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基于能量云管理平台的分布式储能系统技术应用研究

广州市电力工程设计院有限公司的研究人员毕伟撰文,为引导需求侧优化用能管理水平、参与电网高峰负荷削减,实现能源利用效率的整体提升,本文简述了分布式储能技术在电力需求侧管理中应用建设的背景、意义。

从技术应用条件、建设模式上分析了在电力需求侧管理中应用分布式储能技术的可行性。探索基于能量云管理平台的分布式储能系统,提出了系统的层次结构并描述了各层之间的关系。详细设计了系统的物理架构、功能架构,并分析了系统关键技术。

本设计方案已应用于广州市通信基站闲散储能示范项目的研发建设,为广州电力需求侧管理工作提供了技术支撑。未来,将对为能效管理与需求响应业务在南网范围内的推广实施奠定技术基础。

在大力推行供给侧结构性改革和新电改的行业背景下,电力作为特殊商品,开展有效、合理、规范用能工作,提高需求侧用电能效管理水平,以辅助实现节能的目的。通过用电能效管理和监控的信息化、可视化,提高资源配置效率,以互联网、云计算管理手段,盘活需求侧闲置电力资源,开展科学规范的需求侧管理工作,对于深入挖掘用户侧资产利用效率以及用电节能潜力是非常有必要的。

基于能量云管理平台的分布式储能系统,即融合了当前互联网信息化技术、云计算技术和分布式储能技术,通过采用电池能量交换系统和电池能量管控云平台等能源互联网的核心装备,将海量的碎片化闲置电池储能资源盘活为电网可以调度利用的大规模分布式储能系统,实现基于“虚拟电厂”的配电网储能系统。

基于能量云管理平台的分布式储能系统技术应用研究

1 分布式储能应用于需求侧管理意义

在电能产生和消耗的过程中,由于新能源发电(太阳能、风能)的间隙性和负荷的随机性等原因,造成电能供求之间在时间和空间上不平衡,特别是以太阳能发电为主的分布式电源在需求侧大量的接入,将加剧配电网中电压的波动,给配电网用户的电能质量、安全运行以及供电可靠性带来较大影响。

电网企业为最大限度满足电网的远期适应性,在电网的规划、设计、运行和调度时,按照满足年最高峰负荷时的安全需求原则考虑。研究表明,高峰负荷持续的时间相对整个电网运行周期而言并不长,据统计我国95%以上的高峰负荷年累计持续运行时间仅占几十个小时,然而年最大负荷利用小时数却有几千小时,显然为满足高峰时段负荷而扩建增容乃至投入巨资改造电网是很不经济的。

分布式储能靠近用户侧,有电池储能、相变储能、蓄冷蓄热储能、飞轮储能、抽水储能、超级电容储能及压缩空气储能等众多方式,其中,电池储能方式在千瓦时级至兆瓦时级储能有着其他储能方式不可比拟的优势。

目前用户侧存在数亿kWh的分散闲置电池储能资源,如通信基站电池、各种不间断电源(UPS)电池、梯次利用电池等,海量分布式储能设备的广域协调,利用其可调度储能容量产生聚集效应实现电网与用户之间电力交换和互动响应,能够提供远距离、大容量的能量调度能力,可为电力需求侧管理工作提供巨大的潜力支撑。由于储能设备具备电源和负荷的双重特性,设想在用户侧负荷附近都装设储能设备,根据峰平谷电价机制,在高峰时段的用户用电成本升高。

因此,为节省电费成本,用户会选择主动放弃使用电网电能,改用储能电能,利用储能电源特性促使电网负荷下降。反之在低谷期时段,电价随之降低,用户侧的储能装置转为从电网侧吸收电能,利用储能负荷特性促使电网负荷上升。

综上所述,在需求侧建设储能系统,可有效减少电力负荷的峰谷差,平抑分布式电力随机性和间隙性带来的电力波动,提高电力系统资产利用率水平,优化电网资源配置。由此可见,利用分布式储能装置实现需求侧管理的做法十分必要。

2 基于能量云管理平台的分布式储能的技术应用可行性分析

2.1 应用条件

1)信息资源保障

电网企业作为能量云管理平台的运营主体有着先天优势,其线上已具备完善的的运营业务系统,包括计量自动化系统、营销管理信息系统、配网生产管理系统、GIS系统、调度自动化系统、配网自动化系统以及充电桩管理平台,能够覆盖各种运营业务的全量数据,为分布式储能云管理平台的运营提供全信息资源保障和数据支撑。

2)设备技术支撑

目前市面上已经出现针对铅酸蓄电池的BMS产品及类似产品,部分产品已充分考虑了电池组中各单体充放电过程中的不可避免差异性,在均衡一致性管理功能中得到改善并开发应用实践示范项目,不仅支持全新电池,还可适用于退役电池组,应用领域更为广泛。其中有种基于电池网络拓扑动态重构技术的铅酸电池能量交换机代表了世界铅酸电池管控技术的最前沿。

该款产品也已在圣阳电源的CNAS电池测试中心完成测试,电池管控能力比传统技术有显著提升,运行稳定可靠,具备了规模部署的条件。

3)储能市场广阔

铅碳产品+储能应用+再生铅的模式,以及动力电池梯次利用的模式,均可作为储能行业循环经济利用的典范,尤其是电池梯次利用技术开发将为分布式储能提供巨大的电池市场。目前,电动汽车退役动力电池暂未形成市场规模效应和完善的价格机制。

调研发现,现有价格已经与铅酸蓄电池市场价非常接近,随着国家的大力支持电动汽车产业发展,未来梯次利用动力电池市场将十分广阔,成本有望进一步下降。

2.2 建设条件

现阶段城市化高速发展时期,电网建设的土地征地难题,已经是阻碍电网工程建设的普遍问题,分布式储能位于用户端,或利用用户自身现有的储能资源进行技术改造,有效回避了征地环节。另外,分布式储能具有容量小型分散化的特点,现有国家或行业储能标准对小型的储能系统并未有严苛的安装条件限制,随着电池技术的不断革新,未来即插即用可以实现双向互动的分布式储能,将会被应用在社会中的各个角落。

3 系统架构设计

3.1 系统物理架构

基于能量云管理平台的分布式储能系统架构图如图1所示。

基于能量云管理平台的分布式储能系统由以下几部分组成:需求侧端储能设备监控与数据采集层、网络传输链路层、能量云管理服务层和用户服务层。

需求侧端储能设备监控与数据采集层由电池管理系统或能量交换机中的测控及保护装置、数据采集装置、通信装置(具备规约转化及集线功能)等构成,是将电池信息及能量采集数据传输至后台云端的发起层。

图1 基于能量云管理平台的分布式储能系统架构图

基于能量云管理平台的分布式储能系统技术应用研究
网络传输链路层是作为提供用户设备信息通向云端的链路,可采用有线传输和无线传输方案,推荐采用4G/3G无线传输方案,运维方式通用,投资较小,利于降低成本。

能量云管理服务层由传输层、数据存储层、应用层组成。传输层设置二次安防,保证远程通信数据传输的安全性和可靠性;数据存储层基于关系型数据库管理系统应用软件完成海量分布式数据存储,提供对分布式储能设备大规模数据的存储预处理;应用层包括监控中心、控制策略、通知中心等核心业务实现。

用户服务层为各种分布式储能用户群提供服务和访问接口,支持Web客户端、智能手机及平板电脑客户端应用,但需要对用户服务和用户权限进行管理。

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