浅谈面向复杂工况的光储充电站调度方法

摘要：本文主要研究一种光储充电站调度方法，包括根据当前时刻光储充电站的功率数据确定下一时刻光储充电站中储能系统工作功率；根据所述下一时刻光储充电站中储能系统工作功率确定下一时刻光储充电站的调度方案；基于所述下一时刻光储充电站的调度方案，在下一时刻对所述光储充电站进行调度；本发明提升了光储充电站与电网交互的稳定性和延长了储能系统中储能电池组的使用寿命，利用了电力资源，节约了光储充电站的成本。

关键词：光储充电站调度；储能系统；电网交互

1引言

近年来，电动汽车因其低碳、环保的优点以及不断提升的整车性能，电动汽车的规模逐年增加。大规模的电动汽车作为一种特殊的新型负荷对传统电网产生了一些新的影响，电动汽车充电在时间和空间上具有一定的随机性，这种无序的充电模式增加了电网不稳定的风险。随着可再生能源发电技术的发展，光伏等可再生能源发电因低碳环保、成本较低等优点，应用越来越广泛。

目前，光伏-储能-电动汽车充电桩一体化构成的共直流母线直流光储充电站是电动汽车充电站的新形式之一，利用光伏和储能的特性，不仅可以作为充电站的电源补充，减少充电站的购电费用，而且通过光伏、储能、充电桩的协调控制，可以提升大规模电动汽车充电对电网的友好性，同时充电站基于共直流母线的直流拓扑形式，减少了大量的变流环节，减少了充电站的投资。但光伏发电受天气等因素影响较大，导致发电功率呈现随机性和波动性，导致光储充电站与电网交互的不稳定性；且光储充电站中储能系统充缺少充放电管理，影响其储能电池组的使用寿命。

因此，本领域需要一种可以提升光储充电站与电网交互的稳定性和延长储能系统中电池组使用寿命的调度方法。

2光储充调度方法

光储充电站调度方法，其特征在于，所述方法包括：根据当前时刻光储充电站的功率数据确定下一时刻光储充电站中储能系统工作功率；根据所述下一时刻光储充电站中储能系统工作功率确定下一时刻光储充电站的调度方案；基于所述下一时刻光储充电站的调度方案，在下一时刻对所述光储充电站进行调度；其中，所述功率数据包括：光储充电站与电网的交互功率、光储充电站中储能系统的工作功率和光储充电站中储能系统的荷电状态。

3光储充电站系统架构剖析

3.1 光伏系统特性与出力模型

光伏系统作为光储充电站的核心组件之一，其原理基于光生伏应，即光子照射到半导体材料表面，使电子从价带跃迁到导带，形成电子 - 空穴对，在半导体内部电场作用下分离并定向移动，从而产生光电流。光伏电池的输出特性受光照强度、温度等多种因素影响显著。光照强度直接决定了光子的数量，进而影响光生载流子的生成速率，通常光照越强，光伏电池输出功率越高；而温度升高会导致半导体材料的禁带宽度减小，载流子复合速率增加，使得光伏电池的开路电压降低，输出功率下降。

3.2 储能系统类型与充放电特性

储能系统作为光储充电站的关键支撑部分，承担着平衡功率、存储电能、保障供电稳定性的重任，其类型多样，性能各异。当前主流的储能技术包括电池储能与飞轮储能等，电池储能凭借其较高的能量密度、成熟的技术以及广泛的应用场景，成为光储充电站的，常见的有铅酸电池、锂电池等。铅酸电池成本相对较低、技术成熟，但能量密度不高，循环寿命有限；锂电池则以其高能量密度、长循环寿命、充放电效率高等优势，在光储充电站领域应用愈发广泛，尤其是磷酸铁锂电池，具备良好的热稳定性与安全性，能适应复杂的充放电工况。

3.3 充电设施配置与负荷需求

充电设施作为光储充电站直接服务电动汽车的关键一环，其配置合理性直接关乎用户体验与运营效益。充电桩类型多样，依据充电功率与速度，可粗分为直流快充桩与交流慢充桩。直流快充桩功率通常在 60kW - 300kW 之间，能在短时间内为电动汽车补充大量电能，满足用户紧急出行需求，但其对电网冲击较大，设备成本与维护难度也相对较高；交流慢充桩功率多在 7kW - 22kW 范围内，充电过程较为平缓，虽耗时较长，但对电池损伤小，设备成本低，适合夜间或长时间停放充电场景。

3.4 系统集成与能量管理策略

光储充电站作为一个复杂的综合能源系统，其各组件（光伏、储能、充电设施）之间的协同运行原理是实现稳定供电的关键。光伏发电系统在白天光照充足时产生电能，该电能一方面可直接供给充电设施，为电动汽车充电；另一方面，当光伏发电量超出充电需求时，多余电能存储至储能系统中。而在夜间或光照不足、光伏发电量匮乏之际，储能系统则释放存储的电能，以保障充电设施的持续运行，满足电动汽车的充电需求。此外，储能系统还能依据电网负荷情况、电价波动以及系统内部功率平衡需求，灵活调整充放电策略，有效平抑光伏发电的间歇性与波动性，优化电能质量，降低对电网的冲击，提升能源利用效率，削减运营成本。

在光储充电站的能量管理与控制系统架构层面，当前主要存在集中式控制架构与分散式控制架构两种模式。集中式控制架构依托于一个功能强大的中央控制器，它如同系统的“大脑”，收集光伏发电系统、储能系统、充电设施以及电网等各个环节的实时数据信息，诸如功率、电压、电流、荷电状态（SOC）等。基于这些海量信息，运用预设的优化算法与控制策略，中央控制器对各组件进行统一调度与精细控制，下达的指令，以实现系统整体的运行状态。这种架构的优势在于能够从全局视角统筹规划，易于达成系统级的优化目标，确保各组件协调一致工作。然而，其弊端也较为显著，一方面，对中央控制器的性能要求，一旦该控制器出现故障，整个系统将陷入瘫痪，可靠性面临严峻挑战；另一方面，系统的扩展性较差，当充电站规模扩大或新增组件时，中央控制器的软硬件升级改造复杂繁琐，成本高昂。

与之相对的分散式控制架构，则是将控制功能分散至多个分布式控制器，这些控制器分别负责管理光伏发电单元、储能单元、充电桩群等局部子系统。各分布式控制器依据本地采集的数据信息，按照预设的本地控制策略，自主决策并执行对所属子系统的控制操作，同时与相邻控制器进行信息交互，协同应对局部的功率平衡、电压调节等问题。分散式控制架构的突出优点是可靠性高，即便某个分布式控制器发生故障，其他控制器仍能维持对应子系统的基本运行，不至于使整个系统崩溃；系统的扩展性良好，便于新增设备的接入与管控，能灵活适应充电站规模的动态变化。但缺点在于，由于各控制器独立决策，可能会出现局部而全局非的情况，系统级的协调难度相对较大，对控制器之间的通信要求颇高，通信延迟或故障可能影响整体协同效果。

4安科瑞Acrel-2000ES储能能量管理系统解决方案

4.1概述

安科瑞Acrel-2000ES储能能量管理系统具有完善的储能监控与管理功能，涵盖了储能系统设备(PCS、BMS、电表、消防、空调等)的详细信息，实现了数据采集、数据处理、数据存储、数据查询与分析、可视化监控、报警管理、统计报表等功能。在应用上支持能量调度，具备计划曲线、削峰填谷、需量控制、备用电源等控制功能。系统对电池组性能进行实时监测及历史数据分析、根据分析结果采用智能化的分配策略对电池组进行充放电控制，优化了电池性能，提高电池寿命。系统支持Windows操作系统，数据库采用SQLServer。本系统既可以用于储能一体柜，也可以用于储能集装箱，是专门用于储能设备管理的一套软件系统平台。

4.2适用场合

4.2.1系统可应用于城市、高速公路、工业园区、工商业区、居民区、智能建筑、海岛、无电地区可再生能源系统监控和能量管理需求。

4.2.2工商业储能四大应用场景

1）工厂与商场：工厂与商场用电习惯明显，安装储能以进行削峰填谷、需量管理，能够降低用电成本，并充当后备电源应急；

2）光储充电站：光伏自发自用、供给电动车充电站能源，储能平抑大功率充电站对于电网的冲击；

3）微电网：微电网具备可并网或离网运行的灵活性，以工业园区微网、海岛微网、偏远地区微网为主，储能起到平衡发电供应与用电负荷的作用；

4）新型应用场景：工商业储能进行探索融合发展新场景，已出现在数据中心、5G基站、换电重卡、港口岸电等众多应用场景。

4.3系统结构

4.4系统功能

4.4.1实时监测

微电网能量管理系统人机界面友好，应能够以系统一次电气图的形式直观显示各电气回路的运行状态，实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息，动态监视各回路断路器、隔离开关等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。其中，各子系统回路电参量主要有：三相电流、三相电压、总有功功率、总无功功率、总功率因数、频率和正向有功电能累计值；状态参数主要有：开关状态、断路器故障脱扣告警等。

系统应可以对分布式电源、储能系统进行发电管理，使管理人员实时掌握发电单元的出力信息、收益信息、储能荷电状态及发电单元与储能单元运行功率设置等。

系统应可以对储能系统进行状态管理，能够根据储能系统的荷电状态进行及时告警，并支持定期的电池维护。

微电网能量管理系统的监控系统界面包括系统主界面，包含微电网光伏、风电、储能、充电桩及总体负荷组成情况，包括收益信息、天气信息、节能减排信息、功率信息、电量信息、电压电流情况等。根据不同的需求，也可将充电，储能及光伏系统信息进行显示。

图2系统主界面

子界面主要包括系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电桩信息、通讯状况及一些统计列表等。

光伏界面

图3光伏系统界面

本界面用来展示对光伏系统信息，主要包括逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、并网柜电力监测及发电量统计、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、辐照度/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。

储能界面

图4储能系统界面

本界面主要用来展示本系统的储能装机容量、储能当前充放电量、收益、SOC变化曲线以及电量变化曲线。

图5储能系统PCS参数设置界面

本界面主要用来展示对PCS的参数进行设置，包括开关机、运行模式、功率设定以及电压、电流的限值。

图6储能系统BMS参数设置界面

本界面用来展示对BMS的参数进行设置，主要包括电芯电压、温度保护限值、电池组电压、电流、温度限值等。

图7储能系统PCS电网侧数据界面

本界面用来展示对PCS电网侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数等。

图8储能系统PCS交流侧数据界面

本界面用来展示对PCS交流侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数、温度值等。同时针对交流侧的异常信息进行告警。

图9储能系统PCS直流侧数据界面

本界面用来展示对PCS直流侧数据，主要包括电压、电流、功率、电量等。同时针对直流侧的异常信息进行告警。

图10储能系统PCS状态界面

本界面用来展示对PCS状态信息，主要包括通讯状态、运行状态、STS运行状态及STS故障告警等。

图11储能电池状态界面

本界面用来展示对BMS状态信息，主要包括储能电池的运行状态、系统信息、数据信息以及告警信息等，同时展示当前储能电池的SOC信息。

图12储能电池簇运行数据界面

本界面用来展示对电池簇信息，主要包括储能各模组的电芯电压与温度，并展示当前电芯的电压、温度值及所对应的位置。

风电界面

图13风电系统界面

本界面用来展示对风电系统信息，主要包括逆变控制一体机直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、风速/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。

充电桩界面

图14充电桩界面

本界面用来展示对充电桩系统信息，主要包括充电桩用电总功率、交直流充电桩的功率、电量、电量费用，变化曲线、各个充电桩的运行数据等。

视频监控界面

图15微电网视频监控界面

本界面主要展示系统所接入的视频画面，且通过不同的配置，实现预览、回放、管理与控制等。

4.4.2发电预测

系统应可以通过历史发电数据、实测数据、未来天气预测数据，对分布式发电进行短期、超短期发电功率预测，并展示合格率及误差分析。根据功率预测可进行人工输入或者自动生成发电计划，便于用户对该系统新能源发电的集中管控。

图16光伏预测界面

4.4.3策略配置

系统应可以根据发电数据、储能系统容量、负荷需求及分时电价信息，进行系统运行模式的设置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期计划、需量控制、有序充电、动态扩容等。

图17策略配置界面

4.4.5运行报表

应能查询各子系统、回路或设备时间的运行参数，报表中显示电参量信息应包括：各相电流、三相电压、总功率因数、总有功功率、总无功功率、正向有功电能等。

图18运行报表

4.4.6实时报警

应具有实时报警功能，系统能够对各子系统中的逆变器、双向变流器的启动和关闭等遥信变位，及设备内部的保护动作或事故跳闸时应能发出告警，应能实时显示告警事件或跳闸事件，包括保护事件名称、保护动作时刻；并应能以弹窗、声音、短信和电话等形式通知相关人员。

图19实时告警

4.4.7历史事件查询

应能够对遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数、电芯温度（锂离子电池）、压力（液流电池）、光照、风速、气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。

图20历史事件查询

4.4.8电能质量监测

应可以对整个微电网系统的电能质量包括稳态状态和暂态状态进行持续监测，使管理人员实时掌握供电系统电能质量情况，以便及时发现和消除供电不稳定因素。

1）在供电系统主界面上应能实时显示各电能质量监测点的监测装置通信状态、各监测点的A/B/C相电压总畸变率、三相电压不平衡度和正序/负序/零序电压值、三相电流不平衡度和正序/负序/零序电流值；

2）谐波分析功能：系统应能实时显示A/B/C三相电压总谐波畸变率、A/B/C三相电流总谐波畸变率、奇次谐波电压总畸变率、奇次谐波电流总畸变率、偶次谐波电压总畸变率、偶次谐波电流总畸变率；应能以柱状图展示2-63次谐波电压含有率、2-63次谐波电压含有率、0.5～63.5次间谐波电压含有率、0.5～63.5次间谐波电流含有率；

3）电压波动与闪变：系统应能显示A/B/C三相电压波动值、A/B/C三相电压短闪变值、A/B/C三相电压长闪变值；应能提供A/B/C三相电压波动曲线、短闪变曲线和长闪变曲线；应能显示电压偏差与频率偏差；

4）功率与电能计量：系统应能显示A/B/C三相有功功率、无功功率和视在功率；应能显示三相总有功功率、总无功功率、总视在功率和总功率因素；应能提供有功负荷曲线，包括日有功负荷曲线（折线型）和年有功负荷曲线（折线型）；

5）电压暂态监测：在电能质量暂态事件如电压暂升、电压暂降、短时中断发生时，系统应能产生告警，事件能以弹窗、闪烁、声音、短信、电话等形式通知相关人员；系统应能查看相应暂态事件发生前后的波形。

6）电能质量数据统计：系统应能显示1min统计整2h存储的统计数据，包括均值、、95%概率值、方均根值。

7）事件记录查看功能：事件记录应包含事件名称、状态（动作或返回）、波形号、越限值、故障持续时间、事件发生的时间。

图21微电网系统电能质量界面

4.4.9遥控功能

应可以对整个微电网系统范围内的设备进行远程遥控操作。系统维护人员可以通过管理系统的主界面完成遥控操作，并遵循遥控预置、遥控返校、遥控执行的操作顺序，可以及时执行调度系统或站内相应的操作命令。

图22遥控功能

4.4.10曲线查询

应可在曲线查询界面，可以直接查看各电参量曲线，包括三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、SOC、SOH、充放电量变化等曲线。

图23曲线查询

4.4.11统计报表

具备定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。对微电网与外部系统间电能量交换进行统计分析；对系统运行的节能、收益等分析；具备对微电网供电可靠性分析，包括年停电时间、年停电次数等分析；具备对并网型微电网的并网点进行电能质量分析。

图24统计报表

4.4.12网络拓扑图

系统支持实时监视接入系统的各设备的通信状态，能够完整的显示整个系统网络结构；可在线诊断设备通信状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。

图25微电网系统拓扑界面

本界面主要展示微电网系统拓扑，包括系统的组成内容、电网连接方式、断路器、表计等信息。

4.4.13通信管理

可以对整个微电网系统范围内的设备通信情况进行管理、控制、数据的实时监测。系统维护人员可以通过管理系统的主程序右键打开通信管理程序，然后选择通信控制启动所有端口或某个端口，快速查看某设备的通信和数据情况。通信应支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。

图26通信管理

4.4.14用户权限管理

应具备设置用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如遥控操作，运行参数修改等）。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。

图27用户权限

4.4.15故障录波

应可以在系统发生故障时，自动准确地记录故障前、后过程的各相关电气量的变化情况，通过对这些电气量的分析、比较，对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行水平有着重要作用。其中故障录波共可记录16条，每条录波可触发6段录波，每次录波可记录故障前8个周波、故障后4个周波波形，总录波时间共计46s。每个采样点录波至少包含12个模拟量、10个开关量波形。

图28故障录波 

4.4.16事故追忆

可以自动记录事故时刻前后一段时间的所有实时扫描数据，包括开关位置、保护动作状态、遥测量等，形成事故分析的数据基础。

用户可自定义事故追忆的启动事件，当每个事件发生时，存储事故前10个扫描周期及事故后10个扫描周期的有关点数据。启动事件和监视的数据点可由用户和随意修改。

图29事故追忆

4.5系统硬件配置清单

5结论与展望

在调度方法层面，基于多源数据融合的预测模型，有机整合气象、电网负荷及历史充电数据，显著提升对光伏发电、储能系统及充电需求的预测精度，为调度奠定坚实基石。考虑多目标优化的调度策略，将运营成本、供电稳定性与储能系统寿命纳入统一框架，在保障供电可靠性的同时，大幅削减运营成本，有效延长储能系统寿命，实现系统综合性能的飞跃。实时动态调度的自适应算法，凭借反馈机制，能在光照、充电需求与电网工况瞬息万变时，迅速灵活调整调度方案，确保充电站平稳运行。应对紧急情况的备用调度方案，为电网故障、自然灾害等状况提供坚实保障，优先满足关键负荷供电，维护系统安全。

于调度装置硬件实现方面，数据采集与监测模块传感器与先进通信设备，构建严密数据采集网络，实时获取系统运行数据，为后续决策筑牢根基。储能系统接口与管理电路凭借高精度BMS实时监测电池状态，配合优化充放电电路与多重保护机制，有力保障储能系统安全运行，显著降低电池容量衰减率。人机交互与通信接口通过高分辨率触摸屏、便捷操作按钮、智能指示灯及多协议通信模块，实现运维便捷化与多方深度联动，提升系统智能化水平。