虚拟电厂中储能技术的多元应用与效能提升

安科瑞鲁一扬15821697760

【摘要】在当今时代，社会高速发展之际，能源需求持续攀升、环境污染愈发严峻、自然资源渐趋紧缺，这些棘手难题迫切呼唤创新性解决方案，以护航社会可持续前行之路。近年来，可再生能源与分布式能源备受瞩目，太阳能、风能等可再生能源潜力巨大，既能提供清洁电力、削减对有限自然资源的依赖，又可降低能源生产所致污染，却饱受波动性与不确定性困扰，在此背景下，虚拟电厂概念应运而生。

【关键词】虚拟电厂；储能技术；应用

0.引言

在当今社会的迅猛发展下，我们不可避免地面临与日俱增的能源需求、严重的环境污染问题以及日益紧缺的自然资源带来的挑战，这些挑战需要我们寻找创新的解决方案，以确保社会的可持续发展。近年来，可再生能源成为了一个备受关注的话题，与此同时分布式能源也逐渐崭露头角。可再生能源如太阳能和风能等具有巨大的潜力，它们可以为社会提供清洁的电力，减少人类对有限自然资源的依赖，并降低能源生产带来的环境污染。然而，可再生能源的波动性和不确定性问题一直是困扰电力系统的挑战之一。在这个背景下，虚拟电厂的概念应运而生。

虚拟电厂是一种*进的电力系统管理方法，它可以协调控制分布式电源（如太阳能电池和风力发电机等），并有效地管理能量流向，以支持电网的稳定运行。虚拟电厂的关键之一是储能装置。这些装置可以储存多余的能源，以便在需要时释放，从而弥补可再生能源的波动性。这不仅可以提高电力系统的可靠性，还可以降低对传统发电方式的依赖，减少环境污染。此外，储能装置还可以提高电力系统的经济性，因为它们可以在高峰时段释放储存的能量，从而减少高成本的峰值电力需求。

1.虚拟电厂概述

虚拟电厂作为前沿电力管理理念，依托分布式电力管理系统，整合分散分布的电源（涵盖太阳能光伏、风能、小型燃气发电机等）、可控电源（像电动汽车充电桩、分布式储能设备），凝聚为庞大虚拟可控信息集合体，深度影响电网运行与调度，巧妙化解智能电网与分布式电网应用冲突。智能电网聚焦数据分析、远程管控，力促电网高效与可管；分布式电网侧重本地能源产销，旨在减损输电、强化电网弹性，虚拟电厂融合二者优势，其构成模式别具一格（详见图1）

2.储能技术

2.1储能技术的内涵

电能储存乃储能技术核心，借助介质（电池、超级电容器、压缩空气储能、重力储能等）与设备（充电/放电系统、逆变器、控制系统），实现能量跨时刻转化利用，兼具应急供能、助力电网削峰填谷之能，有效平衡电力供需、强化电网稳定性，为可再生能源大规模接入筑牢根基。

2.2储能技术的应用方向

（1）电化学储能

在电力领域优势显著，适用性宽泛，适配家庭、商业、工业多元场景，按需定制拓展；能量转化效率出众，电能存储损耗低微；使用寿命长久，性能持久稳定；充放电灵活高效，可依需求快速响应辅助服务或稳速蓄电，重量轻便、便携性佳。

（2）机械储能

以抽水蓄能为典型，依势能、动能转化存电发电，电力盈余时抽水蓄能，需求攀升时放水释能，响应迅速稳电网，然厂址遴选复杂、投资高昂、工期漫长是其短板。

（3）电磁储能

含超导磁储能与超级电容器储能，前者借超导线圈速转能量、功率密度高、耗能低微、充放高效；后者（分双电层、超级电容器储能）快速充放、功率密度大、效率卓越、安全稳靠。

3储能技术在虚拟电厂中的应用

3.1在储能技术的作用下提高可再生能源利用率

虚拟电厂运营常遇可再生能源（风电、光伏）产量随天气、时节、时段波动且难预测难题，储能设备登场可化挑战为机遇。能源过剩时存储，匮乏时释放，灵活调配削减波动与不确定性，借实时监测管控储能，敏锐应对能源产量起伏，稳固虚拟电厂运行根基，提升可再生能源利用效能。

3.2在储能技术的作用下提升虚拟电厂的电能质量

虚拟电厂运行不乏电能质量忧患，谐波干扰尤甚，损害设备、殃及系统。储能技术携逆变器“出战”，逆变器可依需求转换电能、输出反向谐波电流抵消干扰，还能于发电与负荷失衡致频率偏差时，灵活释能吸能平衡偏差、稳保供电，护航系统平稳运行。

3.3在储能技术的作用下提升虚拟电厂供电可靠性

可再生能源易受环境左右，发电“看天吃饭”，电网故障亦时有发生，储能技术宛如“定海神针”。能源富足时储备，遇太阳能被遮、风力不足或电网故障，及时“补位”供电，无缝切换、持续供能，对关键设施、医疗机构等意义非凡。

4.Acrel-2000ES储能柜能量管理系统

4.1系统概述

安科瑞Acrel - 2000ES储能EMS，聚焦工商业储能柜、集装箱研发，集储能监控管理大成，涵盖设备详尽资讯，实现数据全流程处理（采集、存储、查询、分析等）、可视化监控、告警、报表生成，且在高级应用层支持能量调度，适配多类控制策略（计划曲线、削峰填谷等）。

4.2系统结构

Acrel-2000ES，可通过直采或者通过通讯管理或串口服务器将储能柜或者储能集装箱内部的设备接入系统。系统结构如下：

4.3系统功能

4.3.1实时监测

界面亲和，呈现储能柜状态，监测PCS、BMS及环境参数（电参量、温湿度），展示故障、收益等信息。

4.3.2设备监控

紧盯PCS、BMS、电表等设备状态与模式，精细管控各设备参数、运行数据与异常告警。

PCS监控：满足储能变流器的参数与限值设置；运行模式设置；实现储能变流器交直流侧电压、电流、功率及充放电量参数的采集与展示；实现PCS通讯状态、启停状态、开关状态、异常告警等状态监测。

BMS监控：满足电池管理系统的参数与限值设置；实现储能电池的电芯、电池簇的温度、电压、电流的监测；实现电池充放电状态、电压、电流及温度异常状态的告警。

空调监控：满足环境温度的监测，可根据设置的阈值进行空调温度的联动调节，并实时监测空调的运行状态及温湿度数据，以曲线形式进行展示。

UPS监控：满足UPS的运行状态及相关电参量监测。

4.3.3曲线报表

系统能够对PCS充放电功率曲线、SOC变换曲线、及电压、电流、温度等历史曲线的查询与展示。

4.3.4策略配置

满足储能系统设备参数的配置、电价参数与时段的设置、控制策略的选择。目前支持的控制策略包含计划曲线、削峰填谷、需量控制等。

4.3.5实时报警

储能能量管理系统具有实时告警功能，系统能够对储能充放电越限、温度越限、设备故障或通信故障等事件发出告警。

4.3.6事件查询统计

储能能量管理系统能够对遥信变位，温湿度、电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。

4.3.7遥控操作

可以通过每个设备下面的红色按钮对PCS、风机、除湿机、空调控制器、照明等设备进行相应的控制，但是当设备未通信上时，控制按钮会显示无效状态。

4.3.8用户权限管理

储能能量管理系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控的操作，数据库修改等）。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。

5.相关平台部署硬件选型清单

设备	型号	图片	说明
储能能量管理系统	Acrel-2000ES		实现储能设备的数据采集与监控，统计分析、异常告警、优化控制、数据转发等； 策略控制:计划曲线、需量控制、削峰填谷、备用电源等。
触摸屏电脑	PPX-133L		1)承接系统软件 2)可视化展示:显示系统运行信息
交流计量表计	DTSD1352		集成电力参量及电能计量及考核管理，提供各类电能数据统计。具有谐波与总谐波含量检测，带有开关量输入和开关量输出可实现“遥信”和“遥控”功能，并具备报警输出。带有RS485通信接口，可选用MODBUS-RTU或DL/T645协议。
直流计量表计	DJSF1352		表可测量直流系统中的电压、电流、功率以及正反向电能等;具有红外通讯接口和RS-485通讯接口，同时支持Modbus-RTU协议和DLT645协议;可带继电器报警输出和开关量输入功能。
温度在线监测装置	ARTM-8		适用于多路温度的测量和控制，支持测量8通道温度;每一通道温度测量对应2段报警，继电器输出可以任意设置报警方向及报警值。
通讯管理机	ANet-2E8S1		能够根据不同的采集规约进行水表、气表、电表、微机保护等设备终端的数据采集汇总；提供规约转换、透明转发、数据加密压缩、数据转换、边缘计算等多项功能；实时多任务并行处理数据采集和数据转发，可多链路上送平台据。
串口服务器	Aport		功能:转换“辅助系统”的状态数据，反馈到能量管理系统中。1)空调的开关，调温，及完全断电(二次开关实现)；2)上传配电柜各个空开信号；3)上传UPS内部电量信息等；4)接入电表、BSMU等设备
遥信模块	ARTU-KJ8		1)反馈各个设备状态，将相关数据到串口服务器；2)读消防1/0信号，并转发给到上层(关机、事件上报等)；3)采集水浸传感器信息，并转发给到上层(水浸信号事件上报)；4)读取门禁程传感器信息，并转发给到上层(门禁事件上报)。

6.结束语

可再生能源于电力系统恰似明珠，潜力无穷，然波动性与不确定性如蔽障。储能技术恰似妙手，施于虚拟电厂，平抑能源波动、提效利用、优电能质量、强供电可靠，为清洁能源广用、可持续能源发展铺就通途，前景可期。

参考文献

[1]邓永生,张劲松,李铎等.虚拟电厂中储能技术的应用与研究[J].电气技术与经济，2019(4):10-12.

[2]孙甲.面向虚拟电厂优化运行的多类型储能系统容量配置研究[D].沈阳:沈阳工业大学,2019.

[3]潘华,梁作放,薛强中等.虚拟电厂中的储能技术及其作用[J].山东电力技术,2018,45(7):55-61.

[4]洪依林,虚拟电厂中储能技术的应用与研究[J].广东天联电力设计有限公司,2019.

[5]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版.

审核编辑 黄宇