摘要：隨著能源危機和環境問題凸顯，我國積極推進能源結構轉型與新型電力系統構建。虛擬電廠能整合調控分布式能源和可控負荷，是實現 “源 - 網 - 荷 - 儲” 一體化及多能互補的關鍵手段，儲能因其特性成為虛擬電廠重要組成部分，對新能源消納等有積極意義。已有學者研究虛擬電廠運行機制和調度優化及儲能容量配置優化。本文先介紹以集中型儲能為主的虛擬電廠模型，包括結構和調度模型，再以實際工程為例研究其儲能電站集成設計，為其他儲能工程提供參考。

關鍵詞：虛擬電廠；儲能電站；集成設計

0引言

全球能源資源緊張與環境問題突出，各國尋求可持續能源發展道路。我國政策支持下，風電、光伏等清潔能源發展迅速，但其間歇性和波動性影響電網安全穩定運行，出現棄風棄光現象。虛擬電廠是推進可再生能源發展的重要舉措，我國 “十四五” 規劃指出要建立相關協調運營和利益共享機制，其可聚合多種分布式能源，通過控制策略實現協調優化運行，利于資源配置利用。能源局文件明確其并網主體地位，鼓勵其參與電力輔助服務。儲能因功率雙向流動等特點，通過虛擬電廠優化配置和協同控制，可在系統多方面發揮作用，對支撐新型電力系統等有積極意義。已有學者對虛擬電廠運行機制等進行研究，本文針對以集中式儲能為主體的虛擬電廠，分析其組成結構和調度模型，以實際工程為例研究集中式儲能設計，以滿足虛擬電廠運行要求，發揮其在保障供電、提升電網性能、促進新能源消納等方面的作用。

1以集中式儲能為主體的虛擬電廠模型

1.1虛擬電廠結構

虛擬電廠將分布式能源、可控負荷和儲能設備結合，通過技術手段對區域內資源進行調控，可多點接入電網參與電力市場。以集中式儲能電站為主體構建虛擬電廠，能發揮其宏觀作用，輻射周邊資源，提升運行模式的確定性等，實現對分散資源有效控制，兼顧電網運行與電力市場。

1.2虛擬電廠調度模型

虛擬電廠控制可接入多種資源參與電力交易市場。儲能有兩種運行模式：單獨參與電網調度，調整充放電，參與調峰、調頻、現貨等市場；與分布式電源、負荷聯合參與調度運行，通過控制策略協調功率流動，儲能目標是彌補風光發電出力偏差，實現計劃跟蹤和削峰填谷等功能。

1.3以集中式儲能為主體的虛擬電廠的作用

提升調峰能力，保障用電：社會用電需求增長，峰谷差增大，傳統機組調峰能力有限，儲能為主體的虛擬電廠可調節負荷和儲能充放電，保障重要負荷供電，如平湖市和平廣州市的案例。

提升調頻能力，保障電網安全運行：新能源滲透率提高導致系統轉動慣量和調頻能力降低，傳統調頻電源有局限，儲能系統響應快、調節速率高，可降低電網頻率失穩風險，提供緊急調頻支撐。

促進新能源消納：新能源出力具有隨機性，儲能可結合預測進行充放，解決其波動性問題。某示范工程表明，風儲系統在 VPP 模式下運行可提高經濟收益，緩解并網問題。

提升電網運行靈活性：電力體制改革推進，電網向智能化和柔性化發展，儲能電站運行靈活，可提供無功電壓調節等，對優化電網結構等有重要作用。

2儲能系統設計

2.1 儲能技術路線選擇

儲能技術路線多樣，適用于不同場景。以集中式儲能為主體的虛擬電廠要求儲能滿足不同調節需求，從技術特性、經濟性、安全性三個維度綜合考慮，鋰離子電池系統轉換效率高、響應速度快、成本合理、安全風險可控制，符合虛擬電廠需求，可采用鋰離子電池儲能系統。

2.2 儲能系統集成設計要點

交直流電壓等級：儲能電站集成方式有低壓集成、高壓集成和級聯直掛。低壓集成方案成熟度高、可靠性強，但能量密度與轉換效率偏低；高壓集成方案功率密度提升，占地少，成本降低，但一致性問題突出；級聯高壓直掛方案具備優勢，但尚不具備規模化推廣條件。綜合考慮，高壓集成在虛擬電廠集中式儲能中有技術優勢。

電池系統熱管理方式：電池系統熱管理技術通過設計調節電池溫度等，冷卻方式有風冷、液冷和相變材料冷卻。風冷應用廣泛但效率低、噪聲大；液冷冷卻效率高，能改善電池溫度一致性，但成本高、功耗大；相變材料冷卻處于實驗室驗證階段。綜合考慮，液冷方案在電池一致性等方面有優勢，是儲能未來發展趨勢之一，具有一定技術優勢。

廠站結構：電化學儲能電站建設主要采用廠房式或預制艙式。廠房式建設周期長等問題應用減少，預制艙式分為步入式和非步入式。步入式預留人員通道，防水防腐性能好但能量密度低；非步入式人員在箱體外部維護，艙體密閉性不好，空間利用率降低。本項目集中式儲能采用非步入式預制艙方案有優勢。

小結：儲能系統集成設計關乎安全穩定運行，虛擬電廠中的集中式儲能具有特點，應根據項目情況對相關方面進行技術分析，綜合考慮本項目條件，建議選擇高壓液冷系統非步入式預制艙集成。

3安科瑞Acrel-2000MG微電網能量管理系統

3.1概述

Acrel-2000MG儲能能量管理系統是安科瑞專門針對工商業儲能電站研制的本地化能量管理系統，可實現了儲能電站的數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢與分析、可視化監控、報警管理、統計報表、策略管理、歷史曲線等功能。其中策略管理，支持多種控制策略選擇，包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等。該系統不僅可以實現下級各儲能單元的統一監控和管理，還可以實現與上級調度系統和云平臺的數據通訊與交互，既能接受上級調度指令，又可以滿足遠程監控與運維，確保儲能系統安全、穩定、可靠、經濟運行。

3.2應用場景

適用于工商業儲能電站、新能源配儲電站。

3.3系統結構

3.4系統功能

3.4.1實時監管

對微電網的運行進行實時監管，包含市電、光伏、風電、儲能、充電樁及用電負荷，同時也包括收益數據、天氣狀況、節能減排等信息。

3.4.2優化控制

通過分析歷史用電數據、天氣條件對負荷進行功率預測，并結合分布式電源出力與儲能狀態，實現經濟優化調度，以降低尖峰或者高峰時刻的用電量，降低企業綜合用電成本。

3.4.3收益分析

用戶可以查看光伏、儲能、充電樁三部分的每天電量和收益數據，同時可以切換年報查看每個月的電量和收益。

3.4.4能源分析

通過分析光伏、風電、儲能設備的發電效率、轉化效率，用于評估設備性能與狀態。

3.4.5策略配置

微電網配置主要對微電網系統組成、基礎參數、運行策略及統計值進行設置。其中策略包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制、新能源消納、逆功率控制等。

4硬件及其配套產品

序號	設備	型號	圖片	說明
1	能量管理系統	Acrel-2000MG		內部設備的數據采集與監控，由通信管理機、工業平板電腦、串口服務器、遙信模塊及相關通信輔件組成。 數據采集、上傳及轉發至服務器及協同控制裝置 策略控制:計劃曲線、需量控制、削峰填谷、備用電源等
2	顯示器	25.1英寸液晶顯示器		系統軟件顯示載體
3	UPS電源	UPS2000-A-2-KTTS		為監控主機提供后備電源
4	打印機	HP108AA4		用以打印操作記錄，參數修改記錄、參數越限、復限，系統事故，設備故障，保護運行等記錄，以召喚打印為主要方式
5	音箱	R19U		播放報警事件信息
6	工業網絡交換機	D-LINKDES-1016A16		提供16口百兆工業網絡交換機解決了通信實時性、網絡安全性、本質安全與安全防爆技術等技術問題
7	GPS時鐘	ATS1200GB		利用gps同步衛星信號，接收1pps和串口時間信息，將本地的時鐘和gps衛星上面的時間進行同步
8	交流計量電表	AMC96L-E4/KC		電力參數測量(如單相或者三相的電流、電壓、有功功率、無功功率、視在功率,頻率、功率因數等)、復費率電能計量、 四象限電能計量、諧波分析以及電能監測和考核管理。多種外圍接口功能:帶有RS485/MODBUS-RTU協議:帶開關量輸入和繼電器輸出可實現斷路器開關的"遜信“和“遙控”的功能
9	直流計量電表	PZ96L-DE		可測量直流系統中的電壓、電流、功率、正向與反向電能。可帶RS485通訊接口、模擬量數據轉換、開關量輸入/輸出等功能
10	電能質量監測	APView500		實時監測電壓偏差、頻率俯差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、諾波等電能質量，記錄各類電能質量事件,定位擾動源。
11	防孤島裝置	AM5SE-IS		防孤島保護裝置，當外部電網停電后斷開和電網連接
12	箱變測控裝置	AM6-PWC		置針對光伏、風能、儲能升壓變不同要求研發的集保護，測控，通訊一體化裝置，具備保護、通信管理機功能、環網交換機功能的測控裝置
13	通信管理機	ANet-2E851		能夠根據不同的采集規的進行水表、氣表、電表、微機保護等設備終端的數據果集匯總: 提供規約轉換、透明轉發、數據加密壓縮、數據轉換、邊緣計算等多項功能:實時多任務并行處理數據采集和數據轉發，可多鏈路上送平臺據:
14	串口服務器	Aport		功能:轉換“輔助系統"的狀態數據，反饋到能量管理系統中。 1)空調的開關，調溫，及完全斷電(二次開關實現) 2)上傳配電柜各個空開信號 3)上傳UPS內部電量信息等 4)接入電表、BSMU等設備
15	遙信模塊	ARTU-K16		1)反饋各個設備狀態，將相關數據到串口服務器: 讀消防VO信號，并轉發給到上層(關機、事件上報等) 2）采集水浸傳感器信息，并轉發 3)給到上層(水浸信號事件上報) 4)讀取門禁程傳感器信息，并轉發

5結語

以集中式儲能為主體,聚合周邊分布式資源形成的虛擬電廠,通過資源的整合和調控,促進電網從“源隨荷動”轉化為“源荷互動”。以集中式儲能為主體的虛擬電廠可以直接接收電網調度或者作為三方獨立主體參與輔助服務。大規模儲能可以提供大量實時可調的平穩出力,有效緩解電力供應短缺問題,提供電網調峰、調頻、緊急功率支撐等服務,并增強新能源消納能力,為高比例新能源的接入提供安全保障,為實現“碳達峰·碳中和”戰略目標提供支撐。針對虛擬電廠集中式儲能電站的集成設計,可以通過綜合分析,選擇交直流電壓等級、電池系統熱管理方式和廠站結構,使得儲能系統集成設計滿足項目定位和應用場景要求。

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審核編輯 黃宇