微网为背景发电，向微网提供电能;EMS控制储能和光伏，实现功率自动匹配，保证运行稳定的前提下优先使用光伏。离网运行状态可实现备用电源的目的。 2.4 离并网切换模式
电网侧断电后，微网在离网运行状态。当系统检测到市电正常后，光储微网系统从离网状态平滑切换至并网状态，实现并网运行。
3 光储微网系统价值分析
利用峰谷电价差，在谷时充电、峰时放电的方法帮助企业节约用电成本，产生直接经济效益[4];还可以降低变压器总功率，减少或延缓增容的电力投资成本;光储微网系统可以提高单一光伏等不稳定电能供应的稳定度，同时离网运行状态还提高企业自发自用率，带来更大的收益;光储微网系统還可以充当备用电源，减少企业因停电带来的损失;有效降低企业使用电网的月最大负荷，提高低谷时段负荷平均值，使负荷曲线趋于平缓，最大负荷降低可以有效降低企业基本需量电费;同时还可以提高电能质量、参与政府部门的需求侧响应等多重价值作用。
以100 kW/400 kWh储能、100 kW光伏容量微网系统的安徽分时电价为例计算移峰填谷收益，高峰时段电价为 0.907 8元/kWh，低谷时段电价为0.359 9元/kWh，峰谷电价差为0.547 9元/kWh，每月可释放谷电峰用电能1万kWh，效率以87%计。以一充两放模式计算，保守估计移峰填谷每年可产生直接经济效益为：
1×0.54×87%×12=5.6万元。
4 用户应用场景及要求
（1）大工业变压器容量为315 kWA以上或一般工商业用户，用电负荷较大，电费占成本的10%以上。
（2）企业发展前景较好，24小时连续稳定生产或者是两个用电高峰时段连续生产，以便消纳所储电能。
（3）企业最好有这几方面的需求，如移峰填谷、需求响应、备用电源、新能源消纳、微电网组网及电能质量提升、需量电费管理等。其中，移峰填谷是目前用户侧最主要的应用模式。
5 结语
企业光储微网系统具有谷电峰用、需求响应、备用电源、削峰填谷的功能，可以给企业带来节省电费的经济效益，还可以降低停电风险，提高电能质量等;另外随着国家对电力需求侧管理的要求的提高，光储系统还可以参加需求响应，达到科学有序用电的目的。随着经济的发展，企业光储微网系统的应用将会越来越多，为社会发挥更大的作用。
[参考文献]
[1]王晓华，孙德亮，李维华.光储微网系统设计与应用[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2016（1）：79-83.
[2]杨涛，周俊，王文轩，等.储能在光储微电网中的应用研究[J].电力电子技术，2018（6）：72-77.
[3]刘梦超，王生铁，温素芳.光储微电网并离网平滑切换控制策略研究[J].可再生能源，2020（12）：1633-1639.
[4]单栋梁，刘向立，徐利凯，等.用户侧光储充一体化智能微电网系统应用研究[J].电器与能效管理技术，2020（2）：41-46.
（编辑 王永超）
关键词：储能;光伏发电;谷电峰用;需求响应
0 引言
在用电的高峰时段电力较为紧张，特别是迎峰度夏阶段，电网往往承受临界的高负荷运行。工业用电占据整个电网用电的绝大部分，如果在企业里配置光伏储能系统，合理设计运行方案，采用谷电峰用、削峰填谷、需求响应的方式，就可以缓解电网在高峰用电时段压力，还可以为企业节省用电的费用，达到有序用电、科学用电、节约用电的目的。针对这一目的，文章设计一个光储项目方案，即一个容量为 100 kW/400 kWh的储能，100 kW分布式光伏的系统。系统设计能够兼顾电池、光伏、负载、电网之间的充放电特性，电量上能够完成谷电峰用，功率上能够实现削峰填谷，优先消纳光伏电能的作用。
1 系统设计
1.1 系统总体设计
设计电池总容量为400 kWh，整个储能系统布局在集装箱内，包括1台100 kW储能变流器（PCS）、1台光伏逆变器、2台电池存放柜、智能配电柜1台、EMS能量管理系统（EMS）和电池管理系统（BMS）等相关辅助系统， 100 kW光伏发电系统接入储能系统。组件安装在厂房屋顶，如图1所示。
光储微网系统分为光储微网系统和电网侧供配电系统两部分，两者之间采用智能开关连接，通过能量管理系统EMS控制可实现并离网自动投切与分断功能。整个光储系统为独立系统。双向变流器直流侧与蓄电池连接，交流侧与微网母线连接，可实现交直流双向变换，实现电能的释放和存储的功能;光伏逆变器直流侧与光伏组件相连，交流侧与微网母线连接，可实现交流并网功能;同时企业重要负载与微网连接，由微网给重要负载供电，在电网停电的情况下，可由微网不间断地供电;非重要负载接入网侧配电系统[1]。
1.2 电气设计
1.2.1 储能系统电气设计
储能系统设计容量为400 kWh/100 kW，由30个电池包串联成一个电池簇，两个电池簇并联组成储能设备;两个50 kW双向变流器模块组成一台PCS，其直流侧与储能电池连接，交流侧与变压器连接;经变压器隔离变压后接微网母线[2]。
1.2.2 光伏系统电气设计
100 kW分布式光伏发电系统，每个组件功率305 W， 19块组件串联成1组，9组并联接入一台汇流箱，形成一个阵列，共由两个相同阵列组成。两个汇流箱汇流后接入逆变器直流侧，逆变器将光伏直流电能逆变成可并网的交流电接入微网母线。
1.3 能量管理系统设计
能量管理系统EMS是整个系统控制的中心，EMS与系统各组成部分通过485通信，实时和定时采集各组成部分的运行参数和状态信息，发送指令控制微网系统4个模式正常运行。EMS与防逆流设备通信，保证储能电能不逆流上网;EMS采集BMS的电池运行参数和状态信息，用于控制电池科学运行和监控电池状态是否正常;采集PCS运行信息，发送指令控制PCS双向变流的功率和启停时间;同时采集PCS状态信息，用于监控PCS的正常运行;光伏在并离网状态均可发电，优先使用光伏。能量管理系统包含如下几个子单元。
1.3.1 电池管理系统BMS单元
BMS采集电池组信息，监控各电芯的运行状态，对电池信息全面管理，可实现在线SOC诊断、无损主动均衡充电管理、系统保护功能、热管理功能、自我故障诊断与容错技术以及负荷联动控制及优化等，实时与EMS通信。
1.3.2 防逆流单元
防逆流设备安装在网侧低压总线，用于监控总线功率大小和方向，能量管理系统实时采集防逆流设备信息，EMS实时调节PCS输出功率，防止储能电能逆流上网。
1.3.3 大数据平台单元
大数据平台单元是基于网络建立的互联网数据库平台，可支持网页端、手机APP随时随地查看微网运行信息。
2 系统运行方案
光储微网系统由储能单元、光伏发电单元、智能投切单元和EMS能源管理系统单元等组成。光储微网系统与电网侧采用由智能开关唯一连接，可实现秒级自动并网离网功能[3]，交流系统在380 V电压等级运行，4种运行模式如下。
2.1 并网运行模式
并网运行模式是最常用的日常运行模式，储能系统与电网的公共连接点智能投切，系统内的负载可由储能、光伏、电网共同提供，可以实时根据需求调节储能系统的输入、输出电能功率;储能系统高峰时段放电，低谷时段充电运行模式;当光伏发电时段，优先消纳光伏，余电可上网;在并网运行模式下，还可以实现需求响应、削峰填谷等功能。
2.2 并离网切换模式
在电网断电或者故障的情况下，通过智能开关自动断开光储微网与电网的连接，光储微网系统实现秒级从并网运行模式转变为离网运行模式，保证微网侧重要负荷不间断供电。
2.3 离网运行模式
电网停电时，微网系统与电网公共连接点自动断开，此时EMS发指令，控制储能系统自动启动离网运行模式，储能系统向重要负载供电;光伏以微网为背景发电，向微网提供电能;EMS控制储能和光伏，实现功率自动匹配，保证运行稳定的前提下优先使用光伏。离网运行状态可实现备用电源的目的。 2.4 离并网切换模式
电网侧断电后，微网在离网运行状态。当系统检测到市电正常后，光储微网系统从离网状态平滑切换至并网状态，实现并网运行。
3 光储微网系统价值分析
利用峰谷电价差，在谷时充电、峰时放电的方法帮助企业节约用电成本，产生直接经济效益[4];还可以降低变压器总功率，减少或延缓增容的电力投资成本;光储微网系统可以提高单一光伏等不稳定电能供应的稳定度，同时离网运行状态还提高企业自发自用率，带来更大的收益;光储微网系统還可以充当备用电源，减少企业因停电带来的损失;有效降低企业使用电网的月最大负荷，提高低谷时段负荷平均值，使负荷曲线趋于平缓，最大负荷降低可以有效降低企业基本需量电费;同时还可以提高电能质量、参与政府部门的需求侧响应等多重价值作用。
以100 kW/400 kWh储能、100 kW光伏容量微网系统的安徽分时电价为例计算移峰填谷收益，高峰时段电价为 0.907 8元/kWh，低谷时段电价为0.359 9元/kWh，峰谷电价差为0.547 9元/kWh，每月可释放谷电峰用电能1万kWh，效率以87%计。以一充两放模式计算，保守估计移峰填谷每年可产生直接经济效益为：
1×0.54×87%×12=5.6万元。
4 用户应用场景及要求
（1）大工业变压器容量为315 kWA以上或一般工商业用户，用电负荷较大，电费占成本的10%以上。
（2）企业发展前景较好，24小时连续稳定生产或者是两个用电高峰时段连续生产，以便消纳所储电能。
（3）企业最好有这几方面的需求，如移峰填谷、需求响应、备用电源、新能源消纳、微电网组网及电能质量提升、需量电费管理等。其中，移峰填谷是目前用户侧最主要的应用模式。
5 结语
企业光储微网系统具有谷电峰用、需求响应、备用电源、削峰填谷的功能，可以给企业带来节省电费的经济效益，还可以降低停电风险，提高电能质量等;另外随着国家对电力需求侧管理的要求的提高，光储系统还可以参加需求响应，达到科学有序用电的目的。随着经济的发展，企业光储微网系统的应用将会越来越多，为社会发挥更大的作用。
[参考文献]
[1]王晓华，孙德亮，李维华.光储微网系统设计与应用[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2016（1）：79-83.
[2]杨涛，周俊，王文轩，等.储能在光储微电网中的应用研究[J].电力电子技术，2018（6）：72-77.
[3]刘梦超，王生铁，温素芳.光储微电网并离网平滑切换控制策略研究[J].可再生能源，2020（12）：1633-1639.
[4]单栋梁，刘向立，徐利凯，等.用户侧光储充一体化智能微电网系统应用研究[J].电器与能效管理技术，2020（2）：41-46.
（编辑 王永超）