面向新型电力系统的配电网源网荷储协同交互控制研究

面向新型电力系统的配电网源网荷储协
同交互控制研究
摘要：阐述了面向新型电力系统的配变台区光储充一体化的运行思路, 重点介绍了边缘网关、光伏系统、储能系统、充电站系统和储能装置集成能量管理系统组成。

关键词：光储充一体化；能量管理系统
0引言
2020年11月2日，国务院办公厅印发的《新能源汽车产业发展规划（2021－2035年）》明确指出，鼓励“光储充放”多功能综合一体站建设。

2022年3月22日，国家发改委和国家能源局发布的《“十四五”现代能源体系规划》提出：“推进电动汽车与智能电网间的能量和信息双向互动，开展光、储、充、换相结合的新型充换电场站试点示范。

1新型电力系统配变台区架构
图1 整体架构
整体架构以配电智能网关为核心，实时感知台区内储能装置、光伏系统、充
电场站、独立充电桩和用户电能表的运行状态，并采集相应数据，对光储充放一
体台区进行统一管理。

配电智能网关通过采集各环节的运行数据及状态，与配电主站进行数据交互，主站侧可实时掌握该台区的所有信息，包括储能装置投切状态、光伏系统并网状态、光伏功率预测、新能源充电场站的车辆接入信息及台区下辖用户的用电信息。

台区内各关键部分可通过RS485、HPLC宽带载波等通信方式与配电智能网关
进行通信，配电智能网关支持各种物联网通信协议，是低压台区全面感知的重要
保障。

同时支持2路4G/5G无线通信，与配电主站或其他用户指定平台进行上行
通信，主站平台与配电智能网关进行数据交互和应用系统，真正实现了“云边协同”。

1.1边缘网关
一种网关设备，部署在变电站、配电站所/台区/杆塔、分布式新能源等新兴
市场主体的并网点等位置，负责采集本地电网运行数据，上送边缘集群，并实现
电网运行方式切换、调频/调峰等指令操作，具备边缘计算和云边协同应用功能，支撑调度运行和市场运营。

边缘网关根据应用场景和功能性能差异分为I型边缘
网关、II型边缘网关和III型边缘网关。

I型边缘网关指部署在变电站的智能远
动机。

II型边缘网关具备交直流模拟量测量及开关量输入输出功能，应用于配电
站所/台区/杆塔、分布式新能源、储能、电动汽车充电设施等场合。

III型边缘
网关从接入对象的监控系统（本地/平台）采集数据，应用于综合能源园区、虚
拟电厂等场合。

[1]
边缘网关设备可以对其管辖范围内各分布式资源、电动汽车、配电台区、虚
拟电厂等组成单元的运行情况进行实时在线监测，具体监测数据项及通信协议可
通过调试工具动态配置。

边缘网关设备可采用 RS-485 总线、宽带载波、双模等通信方式，与电能表、智能塑壳开关、低压回路监测单元通信。

支持 DL/T645-2007 电能表通信协议、
标准或特定的 MODBUS 串行通信协议等。

1.2光伏系统
包含所有逆变器（单台或多台）和相关的BOS（平衡系统部件）以及具有一个公共连接点的太阳电池方阵在内的系统。

光伏系统向当地交流负载提供电能和向电网发送电能的质量应受控，在电压偏差、频率、谐波和功率因数方面应满足实用要求并符合标准。

出现偏离标准的越限状况，系统应能检测到这些偏差并将光伏系统与电网安全断开。

[2]光伏组件采用发电效率较高、性价比较好的单晶硅组件。

光伏系统可通过安装光伏功率优化器，提高系统发电效率。

光伏组件可采用阳光棚方式安装。

1.3储能系统
储能系统可采用磷酸铁锂电池,储能装置含EMS能量管理系统、BMS电池管理系统、PCS双向变流器、消防、火灾报警系统、空调等。

为节约用地，缩短建设工程，储能装置可按集装箱式设计。

边缘网关可实时监控储能管理系统，主站可实时掌握储能系统的充放电时间节点、储能装置充放电遥控、故障事件记录、储能充放电次数统计等，充分发挥储能装置的双向调节作用。

1.4充电站系统
建设具备V2G功能充电桩，电动汽车在用电低谷时段充电，在用电高峰时段通过V2G充电桩对电网反向供电（车主作为卖家向电网售电）。

V2G网荷互动，可在村镇周边推行激励措施，发动广大新能源车主与当地供电所签订协议，使用振兴充电站的V2G充电桩，谷时充电，峰时放电。

同时台区侧智能网关可实时监控V2G充电桩的并网或放电状态，保证主站实时掌握辖区内V2G充电桩的工作状态。

1.5储能装置集成能量管理系统
储能装置集成能量管理系统，能够通过CAN、无线、载波等通信方式与充电系统、储能系统、光伏系统进行数据交互，通过无线或载波通信方式与台区智能网关进行数据交互，实现整站能量管理和设备监控功能。

能量管理系统采用本地
化部署与云端部署相结合的原则，本地部署确保系统实现无人化值守，自动运行。

云端部署可以在4G信号正常时批量上传数据和集中下发指令。

能量管理系统可以清晰显示传统能源、新能源以及负荷的状态，便于操作人
员在一个屏幕获取所有重要信息，事件列表和图形化的能源模型全面展示所有元
素的控制和监控模式。

在全面图形化的显示模式中，操作员可以遥控微网内各项
设备。

单线图可以清晰的显示系统中任何动作，包括颜色变化和图标闪烁等方式。

同时能源管理可以实现系统源荷预测、多能互补、设备及负荷的自主控制等功能。

2光储充一体化电站运行策略
白天光伏系统发电时，台区负载较轻时，市电正常运行，系统处于并网运行
状态，光伏系统对电动汽车及其它负载供电，同时对储能电站电池充电，市电作
为补充电源；白天光伏系统发电时，台区负载较重时，市电正常运行，系统处于
并网运行状态，光伏系统及储能电站同时对电动汽车及其它负载供电，市电作为
补充电源；阴雨天或者晚上光伏系统不发电时，台区负载较轻时，市电正常运行，系统处于并网运行状态，市电直接对电动汽车及其它负载供电，并同时对储能电
站电池充电，市电作为主供电源；阴雨天或者晚上光伏系统不发电时，台区负载
较重时，市电正常运行，系统处于并网运行状态，市电及储能电站系统同时对电
动汽车及其它负载供电，市电作为主供电源；白天光伏系统发电时，市电退出运行，系统处于离网运行状态，光伏系统及储能电站同时对电动汽车及其它负载供电；阴雨天或者晚上光伏系统不发电时，市电退出运行，系统处于离网运行状态，储能电站直接对台区负载供电。

光、储、充三部分将组成独立低压交流微网，使
系统可在市电断开的情况下离网运行。

3实施效果
随着台区负荷的不断增长，后期普通台区有可能出现变压器重载问题。

建成
新型电力系统配变台区后，可在变压器负载短时超过80%时，保证变压器短时不
处于重载运行状态，对振兴台区起到扩容增容的效应，进一步保障了供电可靠性
和稳定性。

新型电力系统配变台区可就地消纳分布式光伏发电，光伏发电余电储能,储能装置“低谷充、高峰放”，V2G充电桩实现车网互动，起到削峰填谷作用，改善能源结构，降低对传统能源的依赖。

通过“源网荷储”一体化高效互动，协同发展，推动智能化电网的发展。

储能系统的使用能缓解充电桩大电流充电时对区域电网的冲击，保障区域电网的供电可靠性和稳定性。

4结语
随着低压配电网精益管理要求不断提高，配电台区的功能呈现多样化和智能化趋势，接入设备和信息成倍增加。

如按调度控制的思路进行集中监测管理，将对人员运维、通信传输、主站系统信息处理等方面带来巨大压力。

需以低成本、快实现的方式实现功能改造与业务升级，实现高度智能、高度监测及控制，提高管理效率，加强为电力客户服务能力，以适应低压配网的快速发展要求。

参考文献：
[1] 中国南方电网有限责任公司.南方电网云边融合智能调度运行平台体系化技术方案第4部分第2篇：边缘网关
[2] 中国南方电网有限责任公司. 光伏系统并网技术要求 GB/T 19939-2005
广东电网有限责任公司职创项目（030900KZ23050009）。