能量管理策略

分布式储能装置的能量管理系统（综述）

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文章目录

• 前言
• • 光伏资源和风力资源受环境条件的影响，每时每刻都在变化。为了补偿可再生资源的能量波动，可再生能源发电系统一般都配有储能设备。其中电化学储能是常用的储能设备，然而如果蓄电池过度使用，就会导致电池快速衰减而且不可逆，而重力储能装置只要定期检测维护就能长时间正常使用。在重力储能系统中必须要有可靠的能量管理系统来完成能量的调度和优化使用，其中此系统首要目标是满足负载的用电需求，然后提供在可变的环境条件以及机组条件下的操作策略，确保能量平衡、维持运行成本在合理的范围内。
• 一、能量管理系统（EMS）是什么/li>
• • 1.定义
  • 2.国内外EMS现况以及案例
  • 3.微电 能量系统的主要管理对象
  • 4.系统系统架构设计
  • 5.信息流控制系统
  • 6.管理策略
• 总结

前言

光伏资源和风力资源受环境条件的影响，每时每刻都在变化。为了补偿可再生资源的能量波动，可再生能源发电系统一般都配有储能设备。其中电化学储能是常用的储能设备，然而如果蓄电池过度使用，就会导致电池快速衰减而且不可逆，而重力储能装置只要定期检测维护就能长时间正常使用。在重力储能系统中必须要有可靠的能量管理系统来完成能量的调度和优化使用，其中此系统首要目标是满足负载的用电需求，然后提供在可变的环境条件以及机组条件下的操作策略，确保能量平衡、维持运行成本在合理的范围内。

一、能量管理系统（EMS）是什么/h2>

1.定义

（微电 ）能量管理系统是一套具有发电优化调度、负荷管理、实时检测并自动实现微电 同步等功能的能量管理软件。微电 的能量管理包括短期和长期的能量管理。短期的能量管理包括：为分布式电源提供功率设定值，使系统满足电能平衡、电压稳定；为微电 电压和频率的恢复与稳定提供快速的动态响应；满足用户的电能质量要求；为微电 的并 提供同步服务。长期的能量管理包括：以最小化系统 损、运行费用，最大化可再生能源利用等为目标安排分布式电源的出力；为系统提供需求侧管理，包括切负荷和负荷恢复策略；配置适当的备用容量，满足系统的供电可靠性要求。

2.国内外EMS现况以及案例

2.1北美
美国电力公司在俄亥俄州首府哥伦布建造了 CERTS 微电 示范平台：
主要由蓄电池、燃气轮机、可控负荷和敏感负荷组成，其能量管理采用自治管理方式，不需要中央控制器统一安排分布式电源的发电；分布式电源根据下垂特性共享频率或电压，实现自治管理，即插即用；能量管理系统的一些必要控制信息通过以太 传输给分布式电源控制器。
2.2欧洲
荷兰的 Bronsbergen 假日公园微电 示范工程的能量管理系统：
采用集中控制的方式，微电 中每条馈线的功率由监测系统传送至中央控制器，中央控制器通过全
球移动通信系统（GSM）与调度中心交流；此外，中央控制器还负责微电 并 和孤 的无缝切换。
德国的 Am Steinweg 微电 能量管理系统：
具有配电 管理 、分布式电源管理和需求侧管理等功能，它由一个中央处理器和几个界面控制盒组成；数据监测系统和控制器通过界面控制盒与中央处理器交流，采用传输控制协议和因特 协议（TCP／IP）进行通信。
意大利的 CESI RICERCA DER 微电 示范工程的能量管理系统（集中式）：
分布式电源和可控负荷与监测控制系统 SCS（Supervision and Control System）相联，采
用分层式结构进行信息的交流与传输；SCS 记录和分析运行过程中的数据，监测系统电能质量和暂态过程，优化分布式电源的发电调度，并且向调度控制中心传输实时信息，其指令信息采用 2.4 GHz 的无线频率传输。
希腊雅典国立大学NTUA微电 ：
由光伏阵列、风机、蓄电池和可控负荷组成，该微电 的能量管理系统采用多代理系统 MAS（Multi-Agent System）结构，基于 Java 代理发展框架 3.0 平台开发，采用 XML 和 SL 编写。
2.3亚洲
日本的 Kyotango 微电 工程能量管理系统：
基于因特 的中央控制器控制，采用标准的 ISDN或 ADSL ISP 接入因特 。 中国合肥工业大学所建的微电 实验平台的能量管理采用 2 层控制的方式，分为中央控制器和局部控制器；中央控制器为分布式电源制定提前 1 h、30 min、15 min 的发电计划；局部控制器负责控制馈线潮流、电压频率、无缝切换、电 能 质 量 和 控 制 保 护 ； 该 能 量 管 理 系 统 遵照 IEC61970 标准执行，由数据采集与监测系统、自动发电控制系统和其他能量应用软件构成。 中国浙江电力试验研究院搭建的微电 能量管理采用分层式控制，其主站层负责监测系统运行、管理历史数据、绘制图形、控制运行方式等；其协调层主要负责微电 并 和孤 的状态切换。
2.4小结
从国内外的微电 能量管理研究情况可以看出，目前微电 的能量管理主要包括发电侧和需求侧的管理。发电侧管理包括分布式电源、储能系统、配 侧的管理，需求侧管理主要为分级负荷的管理。
结构对比：从管理的结构来看，北美微电 采用自治控制，为分散式控制，而亚洲的微电 倾向使用集中控制，在欧洲主要有集中控制和基于代理的控制这 2 种方式。主流方式为集中控制，即在顶层决策中采用各种优化算法安排机组出力，而底层控制器则按上层指令控制机组出力。能量管理系统中各种控制器均借助于无线或有线通信进行信息的传输与交流。
2.5一个微电 及其EMS典型案例分析：
日本 NEDO 的 Hachinohe 微电 （EMS集中控制方式）：该微电 为 6.6 kV 辐射型配电 结构，连接 3 台 170 kW 的燃气机、1 台 130 kW 的光伏系统、1 台 20 kW 的风电机、1 组 100 kW 的蓄电池。通过光纤通信，其中央控制器对各分布式电源和储能系统进行发电调度。 为了获得最优的调度方案，该能量管理系统采用长期计划与短期计划相结合的策略，计划制定包括每 30 min 的周运行计划、每 3 min的日内调度计划、1 s 级的联络线潮流控制和 10 ms级的频率控制计划。 其中，周运行计划基于负荷预测信息，构造出以最小化外 购电和燃料费用为目标的优化问题，采用问题空间搜索和二次规划相结合的算法求解，获得各机组的启停机计划、出力计划以及从外 的购电计划；日内调度计划提前 2 h 计算一次。 为了保持长期计划中的全局优化特征，其储能系统的充放电计划延用周运行计划结果，根据最新预测信息采用类似的优化模型和算法修正周计划的计算结果。 其联络线潮流控制实时监测联络线的传输功率，并与计划值比较，通过反馈控制吸收功率偏差，将联络线功率波动控制在一定的指标范围内。

3.微电 能量系统的主要管理对象

3.1分布式电源
3.2储能系统
储能系统在微电 中得到了广泛的应用，适合微电 的储能技术主要有蓄电池、飞轮、超级电容。
蓄电池具有电能容量大、能量密度大、循环寿命短等特点，在并 时起削峰填谷和能量调度的作用，在孤 时常作为中心存储单元，维护微电 的频率与电压稳定。由于具有较低的惯性，储能系统在微电 中可以平抑可再生能源和负荷的功率波动，维护系统的实时功率平衡，同时能在微电 并 与孤 状态切换时提供瞬时的功率支撑，维持系统稳定。 储能系统一般通过逆变器接入微电 ，采用U ／ f 控制和 PQ 控制，接受微电 能量管理系统的指令来决定工作方式和发电功率。 储能系统的管理目标取决于微电 的工作方式。 在并 模式下，其主要是确保分布式电源的稳定出力，容量充足时可以起削峰填谷和能量调度的辅助作用。
3.3负荷系统
为了使微电 在紧急情况下仍能运行，微电 的负荷一般分级管理，主要分为关键负荷和可控负荷。 关键负荷为需要重点保护电力供应的负荷；而可控负荷在紧急情况下可以适当切除，在正常情况下也可以通过需求侧管理或者需求侧响应达到优化负荷使用、节能省电的目的。

4.系统系统架构设计

4.1微 的控制方法
目前主要有主从控制、对等控制和多代理控制等方法 。采用主从控制的方
法，在试点工程建设需求的基础上，根据集中管理和分散控制的思想，对设备进行分层/分级控制，
通过对风力发电、光伏发电、储能装置和负荷的协调控制，实现系统的稳定优化运行。

4.2微电 能量管理系统的基本功能和设计框架
4.2.1能量管理系统基本功能

4.2.2能量管理系统设计框架

5.信息流控制系统

5.1硬件

总结

深度设计要求与标准化研究
在国内外储能技术及设备发展现状、最新标准的基础上，结合以往电 侧储能电站的建设及运行经验，从电池本体、电池管理系统(Battery Management System，BMS)、电力转换系统(Power Conversion System，PCS)、能量管理系统(Energy Management System，EMS)、等各环节入手，统筹规划，制定储能电站切实可行、具备实操性的深度设计规范，并从系统架构、容量配置、布置形式、技术支持、运维管理等各环节制定储能电站标准，进行设计、选型、测试和验证，从成本、寿命和运维三个方面形成储能电站典型设计集成方案，最大程度满足储能电站标准化的建设需要。

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