0引言

目前，随着国家对碳中和目标的推进，可再生能源得到快速发展，例如光伏发电，风力发电等。但是，新能源出力的不稳定性、不连续性对电网的安全性、可靠性、经济性造成一系列的影响。而储能技术因其灵活的充放电能力解决了目前电网所面临的问题[1]。

作为光伏发电系统重要的组成部分，储能单元的顺利运转直接影响着光伏发电系统整体的安全性。考虑到现阶段所使用的储能技术存在的，短板较为明显，有待进一步的提升和完善，尤其是在电网建设持续进行的过程中对应的光伏发电系统也在不断完善，表现出对于储能技术应用的更高需求[2]。

可以说有关储能技术的优化升级是现阶段电网行业发展建设的焦点所在，基于光伏发电系统的实际运转需求确定储能技术的完善方向，具有可行性，这不仅有利于推动储能技术的快速发展，同时可以提高光伏发电系统运行的稳定性和经济性。

1光储系统的发展契机

光伏发电并网系统如图1所示，其工作原理为：光伏电池板首先将接收来的太阳能经逆变器将直流电换为交流，提供给交流负载[3]。

光伏发电系统在运行过程中较容易受到外界因素的干扰，因此表现出较为明显的波动性和间歇性特征，这也是导致不同时间的光伏发电系统的产电量存在差异的原因所在，通常情况下，中午时间段的发电量最多，而早上或晚上的发电量较小。不均衡的发电量会导致一系列的问题，例如发电市场不平衡以及光伏发电利用率低等。

对于该问题的解决路径是使用储能技术实现整体系统的优化以及升级，储能技术是保证电网稳定运行的关键技术,也是推动光伏发电系统技术广泛应用的重要措施之一。该文从光伏发电系统的特点出发,对储能系统在光伏发电系统中的作用和应用情况进行阐述[4-6]。可以说光伏发电系统的快速发展为储能技术的优化升级带来了新的契机，而储能技术的提升同样支撑着光伏发电系统的快速发展。故此近几年，我国关于光储系统的关注度不断提升，持续出台一系列的政策用于推动该领域的技术发展和研发。作为各电网企业也应当抓住此契机，努力研发光储系统。

2光伏发电系统对电网运行的影响

2.1运行调度

光伏电源往往会受到天气因素的干扰，导致调度效率的下降，这种情况在高海拔地区尤为明显。考虑到天气因素不可控，为了有效应对天气因素，对于光伏电源产生的调度影响，同时也为了节约调度成本，保证光伏电源调度过程中的整体安全性，要求相关电网工作人员在具体作业时必须设置对应的保障措施[7]。

在进行光伏电源调度过程中，需要支出一定的经济成本，并且现阶段国内的常规电价和光伏电价存在一定的差异，这也是强调在进行光伏调度时需要考虑经济成本的原因所在，既要追求平稳的调度过程，同时又需要尽可能地对成本进行疏解。在实施调度之前，要求相关人员能够对光伏调动产生影响的各方面因素进行综合考虑，借助技术手段保证调度工作的顺利实施，同时达到节约成本的效果。

2.2系统保护

光伏发电系统的特点在于依靠光照完成发电也就意味着发电量和光照强度直接相关。所发电量通过电力输送系统运输到对应的输出口，在发电量过大的情况下必然会引发较大的功率消耗。若功率消耗在运输系统承载范围之外，必然会导致整体系统平稳运行遭受影响。

尤其是在运输过程中，若电站的输出功率较大的情况下，必然会导致熔断器的工作平衡状态遭受破坏，最终形成对于整个光伏发电系统稳定性的负面影响。而且现阶段所使用的光伏发电系统规模普遍较为庞大，其中包含多个板块共同支撑着整体光伏发电系统的平稳运行[8]。其中就包含电网模块，但是部分电力公司所使用的光伏发电系统中并未配备配电网，选择记录配电网还需要增添其他装置共同维护光伏发电系统的平稳运行。

2.3影响电能质量

由于光伏发电系统的发电量和光照的强度有着直接的关系，也就意味着在不同天气状况下光伏发电系统的总发电量存在显著差异，晴天的发电量明显多于阴天发电量。在高发电量情况下，会带给输电系统更多的压力，而发电量较小同样会产生对应的不利影响[9]。

这也是光伏发电系统发电量不稳定的核心原因所在，不稳定的发电量势必会对整个电力系统的安全稳定运行产生威胁，难以保证供电的电能质量问题。正是由于光伏发电系统存在发电量不稳定的特性，使得电网企业不得不使用储能技术对该问题进行解决，用于弱化不稳定发电量对电力系统产生的干扰。储能技术的主要作用是解决光伏发电系统发电不均衡的问题，确保光伏发电系统所产生的电量能够支持日常生产、生活的用电需求。具体的应用路径是使用大容量储能电站来提高储能效果。

相当于常规的储能站，大容量储能站能够更好地满足电量储能需求，主要用于储存多余的电能。并搭配相应的日常监管工作，针对实际发电情况进行调节。

2.4线路潮流

正常电网运行状态下，线路潮流属于单向传输状态，此时光伏发电系统处于平稳运行状态，发电功能良好，而接入电源之后，则由原先的单向传输转变为双向传输，使得电压的不稳定性提升，这对于光伏发电系统的平稳运行会产生一定的干扰，光伏系统对于线路潮流的具体影响，包括电压越界，频率波动，变压器容量越界等。此时就需要通过增添保护装置用于维护光伏发电系统的平稳运行。

3储能技术在光伏发电系统中的应用

3.1在电力调峰中的应用

光伏发电系统所产电能服务于人们的日常生产和生活电力需求。为了维持电量供应的稳定性，需要采用电力调峰策略。该策略的应用首先能够为光伏发电系统的平稳运行提供支持，这是因为实际的输电运行通常需要根据相应的用电量输送对应的电能，不同时间段输电系统的工作强度有所差异，在用电需求较大时，电力系统所承受的负荷普遍较大，而电力量需求较小时对应的工作负荷则相对较小。

电力系统处于较大负荷时，容易对整体电力系统的稳定性产生负面影响，此时借助储能技术的应用来应对过大负荷带来的压力。并且在电量需求较少时，也能够运用储能技术将光伏发电系统所生产的电量进行存储，以备需求较大时的供应。这种调峰策略能够较好地满足不同时间的人们对于电能的需求，同时也能够实现电力系统的平稳运行状态，减少电力系统承受过多的负荷问题，有利于延长电力系统的使用寿命。

并且实际用电过程中，不同区域的用电高峰期表现出明显的差异，借助储能技术完成电力调控能够保证结合地区实际用电情况进行电能供应。例如部分区域存在较多的工厂，在工作时期的用电需求会比较大，会给电网产生较大的负荷。而通过储能技术就能够将用电量需求较小时光伏发电系统所生产的电能进行存储，服务于用电需求较大的工作阶段，保证电能供应的及时性，不影响工厂的日常运作。因此储能技术在光伏系统的电力调峰中具有重要的应用前景。

3.2在电网电能质量控制中的应用

储能技术在光伏发电系统中关于电能质量的控制，具体体现在有关光伏电网的逆变控制领域，该种控制模式的应用能够显著提高光伏电网发电阶段的稳定性。一般而言，在光伏发电阶段为了达到对于电网电能的全程监控，效果会辅助计算机信息技术，实现对光伏发电相关参数的实时收集，通过实时数据和常规参数进行对比的方式，来了解当前光伏发电系统的运行状态，做到对于电网电能质量的准确把握，当电网电能质量不符合国家输送标准时，就会采用对应的保护策略进行应对，以创新处融技术的方式实现电网电能质量的提升。

这是因为储能技术本身具备一定的控制功能，尤其是对光伏发电过程中的有源滤波进行调整，该项操作能够使得整体光伏发电系统的电压处于稳定状态，并且确保相角始终处于正常值域。相角和电压都属于影响光伏发电系统稳定性的重要因素，通过对相角实时状态的有效监控，在出现偏差时及时使用储能技术对有源滤波进行调整，用于稳定电压对相角实现纠正，共同提高发电质量。

3.3在负荷转移中的应用

储能技术还可以应用于光伏发展系统的负荷转移过程中，对应的应用原理和电力调峰相似，不同之处在于负荷转移中的储能技术应用方式更加灵活。例如在光伏发电系统处于较大发电量，而人们的实际用电需求较小时，此时光伏发电系统所承载的负荷相对较少，若不加以应对就会导致大量电能的浪费，并且光伏发电系统整体的电能生产成本也会大幅度提升。若后续当人们的实际用电需求不断增加，工服发电系统处于较小发电量时，则会影响电能供应质量影响人们的日常生产和生活。

在光伏发电系统处于较小负荷状态下实现多余电能的存储，以应对光伏发电系统高峰负荷状态将所存储的电能进行输送，用于满足人们对于电能的需求。如此以来，光伏发电系统的整体负荷处于相对平衡的状态，运行稳定性更高，能够保证输电质量，节约发电成本。

4安科瑞Acrel-2000ES储能能量管理系统解决方案

4.1概述

安科瑞Acrel-2000ES储能能量管理系统具有完善的储能监控与管理功能，涵盖了储能系统设备(PCS、BMS、电表、消防、空调等)的详细信息，实现了数据采集、数据处理、数据存储、数据查询与分析、可视化监控、报警管理、统计报表等功能。在应用上支持能量调度，具备计划曲线、削峰填谷、需量控制、备用电源等控制功能。系统对电池组性能进行实时监测及历史数据分析、根据分析结果采用智能化的分配策略对电池组进行充放电控制，优化了电池性能，提高电池寿命。系统支持Windows操作系统，数据库采用SQLServer。本系统既可以用于储能一体柜，也可以用于储能集装箱，是专门用于储能设备管理的一套软件系统平台。

4.2适用场合

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。

4.2.1工商业储能四大应用场景

1）工厂与商场：工厂与商场用电习惯明显，安装储能以进行削峰填谷、需量管理，能够降低用电成本，并充当后备电源应急；

2）光储充电站：光伏自发自用、供给电动车充电站能源，储能平抑大功率充电站对于电网的冲击；

3）微电网：微电网具备可并网或离网运行的灵活性，以工业园区微网、海岛微网、偏远地区微网为主，储能起到平衡发电供应与用电负荷的作用；

4）新型应用场景：工商业储能积极探索融合发展新场景，已出现在数据中心、5G基站、换电重卡、港口岸电等众多应用场景。

4.3系统结构

4.4系统功能

4.4.1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。

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。

图4储能系统界面

本界面主要用来展示本系统的储能装机容量、储能当前充放电量、收益、SOC变化曲线以及电量变化曲线。

图5储能系统PCS参数设置界面

本界面主要用来展示对PCS的参数进行设置，包括开关机、运行模式、功率设定以及电压、电流的限值。

图6储能系统BMS参数设置界面

本界面用来展示对BMS的参数进行设置，主要包括电芯电压、温度保护限值、电池组电压、电流、温度限值等。

图7储能系统PCS电网侧数据界面

本界面用来展示对PCS电网侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数等。

图8储能系统PCS交流侧数据界面

本界面用来展示对PCS交流侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数、温度值等。同时针对交流侧的异常信息进行告警。

图9储能系统PCS直流侧数据界面

本界面用来展示对PCS直流侧数据，主要包括电压、电流、功率、电量等。同时针对直流侧的异常信息进行告警。

图10储能系统PCS状态界面

本界面用来展示对PCS状态信息，主要包括通讯状态、运行状态、STS运行状态及STS故障告警等。

图11储能电池状态界面

本界面用来展示对BMS状态信息，主要包括储能电池的运行状态、系统信息、数据信息以及告警信息等，同时展示当前储能电池的SOC信息。

图12储能电池簇运行数据界面

本界面用来展示对电池簇信息，主要包括储能各模组的电芯电压与温度，并展示当前电芯的电压最值、温度值及所对应的位置。

图13风电系统界面

本界面用来展示对风电系统信息，主要包括逆变控制一体机直流侧、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、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、风速/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。

图14充电桩界面

本界面用来展示对充电桩系统信息，主要包括充电桩用电总功率、交直流充电桩的功率、电量、电量费用，变化曲线、各个充电桩的运行数据等。

图15微电网视频监控界面

本界面主要展示系统所接入的视频画面，且通过不同的配置，实现预览、回放、管理与控制等。

4.4.2发电预测

系统应可以通过历史发电数据、实测数据、未来天气预测数据，对分布式发电进行短期、超短期发电功率预测，并展示合格率及误差分析。根据功率预测可进行人工输入或者自动生成发电计划，便于用户对该系统新能源发电的集中管控。

图16光伏预测界面

4.4.3策略配置

系统应可以根据发电数据、储能系统容量、负荷需求及分时电价信息，进行系统运行模式的设置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期计划、需量控制、有序充电、动态扩容等。

图17策略配置界面

4.4.5运行报表

应能查询各子系统、回路或设备规定时间的运行参数，报表中显示电参量信息应包括：各相电流、三相电压、总功率因数、总有功功率、总无功功率、正向有功电能等。

图18运行报表

4.4.6实时报警

应具有实时报警功能，系统能够对各子系统中的逆变器、双向变流器的启动和关闭等遥信变位，及设备内部的保护动作或事故跳闸时应能发出告警，应能实时显示告警事件或跳闸事件，包括保护事件名称、保护动作时刻；并应能以弹窗、声音、短信和电话等形式通知相关人员。

图19实时告警

4.4.7历史事件查询

应能够对遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数、电芯温度（锂离子电池）、压力（液流电池）、光照、风速、气压越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。

图20历史事件查询

4.4.8电能质量监测

应可以对整个微电网系统的电能质量包括稳态状态和暂态状态进行持续监测，使管理人员实时掌握供电系统电能质量情况，以便及时发现和消除供电不稳定因素。

1）在供电系统主界面上应能实时显示各电能质量监测点的监测装置通信状态、各监测点的A/B/C相电压总畸变率、三相电压不平衡度%和正序/负序/零序电压值、三相电流不平衡度%和正序/负序/零序电流值；

2）谐波分析功能：系统应能实时显示A/B/C三相电压总谐波畸变率、A/B/C三相电流总谐波畸变率、奇次谐波电压总畸变率、奇次谐波电流总畸变率、偶次谐波电压总畸变率、偶次谐波电流总畸变率；应能以柱状图展示2-63次谐波电压含有率、2-63次谐波电压含有率、0.5～63.5次间谐波电压含有率、0.5～63.5次间谐波电流含有率；

3）电压波动与闪变：系统应能显示A/B/C三相电压波动值、A/B/C三相电压短闪变值、A/B/C三相电压长闪变值；应能提供A/B/C三相电压波动曲线、短闪变曲线和长闪变曲线；应能显示电压偏差与频率偏差；

4）功率与电能计量：系统应能显示A/B/C三相有功功率、无功功率和视在功率；应能显示三相总有功功率、总无功功率、总视在功率和总功率因素；应能提供有功负荷曲线，包括日有功负荷曲线（折线型）和年有功负荷曲线（折线型）；

5）电压暂态监测：在电能质量暂态事件如电压暂升、电压暂降、短时中断发生时，系统应能产生告警，事件能以弹窗、闪烁、声音、短信、电话等形式通知相关人员；系统应能查看相应暂态事件发生前后的波形。

6）电能质量数据统计：系统应能显示1min统计整2h存储的统计数据，包括均值、最值、95%概率值、方均根值。

7）事件记录查看功能：事件记录应包含事件名称、状态（动作或返回）、波形号、越限值、故障持续时间、事件发生的时间。

图21微电网系统电能质量界面

4.4.9遥控功能

应可以对整个微电网系统范围内的设备进行远程遥控操作。系统维护人员可以通过管理系统的主界面完成遥控操作，并遵循遥控预置、遥控返校、遥控执行的操作顺序，可以及时执行调度系统或站内相应的操作命令。

图22遥控功能

4.4.10曲线查询

应可在曲线查询界面，可以直接查看各电参量曲线，包括三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、SOC、SOH、充放电量变化等曲线。

图23曲线查询

4.4.11统计报表

具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。对微电网与外部系统间电能量交换进行统计分析；对系统运行的节能、收益等分析；具备对微电网供电可靠性分析，包括年停电时间、年停电次数等分析；具备对并网型微电网的并网点进行电能质量分析。

图24统计报表

4.4.12网络拓扑图

系统支持实时监视接入系统的各设备的通信状态，能够完整的显示整个系统网络结构；可在线诊断设备通信状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。

图25微电网系统拓扑界面

本界面主要展示微电网系统拓扑，包括系统的组成内容、电网连接方式、断路器、表计等信息。

4.4.13通信管理

可以对整个微电网系统范围内的设备通信情况进行管理、控制、数据的实时监测。系统维护人员可以通过管理系统的主程序右键打开通信管理程序，然后选择通信控制启动所有端口或某个端口，快速查看某设备的通信和数据情况。通信应支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

图26通信管理

4.4.14用户权限管理

应具备设置用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控操作，运行参数修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

图27用户权限

4.4.15故障录波

应可以在系统发生故障时，自动准确地记录故障前、后过程的各相关电气量的变化情况，通过对这些电气量的分析、比较，对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行水平有着重要作用。其中故障录波共可记录16条，每条录波可触发6段录波，每次录波可记录故障前8个周波、故障后4个周波波形，总录波时间共计46s。每个采样点录波至少包含12个模拟量、10个开关量波形。

图28故障录波

4.4.16事故追忆

可以自动记录事故时刻前后一段时间的所有实时扫描数据，包括开关位置、保护动作状态、遥测量等，形成事故分析的数据基础。

用户可自定义事故追忆的启动事件，当每个事件发生时，存储事故头10个扫描周期及事故后10个扫描周期的有关点数据。启动事件和监视的数据点可由用户规定和随意修改。

图29事故追忆

4.5系统硬件配置清单

5 结束语

现阶段由于储能技术发展不完善，所以在使用过程中还存在着诸多问题，这就要求电力行业在使用储能技术时要做好相应的防护措施，既要让储能技术发挥作用，同时也要避免储能技术破坏光伏系统的运行。在不断提高储能技术水平，从而控制储能技术运营过程中的成本支出，保证经济效益和社会效益的同步实现，让储能技术能够更好地为光伏发电系统服务，提高光伏发电系统的运行稳定性，保证高质量的电能产出，更好的服务于人们的日常用电需求。

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