中國儲能網(wǎng)訊：光儲充一體化是一種將光伏發(fā)電、儲能和充電相結(jié)合的綜合能源解決方案，如何根據(jù)新能源出力、充電需求以及電價合理安排儲能系統(tǒng)的運(yùn)行方式，是解決光儲充一體化電站經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行的關(guān)鍵問題。本文介紹了市場上常見光儲充一體化電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行模式，研究提出了適應(yīng)分時電價政策的光儲充一體化電站運(yùn)行策略，并結(jié)合典型日進(jìn)行了策略的模擬應(yīng)用，期望能夠?yàn)楣鈨Τ湟惑w化電站的運(yùn)行管理提供有效依據(jù)。
光儲充一體化電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行模式
與傳統(tǒng)的單一充電站相比，光儲充一體化電站具有多能互補(bǔ)、電力調(diào)節(jié)、節(jié)能環(huán)保等顯著優(yōu)勢。在實(shí)際運(yùn)營過程中，可通過優(yōu)化配置和調(diào)度管理，提升能源利用效率，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會效益的最大化。
目前，光儲充一體化電站主要有共交流母線、共直流母線與交直流母線三種類型的電路拓?fù)?。其中，共交流母線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單、相關(guān)設(shè)備技術(shù)成熟、建設(shè)成本相對較低，故更為廣泛地被應(yīng)用于工程項(xiàng)目。該模式通過0.4kV交流母線，連接儲能變流器、光伏逆變器形成光儲系統(tǒng)，通過并網(wǎng)/離網(wǎng)切換開關(guān)與變壓器0.4kV交流分支線路連接充電設(shè)施形成充電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光儲充一體化電站。
此外，為了保障光儲充一體化電站經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行，需在云端建設(shè)一套光儲充一體化電站能量管理系統(tǒng)，對接本地EMS站控系統(tǒng)，向下連接儲能、光伏與充電設(shè)施，實(shí)現(xiàn)源荷儲多源異構(gòu)數(shù)據(jù)匯聚與策略性運(yùn)行調(diào)控。具體如下圖所示：
圖1 共交流母線拓?fù)湎到y(tǒng)結(jié)構(gòu)
另外，在光儲充一體化電站建設(shè)與運(yùn)行方面，目前對于光伏、儲能容量配置的問題已有了一些研究，但對于光儲充電站日常運(yùn)行策略的研究還較少，且少有考慮電價因素進(jìn)行分析，導(dǎo)致策略的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性不強(qiáng)。因此，有必要進(jìn)一步研究適應(yīng)分時電價政策的光儲充一體化電站運(yùn)行策略。
適應(yīng)分時電價政策的光儲充一體化電站運(yùn)行策略
在光儲充一體化電站實(shí)際運(yùn)營過程中，結(jié)合分時電價政策，通過制定合理的儲能充放電策略，能夠最大化利用谷時段市電、最小化使用峰時段市電，降低購電成本。同時，考慮到光儲充一體化電站發(fā)電與負(fù)荷預(yù)測的不確定性，其具有變量多元、工況復(fù)雜多變等特征，單一的計(jì)劃性運(yùn)行策略無法滿足多變場景的實(shí)際運(yùn)行需要。因此，需要建立適應(yīng)分時電價政策的日前計(jì)劃與實(shí)時調(diào)度相結(jié)合的綜合運(yùn)行調(diào)控策略。
日前計(jì)劃運(yùn)行策略主要基于日前光伏出力、充電負(fù)荷的預(yù)測值求解次日儲能電池的充放電計(jì)劃和外購電力計(jì)劃，需要考慮最大化消納光伏發(fā)電、最小化外購電費(fèi)兩大優(yōu)化目標(biāo)以及儲能安全健康運(yùn)行等約束條件。
最大化消納光伏發(fā)電目標(biāo)下，光伏發(fā)電首先供樁，其次供儲，儲能充電功率跟隨光伏出力，且需根據(jù)日前預(yù)測為光伏余電預(yù)留容量空間；最小化外購電費(fèi)目標(biāo)下，盡可能不用峰電、少用平電，儲能需根據(jù)日前預(yù)測為峰（平）時段凈負(fù)荷預(yù)留電量。
而超短期實(shí)時運(yùn)行調(diào)度策略，則是以最小調(diào)整成本保證功率平衡為目標(biāo)，結(jié)合光伏實(shí)際出力、實(shí)時充電負(fù)荷等變量因素，在日前計(jì)劃的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)時滾動調(diào)整。
在面對典型日（晴天、多云天、陰雨天等）全天不同時段工況時，光儲充一體化電站需要根據(jù)工況條件靈活切換運(yùn)行模式，以下梳理了光伏大發(fā)、谷價無光、平價備戰(zhàn)、峰價放電、峰平無儲五種模式下的運(yùn)行策略：
（一）光伏大發(fā)
當(dāng)光伏出力大于充電負(fù)荷時，不論處于何種電價時段，應(yīng)以能發(fā)盡發(fā)、能用盡用為原則，在日前計(jì)劃階段即基于光伏出力預(yù)測提前預(yù)留儲能容量。在這一場景下，光伏優(yōu)先向充電樁供電；余量向儲能供電，儲能充電功率跟隨光伏，能量流示意圖如下（下同）：
圖2 光伏大發(fā)運(yùn)行模式
（二）谷價無光
當(dāng)處于谷價時段且光伏出力不足時，應(yīng)在滿足外部約束下盡量多儲電。具體來看，儲能從電網(wǎng)充電，除了為后續(xù)光伏余量所需空間外，儲能應(yīng)盡量充滿；充電樁如有需求也通過電網(wǎng)供電。
圖3 谷價無光運(yùn)行模式
（三）平價備戰(zhàn)
當(dāng)處于平價時段且下一時段為峰價時，應(yīng)以減少下一峰價時段外購電力為目標(biāo)備足儲能電量。具體來看，儲能若未充滿則從電網(wǎng)充電，儲能若已充滿則不動作，為下一個峰時段預(yù)留電量；充電樁優(yōu)先從光伏供電，不足部分從電網(wǎng)供電。
圖4 平價備戰(zhàn)運(yùn)行模式
（四）峰價放電
當(dāng)處于高峰電價時段時，應(yīng)充分發(fā)揮光儲協(xié)同作用，儲能應(yīng)根據(jù)高價時段凈負(fù)荷需求預(yù)測在前一時段提前備足電量，此時段盡量不用外購電力。具體來看，如果光伏有出力，則光伏和儲能同時向充電樁供電；如果光伏無出力，則僅由儲能向充電樁放電，儲能放電功率根據(jù)凈負(fù)荷確定。
圖5 峰價放電運(yùn)行模式
（五）峰平無儲
當(dāng)儲能處于最低電量狀態(tài)無法放電，同時無光伏，且電價處于峰時段，或電價處于平時段且下一時段為谷時段時，應(yīng)在盡量減少充電樁負(fù)荷的前提下，外購市電保障基礎(chǔ)用電。具體來看，由電網(wǎng)向充電樁供電，儲能不動作，保持最低電量，待下一谷價時段充電。
圖6 峰平無儲運(yùn)行模式
光儲充一體化電站運(yùn)行策略模擬應(yīng)用
為了更好地體現(xiàn)上述運(yùn)行策略在具體場景中的應(yīng)用，本文選擇某省的光儲充一體化場站（2套160kW交直流一體充電系統(tǒng)、1套70kW光伏設(shè)備與1套100kW/215kWh儲能設(shè)備），分別在晴天、多云、陰雨三類典型日下進(jìn)行運(yùn)行策略的模擬應(yīng)用（在實(shí)際運(yùn)行過程中，運(yùn)行策略依托能量管理平臺實(shí)時動態(tài)調(diào)整，本章節(jié)策略應(yīng)用僅作參考）。
（一）晴天典型日
在晴天典型日下，光伏大發(fā)時段持續(xù)時間長，所需外購電力少，光儲協(xié)同能夠覆蓋早高峰全部、晚高峰大部分充電量。
表1 晴天典型日光儲充運(yùn)行策略應(yīng)用
在此策略應(yīng)用下，儲能全天實(shí)行兩充兩放。其中，第一次充電以谷價市電為主、光伏為輔，并提前預(yù)留后續(xù)時段光伏總發(fā)電裕量；第一次放電能夠覆蓋全部早高峰負(fù)荷；第二次充電全部為光伏，直至充滿；第二次放電能夠覆蓋晚高峰前半段負(fù)荷，后半段保持最低電量進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。
圖7 晴天典型日儲能充放功率及荷電狀態(tài)
（二）多云天典型日
在多云天典型日下，整體的場景時序及策略應(yīng)用與上述晴天典型日類似，但由于光伏大發(fā)持續(xù)時間較短，因此在各場景持續(xù)時長、變化電量、儲能預(yù)留光伏裕量方面有所差異。
表2 多云典型日光儲充運(yùn)行策略應(yīng)用
在此策略應(yīng)用下，儲能實(shí)行兩充兩放，充放策略與上述晴天典型日類似。其中，第一次充電以谷價市電為主、光伏為輔，充至滿電狀態(tài)；第一次放電能夠覆蓋全部早高峰負(fù)荷；第二次充電以平價市電為主、光伏為輔，直至充滿；第二次放電能夠覆蓋晚高峰前半段負(fù)荷，后半段保持最低電量進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。
圖8 多云典型日儲能充放策略及荷電狀態(tài)
（三）陰雨天典型日
在陰雨天典型日下，光伏出力極少，不存在光伏大發(fā)時段，所需外購電力較多，因此主要以儲能充放作為移峰填谷降費(fèi)的主要手段。
表3 陰雨典型日光儲充運(yùn)行策略應(yīng)用
在此策略應(yīng)用下，儲能實(shí)行兩充兩放，充電全部來自電網(wǎng)外購電。其中，第一次充電全部為谷價市電,充至滿電狀態(tài)；第一次放電能夠覆蓋全部早高峰負(fù)荷；第二次充電全部為平價市電，直至充滿；第二次放電能夠覆蓋晚高峰前半段負(fù)荷，后半段保持最低電量進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。
圖9 陰雨典型日儲能充放策略及荷電狀態(tài)
結(jié)語
本文針對光儲充一體化電站能量運(yùn)行管理的業(yè)務(wù)痛點(diǎn)難點(diǎn)，初步提出了適應(yīng)分時電價政策的能量運(yùn)行策略，并結(jié)合典型日對其進(jìn)行了模擬應(yīng)用。接下來，筆者也將進(jìn)一步將策略正式應(yīng)用到光儲充電站的日常生產(chǎn)運(yùn)行中，不斷驗(yàn)證并提升策略的有效性。光儲充電站實(shí)際運(yùn)行與需求響應(yīng)、輔助服務(wù)、電力現(xiàn)貨與綠電交易等業(yè)務(wù)息息相關(guān)，涉及面非常廣泛，考慮必有不周到之處，期待與各位的交流互動，提出更多的新維度、新思路。
