某服務(wù)區(qū)光儲(chǔ)充微電網(wǎng)優(yōu)化控制設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李明君

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 202412

摘要：隨著河南省源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化政策的推進(jìn)，高速公路服務(wù)區(qū)作為交通行業(yè)的重要組成部分，亟需實(shí)現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型。微電網(wǎng)優(yōu)化控制技術(shù)在服務(wù)區(qū)的應(yīng)用，不僅能夠有效整合光伏、儲(chǔ)能和充電樁等資源，還能滿足防逆流要求，提升新能源消納能力。本文以河南交投某高速服務(wù)區(qū)為例，設(shè)計(jì)了光儲(chǔ)充微電網(wǎng)優(yōu)化控制方案，通過協(xié)調(diào)控制器和智慧能源管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)能源的高效調(diào)度與管理。該方案在降低充電成本、提升光伏自消納比例、減少變壓器容量等方面取得了顯著成效，為類似場(chǎng)景提供了可借鑒的解決方案。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)、協(xié)調(diào)控制器、防逆流、新能源消納、智慧能源管理平臺(tái)

1.                      引言

在“雙碳”目標(biāo)背景下，“河南省人民政府辦公廳關(guān)于印發(fā)河南省加快推進(jìn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化實(shí)施方案的通知”要求“加快推進(jìn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化，建設(shè)新型能源體系”，實(shí)施范圍包含高速公路、國(guó)省干線、鐵路等交通基礎(chǔ)設(shè)施場(chǎng)景。

交通行業(yè)作為能源消耗和碳排放的重要領(lǐng)域，正積極探索綠色低碳發(fā)展路徑。河南省源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化政策的實(shí)施，為高速公路服務(wù)區(qū)的能源轉(zhuǎn)型提供了政策支持。微電網(wǎng)作為一種新型能源供應(yīng)模式，能夠有效整合分布式能源、儲(chǔ)能系統(tǒng)和負(fù)荷需求，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用和低碳運(yùn)行。本文以河南某高速服務(wù)區(qū)為例，探討光儲(chǔ)充微電網(wǎng)優(yōu)化控制的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，為高速行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型提供參考。

2.                      項(xiàng)目背景

在雙碳目標(biāo)、國(guó)家及河南省政策背景下，交投集團(tuán)提出要落實(shí)全省新業(yè)倍增行動(dòng)和綠色低碳轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，依托高速公路資產(chǎn)和土地資源集聚優(yōu)勢(shì)搭建新能源發(fā)展平臺(tái)，統(tǒng)籌開展光伏、充換電儲(chǔ)能、能源智慧管理及相關(guān)配套服務(wù)等業(yè)務(wù)，為指導(dǎo)后續(xù)工作的有序開展，特開展京港澳高速公路沿線建設(shè)工作。主要圍繞京港澳高速沿途共設(shè)有中牟、鄭州北、澠池、漯河、許昌、靈寶、長(zhǎng)葛、商丘、開封等255個(gè)服務(wù)區(qū)和收費(fèi)站，實(shí)現(xiàn)每個(gè)光儲(chǔ)充微電網(wǎng)站點(diǎn)的智慧管理以及優(yōu)化控制，完成新能源消納、防逆流等控制需求，提升各個(gè)光儲(chǔ)充微電網(wǎng)站點(diǎn)的安全可靠、綠色經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

鄭州某服務(wù)區(qū)北區(qū)位于連霍高速公路K588公里處，距高速西出口2kM,距東出口5kM。該服務(wù)區(qū)日均車流量大，能源需求較高。為實(shí)現(xiàn)綠色低碳目標(biāo)，服務(wù)區(qū)新增1臺(tái)630kVA低壓變壓器，并建設(shè)了包含光伏發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)和充電樁的微電網(wǎng)系統(tǒng)。微電網(wǎng)的組成包括：

光伏發(fā)電系統(tǒng)：裝機(jī)容量100kW，年均發(fā)電量約12萬度；

儲(chǔ)能系統(tǒng)：容量125kW/261kWh，用于削峰填谷和應(yīng)急備用；

充電樁：配置5臺(tái)120kW直流快充樁，滿足電動(dòng)汽車充電需求。

由于該區(qū)所屬電力公司要求不允許反向送電，因此服務(wù)區(qū)除了要實(shí)現(xiàn)光儲(chǔ)充微電網(wǎng)的監(jiān)測(cè)管理優(yōu)化控制提升新能源更好的利用之外，還需做防逆流控制，以確保微電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3.                      方案設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目基于智慧能源管理平臺(tái)、智慧儲(chǔ)能、智慧光伏、智慧充電，實(shí)現(xiàn)新能源充電場(chǎng)站更高收益、更優(yōu)體驗(yàn)、降容增效等目標(biāo)，搭建“AI智能+光儲(chǔ)充+N”源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化管理系統(tǒng)，系統(tǒng)具備高兼容性的通信控制能力和信息交互能力，可下探至微網(wǎng)系統(tǒng)基本組成單元，實(shí)現(xiàn)光儲(chǔ)充站點(diǎn)能量使用監(jiān)測(cè)與智能控制、設(shè)備診斷等功能。智慧能源管理平臺(tái)與微網(wǎng)系統(tǒng)各組成單元之間建立本地通信組網(wǎng)，形成“云-邊-端”的三層架構(gòu)。

系統(tǒng)架構(gòu)具體設(shè)計(jì)如下：

數(shù)據(jù)采集層：光伏逆變器、儲(chǔ)能變流器、充電樁、電表、防逆流保護(hù)裝置等設(shè)備；

通信層：通過網(wǎng)線/光纖將數(shù)據(jù)傳輸至協(xié)調(diào)控制器；

應(yīng)用層：智慧能源管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、策略優(yōu)化和可視化展示。

本方案采用光儲(chǔ)充與市電信息接入?yún)f(xié)調(diào)控制器，通過智慧能源管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的優(yōu)化控制。相關(guān)配置如下：

1、       防逆流保護(hù)裝置：在并網(wǎng)柜增加防逆流保護(hù)裝置，通過監(jiān)測(cè)公共連接點(diǎn)的逆流信息進(jìn)行上送協(xié)調(diào)控制器或者斷開并網(wǎng)柜斷路器，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)逆流保護(hù)；

2、       電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置：監(jiān)測(cè)微電網(wǎng)的電能質(zhì)量指標(biāo)，如電壓偏差、頻率偏差、諧波含量等，采取相應(yīng)的控制措施，確保電能質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求；

3、       協(xié)調(diào)控制器：采集光伏、儲(chǔ)能、充電樁和市電的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多能源協(xié)同控制；完成微電網(wǎng)防逆流、新能源消納等策略，有效整合光伏、儲(chǔ)能和充電樁等資源，還能滿足防逆流要求，提升新能源消納能力，降低服務(wù)區(qū)用能成本及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；

4、       智慧能源管理平臺(tái)：基于AI智能算法，配置多種運(yùn)行策略，下發(fā)至協(xié)調(diào)控制器，實(shí)現(xiàn)光儲(chǔ)充的優(yōu)化調(diào)度；并實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)發(fā)電、用能、設(shè)備監(jiān)測(cè)、展示與管理。

方案配置清單：

4.                      實(shí)現(xiàn)效果

現(xiàn)場(chǎng)防逆流保護(hù)裝置與協(xié)調(diào)控制器裝置安裝如下：

現(xiàn)場(chǎng)光儲(chǔ)充與市電運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過4G的形式上傳至AcrelEMS 3.0平臺(tái)，平臺(tái)展示如下：

服務(wù)區(qū)站點(diǎn)大屏

服務(wù)區(qū)光伏系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)

服務(wù)區(qū)儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)

光儲(chǔ)充微電網(wǎng)運(yùn)行策略配置

通過微電網(wǎng)優(yōu)化控制方案，為服務(wù)區(qū)實(shí)現(xiàn)了以下收益：基于AI智能算法調(diào)度低成本電源供應(yīng)新能源充電樁獲取電能差價(jià)和充電服務(wù)費(fèi)；儲(chǔ)能系統(tǒng)谷峰套利收益；基于需量調(diào)控的電費(fèi)收益；光伏余電上網(wǎng)收益。

5.                      總結(jié)

本方案為高速公路服務(wù)區(qū)光儲(chǔ)充微電網(wǎng)的優(yōu)化控制提供了完整解決方案，通過協(xié)調(diào)控制器和智慧能源管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了能源的高效調(diào)度與管理。同時(shí)該方案還可為光儲(chǔ)充微網(wǎng)系統(tǒng)中自發(fā)自用、余電不上網(wǎng)、需量調(diào)控、負(fù)載柔性調(diào)控、有序充電等場(chǎng)景提供支撐。不僅適用于服務(wù)區(qū)，還可推廣至園區(qū)、工廠、商場(chǎng)、收費(fèi)站、充電站等微電網(wǎng)場(chǎng)景，為微電網(wǎng)的高效利用和安全可靠運(yùn)行提供了參考依據(jù)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

6.                      參考文獻(xiàn)

[1]關(guān)于印發(fā)河南省加快推進(jìn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化實(shí)施方案的通知.2024；

[2]翟冬玲,趙東芳,潘遠(yuǎn)林,等.適用公路交通場(chǎng)景的柔性互聯(lián)微電網(wǎng)運(yùn)行方案研究[J].交通節(jié)能與環(huán)保,2024,20(06):39-45.

[3]雒忠強(qiáng),宋鄂.智慧能源系統(tǒng)在高速公路服務(wù)區(qū)應(yīng)用淺析[J].中國(guó)交通信息化,2024,(05):96-99.

[4]梁驥.近零碳服務(wù)區(qū)建設(shè)技術(shù)體系研究[J].交通節(jié)能與環(huán)保,2024,20(01):26-29.

[5]陳艷波,劉鎮(zhèn)湘,田昊欣,等.高速公路綠色能源系統(tǒng)研究綜述及展望[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),1-18.

[6]安科瑞智慧能源管理平臺(tái)技術(shù)手冊(cè).2023.7