安科瑞 劉邁

　　摘要：隨著新能源在電力系統中的占比不斷增加，儲能技術作為支撐系統，對于平衡供需、提高可再生能源利用率以及增強電力系統穩定性具有重要意義。本文綜述了新能源電力系統中儲能技術的需求、應用現狀以及技術進展，探討了電化學儲能、物理儲能等多種儲能技術的特點、優勢與挑戰，并對未來發展方向進行了展望。

　　關鍵詞：新能源儲能；電力系統；可再生能源；技術進展

　　0.引言

　　在全球能源轉型的大背景下，風能、太陽能等新能源在電力系統中的應用日益廣泛。然而，新能源的間歇性和不性給電力系統的穩定運行帶來了巨大挑戰，儲能技術因此成為解決這些問題的手段。

　　1.新能源電力系統中的儲能需求分析

　　1.1　跨時間尺度的能量平衡

　　新能源發電具有間歇性，如太陽能白天有、晚上無，風能受風力影響不穩定。儲能技術可以在發電過剩時儲存能量，在發電不足時釋放能量，實現不同時間尺度的能量平衡。

　　1.2　提高可再生能源利用率

　　通過儲能技術，可以將新能源發電的多余電量儲存起來，避免棄風、棄光現象，從而提高新能源的利用率。

　　1.3　增強電力系統穩定性

　　儲能系統能夠快速響應電網的功率變化，提供調頻、調壓等輔助服務，增強電力系統的穩定性和可靠性。

　　2.新能源儲能技術分類及應用

　　2.1電化學儲能

　　2.1.1鋰離子電池儲能

　　鋰離子電池具有能量密度高、循環壽命長等優點，是目前應用廣泛的電化學儲能技術。它可用于分布式儲能系統，為家庭、商業用戶提供備用電源，也可在大規模儲能電站中用于調頻、調峰。

　　2.1.2鈉離子電池儲能

　　鈉離子電池資源豐富、成本較低，且具有較好的倍率性能和低溫性能。近年來，其研究和應用逐漸增多，有望在大規模儲能領域與鋰離子電池形成競爭。

　　2.1.3液流電池儲能

　　液流電池的電解液與電分離，具有容量可擴展性強、循環壽命長等優點，適用于大規模儲能場景，如電網調峰、可再生能源基地配套儲能等。

　　2.2物理儲能

　　2.2.1抽水蓄能

　　抽水蓄能是目前成熟的儲能技術之一，利用電力負荷低谷時的電能抽水上水庫，在電力負荷高峰時再放水下水庫發電。它具有儲能容量大、運行壽命長等優點，但受地理條件限制較大。

　　2.2.2壓縮空氣儲能

　　壓縮空氣儲能系統在儲能時利用多余電能驅動壓縮機，將空氣壓縮并儲存于儲氣室中；釋能時釋放高壓空氣驅動膨脹機發電。其儲能容量大、成本相對較低，但能量轉換效率有待提高。

　　2.2.3飛輪儲能

　　飛輪儲能通過電動機將電能轉化為飛輪的動能儲存起來，在需要時再通過發電機將動能轉化為電能輸出。它具有功率密度高、充放電速度快等優點，但能量密度相對較低，適合短時高頻次的功率調節。

　　新能源儲能技術的發展趨勢與挑戰

　　3.1技術發展趨勢

　　3.1.1高性能電材料研發

　　研究人員不斷探索新型電材料，如高性能硅基負材料、富鋰錳基正材料等，以提高電池的能量密度和循環穩定性。

　　3.1.2系統集成與優化

　　儲能系統的集成技術不斷進步，包括電池管理系統、功率轉換系統等的優化設計，以提高整個儲能系統的效率和可靠性。

　　3.1.3多技術融合

　　將不同儲能技術進行組合，如鋰離子電池與液流電池混合儲能系統，發揮各自優勢，滿足不同應用場景的需求。

　　3.2面臨的挑戰

　　3.2.1成本問題

　　儲能系統的初始投資成本較高，尤其是高性能電化學儲能技術，限制了其大規模應用。降低成本是儲能技術未來發展的。

　　3.2.2安全性與可靠性

　　儲能系統在運行過程中存在一定的安全風險，如電池的熱失控、液流電池的電解液泄漏等。提高儲能系統的安全性和可靠性是亟待解決的問題。

　　3.2.3標準與規范缺失

　　儲能技術發展迅速，但相關的標準和規范相對滯后，導致市場混亂，產品質量參差不齊，影響了儲能技術的健康發展。

　　4.安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統解決方案

　　4.1概述

　　安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統具有完善的儲能監控與管理功能，涵蓋了儲能系統設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息，實現了數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢與分析、可視監控、報警管理、統計報表等功能。在應用上支持能量調度，具備計劃曲線、削峰填谷、需量控制、備用電源等控制功能。系統對電池組性能進行實時監測及歷史數據分析、根據分析結果采用智

　　能化的分配策略對電池組進行充放電控制，優化了電池性能，提高電池壽命。系統支持Windows操作系統，數據庫采用SQLServer。本系統既可以用于儲能一體柜，也可以用于儲能集裝箱，是專門用于儲能設備管理的一套軟件系統平臺。

　　4.2適用場合

　　系統可應用于城市、高速公路、工業園區、工商業區、居民區、智能建筑、海島、無電地區可再生能源系統監控和能量管理需求。

　　4.2.1工商業儲能四大應用場景

　　1）工廠與商場：工廠與商場用電習慣明顯，安裝儲能以進行削峰填谷、需量管理，能夠降低用電成本，并充當后備電源應急；

　　2）光儲充電站：光伏自發自用、供給電動車充電站能源，儲能平抑大功率充電站對于電網的沖擊；

　　3）微電網：微電網具備可并網或離網運行的靈活性，以工業園區微網、海島微網、偏遠地區微網為主，儲能起到平衡發電供應與用電負荷的作用；

　　4）新型應用場景：工商業儲能積探索融合發展新場景，已出現在數據、5G基站、換電重卡、港口岸電等眾多應用場景。

　　4.3系統結構

4.4系統功能

　　4.4.1實時監測

　　微電網能量管理系統人機界面友好，應能夠以系統一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各回路斷路器、隔離開關等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。其中，各子系統回路電參量主要有：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數、頻率和正向有功電能累計值；狀態參數主要有：開關狀態、斷路器故障脫扣告警等。

　　系統應可以對分布式電源、儲能系統進行發電管理，使管理人員實時掌握發電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態及發電單元與儲能單元運行功率設置等。

　　系統應可以對儲能系統進行狀態管理，能夠根據儲能系統的荷電狀態進行及時告警，并支持定期的電池維護。

　　微電網能量管理系統的監控系統界面包括系統主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統信息進行顯示。

圖2系統主界面

　　子界面主要包括系統主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統計列表等。

　　4.4.2光伏界面

圖3光伏系統界面

　　本界面用來展示對光伏系統信息，主要包括逆變器直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、并網柜電力監測及發電量統計、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、輻照度/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。

　　4.4.3儲能界面

圖4儲能系統界面

　　本界面主要用來展示本系統的儲能裝機容量、儲能當前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖5儲能系統PCS參數設置界面

　　本界面主要用來展示對PCS的參數進行設置，包括開關機、運行模式、功率設定以及電壓、電流的限值。

圖6儲能系統BMS參數設置界面

　　本界面用來展示對BMS的參數進行設置，主要包括電芯電壓、溫度保護限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。

圖7儲能系統PCS電網側數據界面

　　本界面用來展示對PCS電網側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數等。

圖8儲能系統PCS交流側數據界面

　　本界面用來展示對PCS交流側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數、溫度值等。同時針對交流側的異常信息進行告警。

圖9儲能系統PCS直流側數據界面

　　本界面用來展示對PCS直流側數據，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側的異常信息進行告警。

圖10儲能系統PCS狀態界面

　　本界面用來展示對PCS狀態信息，主要包括通訊狀態、運行狀態、STS運行狀態及STS故障告警等。

圖11儲能電池狀態界面

　　本界面用來展示對BMS狀態信息，主要包括儲能電池的運行狀態、系統信息、數據信息以及告警信息等，同時展示當前儲能電池的SOC信息。

圖12儲能電池簇運行數據界面

　　本界面用來展示對電池簇信息，主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當前電芯的大、小電壓、溫度值及所對應的位置。

　　4.4.4風電界面

圖13風電系統界面

　　本界面用來展示對風電系統信息，主要包括逆變控制一體機直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、風速/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。

　　4.4.5充電樁界面

圖14充電樁界面

　　本界面用來展示對充電樁系統信息，主要包括充電樁用電總功率、交直流充電樁的功率、電量、電量費用，變化曲線、各個充電樁的運行數據等。

　　4.4.6視頻監控界面

圖15微電網視頻監控界面

　　本界面主要展示系統所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實現預覽、回放、管理與控制等。

　　4.4..7發電預測

　　系統應可以通過歷史發電數據、實測數據、未來天氣預測數據，對分布式發電進行短期、超短期發電功率預測，并展示合格率及誤差分析。根據功率預測可進行人工輸入或者自動生成發電計劃，便于用戶對該系統新能源發電的集中管控。

圖16光伏預測界面

　　4.4.8策略配置

　　系統應可以根據發電數據、儲能系統容量、負荷需求及分時電價信息，進行系統運行模式的設置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計劃、需量控制、有序充電、動態擴容等。

圖17策略配置界面

　　4.4.9運行報表

　　應能查詢各子系統、回路或設備時間的運行參數，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。

圖18運行報表

　　4.4.10實時報警

　　應具有實時報警功能，系統能夠對各子系統中的逆變器、雙向變流器的啟動和關閉等遙信變位，及設備內部的保護動作或事故跳閘時應能發出告警，應能實時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護事件名稱、保護動作時刻；并應能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關人員。

圖19實時告警

　　4.4.11歷史事件查詢

　　應能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數、電芯溫度（鋰離子電池）、壓力（液流電池）、光照、風速、氣壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

圖20歷史事件查詢

　　4.4.12電能質量監測

　　應可以對整個微電網系統的電能質量包括穩態狀態和暫態狀態進行持續監測，使管理人員實時掌握供電系統電能質量情況，以便及時發現和消除供電不穩定因素。

　　1）在供電系統主界面上應能實時顯示各電能質量監測點的監測裝置通信狀態、各監測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度和正序/負序/零序電流值；

　　2）諧波分析功能：系統應能實時顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率、A/B/C三相電流總諧波畸變率、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率、偶次諧波電壓總畸變率、偶次諧波電流總畸變率；應能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率、2-63次諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電流含有率；

　　3）電壓波動與閃變：系統應能顯示A/B/C三相電壓波動值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值；應能提供A/B/C三相電壓波動曲線、短閃變曲線和長閃變曲線；應能顯示電壓偏差與頻率偏差；

　　4）功率與電能計量：系統應能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應能顯示三相總有功功率、總無功功率、總視在功率和總功率因素；應能提供有功負荷曲線，包括日有功負荷曲線（折線型）和年有功負荷曲線（折線型）；

　　5）電壓暫態監測：在電能質量暫態事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發生時，系統應能產生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關人員；系統應能查看相應暫態事件發生前后的波形。

　　6）電能質量數據統計：系統應能顯示1min統計整2h存儲的統計數據，包括均值、大值、小值、95%概率值、方均根值。

　　7）事件記錄查看功能：事件記錄應包含事件名稱、狀態（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續時間、事件發生的時間。

圖21微電網系統電能質量界面

　　4.4.13遙控功能

　　應可以對整個微電網系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。系統維護人員可以通過管理系統的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預置、遙控返校、遙控執行的操作順序，可以及時執行調度系統或站內相應的操作命令。

圖22遙控功能

　　4.4.14曲線查詢

　　應可在曲線查詢界面，可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

圖23曲線查詢

　　4.4.15統計報表

　　具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節點的用電情況，即該節點進線用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。對微電網與外部系統間電能量交換進行統計分析；對系統運行的節能、收益等分析；具備對微電網供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數等分析；具備對并網型微電網的并網點進行電能質量分析。

圖24統計報表

　　4.4.16網絡拓撲圖

　　系統支持實時監視接入系統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通信狀態，發生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

圖25微電網系統拓撲界面

　　本界面主要展示微電網系統拓撲，包括系統的組成內容、電網連接方式、斷路器、表計等信息。

　　4.4.17通信管理

　　可以對整個微電網系統范圍內的設備通信情況進行管理、控制、數據的實時監測。系統維護人員可以通過管理系統的主程序右鍵打開通信管理程序，然后選擇通信控制啟動所有端口或某個端口，快速查看某設備的通信和數據情況。通信應支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

圖26通信管理

　　4.4.18用戶權限管理

　　應具備設置用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控操作，運行參數修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

圖27用戶權限

　　4.4.19故障錄波

　　應可以在系統發生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各相關電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力系統安全運行水平有著重要作用。其中故障錄波共可記錄16條，每條錄波可觸發6段錄波，每次錄波可記錄故障前8個周波、故障后4個周波波形，總錄波時間共計46s。每個采樣點錄波少包含12個模擬量、10個開關量波形。

圖28故障錄波

　　4.4.20事故追憶

　　可以自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時掃描數據，包括開關位置、保護動作狀態、遙測量等，形成事故分析的數據基礎。

　　用戶可自定義事故追憶的啟動事件，當每個事件發生時，存儲事故掃描周期及事故后10個掃描周期的有關點數據。啟動事件和監視的數據點可由用戶和隨意修改。

圖29事故追憶

　　5.系統硬件配置清單

6.結語

　　本文分析了新能源儲能技術在電力系統中具有廣闊的應用前景，對于促進新能源的利用和電力系統的穩定運行關重要。雖然目前儲能技術仍面臨諸多挑戰，但隨著技術的不斷進步和成本的降低，其在未來能源結構中的地位將日益重要。

　　參考文獻

　　[1]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版.