深圳市中電電力技術(shù)股份有限公司 趙松利 代洪兵

2021年6月20日，國(guó)家能源局綜合司正式下發(fā)了《關(guān)于報(bào)送整縣（市、區(qū)）屋頂分布式光伏開(kāi)發(fā)試點(diǎn)方案的通知》，引導(dǎo)地方政府協(xié)調(diào)更多屋頂資源，擴(kuò)大屋頂分布式光伏的建設(shè)規(guī)模，各地紛紛響應(yīng)，全國(guó)有二十多個(gè)省份相繼下發(fā)了整縣推進(jìn)分布式光伏的文件，各省（自治區(qū)、直轄市）以及新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)共報(bào)送試點(diǎn)縣（市、區(qū)）676個(gè)。整縣（市、區(qū)）分布式光伏規(guī)模化開(kāi)發(fā)是落實(shí)習(xí)近平總書(shū)記“碳達(dá)峰碳中和”戰(zhàn)略部署、構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的重要舉措，在“雙碳”以及國(guó)家能源局大力發(fā)展整縣光伏的背景下，整縣裝光伏已經(jīng)成為大勢(shì)所趨。為了落實(shí)國(guó)家能源局要求，國(guó)家電網(wǎng)公司明確要求全力開(kāi)拓分布式光伏市場(chǎng)。

2021年7月，國(guó)家發(fā)改委在《“十四五”循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》文件中指出“要推進(jìn)園區(qū)循環(huán)化發(fā)展工程，組織園區(qū)企業(yè)實(shí)施清潔生產(chǎn)改造。積極利用余熱余壓資源，推行熱電聯(lián)產(chǎn)、分布式能源及光伏儲(chǔ)能一體化系統(tǒng)應(yīng)用，推動(dòng)能源梯級(jí)利用。”在當(dāng)前碳減排趨勢(shì)不斷深化的大背景下，光伏、儲(chǔ)能等新能源產(chǎn)業(yè)正在成為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新引擎，“光儲(chǔ)充一體化”等綠色環(huán)保型產(chǎn)業(yè)更是得到了國(guó)家和政府的認(rèn)可。

隨著國(guó)家政策相繼發(fā)布，新能源發(fā)展尤其是分布式光伏會(huì)迎來(lái)蓬勃發(fā)展，而光伏發(fā)電具有隨機(jī)性、波動(dòng)性和不穩(wěn)定性，直接接入會(huì)給電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來(lái)一系列問(wèn)題，通過(guò)配合儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)光伏就地消納，減少棄光率的同時(shí)也保證了電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行；因而建設(shè)由分布式光伏、儲(chǔ)能、充電樁組成的光儲(chǔ)充一體化微電網(wǎng)系統(tǒng)是值得研究的應(yīng)用技術(shù)。

1 光儲(chǔ)充一體化微電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展分析及技術(shù)架構(gòu)

據(jù)發(fā)改委能源研究所預(yù)測(cè)：到2050年光伏發(fā)電量將從目前不到4%上升到40%左右。伴隨著大量分布式光伏等新能源接入，即便是小規(guī)模的縣可開(kāi)發(fā)的分布式光伏資源可達(dá)100～500MW，大規(guī)模的縣可達(dá)GW級(jí)別，高比例新能源的接入對(duì)于電網(wǎng)的沖擊將十分明顯，極大的改變了傳統(tǒng)配電網(wǎng)的潮流特性，在光伏發(fā)電峰值時(shí)會(huì)造成雙向潮流，造成接入點(diǎn)的電壓越限，增加配電網(wǎng)日常運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)損耗，惡化配電網(wǎng)的整體供電質(zhì)量。高比例分布式光伏接入的配電網(wǎng)涌現(xiàn)了諸多問(wèn)題與挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在以下方面：

系統(tǒng)電力電子化：伴隨新能源等規(guī)?；尤?，導(dǎo)致配電系統(tǒng)越發(fā)電力電子化，慣量低，對(duì)擾動(dòng)的耐受力下降；運(yùn)行方式多樣化：交直流混聯(lián)、源荷不確定性等，導(dǎo)致配電網(wǎng)運(yùn)行方式將更加多樣化，潮流雙向化；故障處理復(fù)雜化：在有源配電網(wǎng)故障處理方面，潮流方向不再是從高壓向低壓的單相潮流，潮流方向、電壓變化都與常規(guī)電網(wǎng)差異較大；感知數(shù)據(jù)異構(gòu)化：感知數(shù)據(jù)不僅包含結(jié)構(gòu)化的狀態(tài)數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)，也包含非結(jié)構(gòu)化的視頻、音頻、圖像和文本數(shù)據(jù)等，導(dǎo)致多源數(shù)據(jù)具有異構(gòu)性[1]；分布式資源規(guī)模化：包含可再生能源、微電網(wǎng)、微能源系統(tǒng)、虛擬電廠、儲(chǔ)能裝置、柔性負(fù)荷等海量的分布式柔性可控資源，規(guī)模大、容量小，分布在不同層級(jí)母線節(jié)點(diǎn)上。

因此，研究光儲(chǔ)充一體化智能微網(wǎng)技術(shù)可著力解決配電網(wǎng)就地層控制難、臺(tái)區(qū)級(jí)控制難、配網(wǎng)級(jí)控制難等諸多難點(diǎn)。按照分層、分級(jí)、就地平衡的原則，在配電網(wǎng)不需要重構(gòu)、大規(guī)模改造的前提下，實(shí)現(xiàn)分布式光伏“應(yīng)接盡接”，推動(dòng)高比例分布式光伏的就地消納、提高能源系統(tǒng)綜合效率。

通過(guò)分析分布式光伏的出力特性，提出了配電網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和薄弱環(huán)節(jié)的識(shí)別方法，結(jié)合應(yīng)用需求提出分布式儲(chǔ)能的布局方法；考慮到促進(jìn)分布式光伏的就地消納、電網(wǎng)調(diào)峰、線路擁塞管理等多個(gè)典型應(yīng)用場(chǎng)景，提取與縣域電網(wǎng)典型場(chǎng)景有關(guān)的目標(biāo)函數(shù)與約束條件，建立起各典型應(yīng)用場(chǎng)景的儲(chǔ)能配置模型。

分析各典型應(yīng)用場(chǎng)景發(fā)生的可能性，基于概率抽樣的方法綜合考慮多種應(yīng)用場(chǎng)景，提出多場(chǎng)景融合的儲(chǔ)能優(yōu)化配置方法，實(shí)現(xiàn)滿足配電網(wǎng)多類型應(yīng)用需求的儲(chǔ)能優(yōu)化配置。研究光儲(chǔ)充微電網(wǎng)運(yùn)行模式下充電樁有序運(yùn)行技術(shù)，通過(guò)分析微電網(wǎng)光伏發(fā)電特點(diǎn)、儲(chǔ)能控制方式、負(fù)荷使用情況等因素，建立充電樁有序運(yùn)行模型，分析制定充電樁有序運(yùn)行策略。針對(duì)高強(qiáng)度多態(tài)噪聲的快速抑制、寬頻帶多分量快速感知、寬頻帶多分量辨識(shí)、時(shí)鐘同步技術(shù)等關(guān)鍵問(wèn)題，開(kāi)展分布式光伏并網(wǎng)點(diǎn)寬頻域電能質(zhì)量同步監(jiān)測(cè)技術(shù)研究。

圖1 總體技術(shù)框架

設(shè)計(jì)寬頻域電能質(zhì)量同步監(jiān)測(cè)裝置的架構(gòu)，開(kāi)發(fā)裝置的單元模塊并進(jìn)行測(cè)試，研制寬頻域電能質(zhì)量同步監(jiān)測(cè)裝備，為新型配電網(wǎng)電能質(zhì)量機(jī)理、分析、治理等技術(shù)研究提供最基礎(chǔ)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)支撐。建立光儲(chǔ)充一體化協(xié)調(diào)控制模型，研究協(xié)調(diào)控制算法，實(shí)現(xiàn)電池儲(chǔ)能、充放電樁及光伏陣列的協(xié)同控制及光儲(chǔ)充一體化的穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)分布式光伏出力就地消納、削峰填谷和源荷友好互動(dòng)，最大限度地利用光儲(chǔ)充一體化的價(jià)值[2]。

2 光儲(chǔ)充一體化微電網(wǎng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 分布式儲(chǔ)能容量配置技術(shù)

通過(guò)時(shí)序生產(chǎn)模擬方法，對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行模擬計(jì)算，充分考慮了電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中的各種約束條件的影響以及光伏的出力特性，提出配電網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和薄弱環(huán)節(jié)的識(shí)別方法。依據(jù)縣域電網(wǎng)分布式光伏并網(wǎng)接入方式、網(wǎng)架信息、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的地理位置信息和實(shí)際應(yīng)用需求，提出分布式儲(chǔ)能的布局方法?？紤]到配電網(wǎng)促進(jìn)分布式光伏的就地消納、電網(wǎng)調(diào)峰、線路擁塞管理等多個(gè)典型場(chǎng)景的目標(biāo)函數(shù)和約束條件，分別構(gòu)建其儲(chǔ)能優(yōu)化配置模型。分析各典型應(yīng)用場(chǎng)景發(fā)生的可能性，基于概率抽樣的方法，考慮不同場(chǎng)景發(fā)生的概率，在模型中計(jì)以及多種應(yīng)用場(chǎng)景的目標(biāo)函數(shù)與約束條件，并且考慮了不同電源的運(yùn)行約束，電網(wǎng)約束以及儲(chǔ)能的運(yùn)行約束等，構(gòu)建多場(chǎng)景融合的儲(chǔ)能優(yōu)化配置模型并提出其求解方法。

2.2 充電樁有序運(yùn)行技術(shù)

首先根據(jù)微網(wǎng)光伏發(fā)電情況分析其發(fā)電特點(diǎn)，建立光伏、其他基礎(chǔ)用電負(fù)荷和儲(chǔ)能設(shè)備的微電網(wǎng)能量管理模型，以光伏棄電量最低為目標(biāo)，基于分時(shí)電價(jià)引導(dǎo)策略，提出一種光儲(chǔ)充電站的儲(chǔ)能充放電控制方法；其次，基于電動(dòng)汽車(chē)接入充電樁時(shí)的剩余電量、電池容量、停車(chē)時(shí)長(zhǎng)、充電需求及充放電功率分析電動(dòng)汽車(chē)充放電行為，以電動(dòng)汽車(chē)充電成本最低及放電收益最大為優(yōu)化目標(biāo)建立電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷模型和用戶價(jià)格模型。

最后，通過(guò)微網(wǎng)光儲(chǔ)充放電控制策略制定的分時(shí)充電服務(wù)價(jià)格，將優(yōu)化后的充電時(shí)段劃分為引導(dǎo)峰時(shí)段、引導(dǎo)平時(shí)段和引導(dǎo)谷時(shí)段，建立引導(dǎo)峰平谷時(shí)段模型，通過(guò)數(shù)值表示充電時(shí)段的引導(dǎo)峰平谷屬性，在此基礎(chǔ)上解和用戶價(jià)格響應(yīng)模型，建立引導(dǎo)后電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷模型，提出電動(dòng)汽車(chē)充電樁有序充電運(yùn)行策略[3]。

2.3 并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)

通過(guò)局部回歸平滑濾波等方法對(duì)同步采樣波形數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)脈沖噪聲檢測(cè)與快速抑制；研究基于頻譜門(mén)檻值的感知方法等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)寬頻帶多分量快速感知，為其辨識(shí)提供先驗(yàn)信息；研究基于離散傅里葉變換等辨識(shí)方法，實(shí)現(xiàn)寬頻帶多分量快速辨識(shí)[4]；綜合現(xiàn)有同步授時(shí)技術(shù)，設(shè)計(jì)適用于寬頻域電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的高可靠性、高精度、滿足泛在接入需求的同步授時(shí)方式。設(shè)計(jì)寬頻域電能質(zhì)量同步監(jiān)測(cè)裝置的架構(gòu)，主要包括軟件架構(gòu)、硬件架構(gòu)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)接口等；研制寬頻域電能質(zhì)量同步監(jiān)測(cè)裝備，開(kāi)發(fā)裝置內(nèi)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)模塊、實(shí)時(shí)錄波模塊、存儲(chǔ)模塊等各單元模塊，測(cè)試單元模塊及集成的整機(jī)，并將該寬頻域電能質(zhì)量同步監(jiān)測(cè)裝備應(yīng)用至黃州區(qū)的示范項(xiàng)目。

2.4 光儲(chǔ)充就地協(xié)調(diào)控制技術(shù)

首先，綜合分析光伏發(fā)電情況、儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行情況及電動(dòng)汽車(chē)充放電情況等多方面的運(yùn)行特性，提出考慮購(gòu)電費(fèi)用和蓄電池循環(huán)電量的多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型。一方面需盡最大可能保證光伏發(fā)出的電量全部自己消納；另一方面，儲(chǔ)能在配合光伏進(jìn)行電量自消納時(shí)盡量減少儲(chǔ)能充放電循環(huán)次數(shù)以延長(zhǎng)使用壽命；其次，考慮電動(dòng)車(chē)充放電的時(shí)間、電動(dòng)車(chē)電池充放電功率和電池所剩容量大小、市電網(wǎng)供電功率、系統(tǒng)負(fù)荷功率平衡的約束條件；結(jié)合非支配排序遺傳算法NSGA-II算法對(duì)建立的多目標(biāo)優(yōu)化模型進(jìn)行求解[5]。

最后，結(jié)合具體算例，在不同光照和電動(dòng)車(chē)電池初始容量大小條件下，求解出多組最優(yōu)解集；從中選取具有典型性的調(diào)度方案，分析光伏各組件功率調(diào)節(jié)范圍的合理性，實(shí)現(xiàn)分布式光伏就地消納、削峰填谷，最大限度地利用光儲(chǔ)充一體化微網(wǎng)系統(tǒng)的價(jià)值。

3 光儲(chǔ)充一體化微電網(wǎng)系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn)

考慮多場(chǎng)景融合的儲(chǔ)能優(yōu)化配置策略分析：光伏發(fā)電具有較大的波動(dòng)性、間歇性以及不確定性，尤其是在高比例光伏接入的配電網(wǎng)中，光伏對(duì)電網(wǎng)的影響就更為突出，使電網(wǎng)同時(shí)面臨促進(jìn)分布式光伏就地消納、電網(wǎng)調(diào)峰、線路擁塞管理等多個(gè)場(chǎng)景。然而現(xiàn)有的儲(chǔ)能優(yōu)化配置方法大多針對(duì)單一場(chǎng)景，鮮有考慮多場(chǎng)景融合的儲(chǔ)能綜合優(yōu)化配置策略，無(wú)法滿足配電網(wǎng)不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。因此，計(jì)及配電網(wǎng)光伏出力特性，基于配電網(wǎng)多典型應(yīng)用場(chǎng)景，研究配電網(wǎng)多應(yīng)用場(chǎng)景融合技術(shù)，提出考慮多場(chǎng)景融合的儲(chǔ)能優(yōu)化配置策略，是本課題的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)之一。

圖2 光儲(chǔ)充就地協(xié)調(diào)控制技術(shù)路線

多光伏協(xié)調(diào)控制技術(shù)：對(duì)于多光伏微網(wǎng)，受外界環(huán)境因素的影響，光伏的輸出功率容易存在較大的波動(dòng)，導(dǎo)致系統(tǒng)功率存在不平衡，僅靠電動(dòng)汽車(chē)充放電協(xié)同控制策略平抑光伏波動(dòng)仍有較大的不確定性。隨著配電網(wǎng)中多組光伏的接入，多個(gè)光伏間的協(xié)調(diào)與互補(bǔ)可有效平抑光伏的整體功率波動(dòng)。對(duì)于微網(wǎng)中的多光伏系統(tǒng)，為減小光伏輸出波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響，勢(shì)必需要各個(gè)光伏協(xié)調(diào)控制在不同的運(yùn)行模式。但目前的大部分研究都僅針對(duì)單個(gè)光伏自身的控制，較少直接研究多個(gè)光伏間協(xié)調(diào)控制策略。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)建設(shè)光儲(chǔ)充一體化智能微網(wǎng)系統(tǒng)，促進(jìn)可再生能源就地消納，提高能源利用效率，降低用能成本，提高用電可靠性，達(dá)到大樓用電自給自足，余量上網(wǎng)的目的，與大電網(wǎng)靈活互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)備用、調(diào)峰、需求側(cè)響應(yīng)等雙向服務(wù)，助力多能互補(bǔ)與能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，促進(jìn)節(jié)能減排。