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回溯光伏發(fā)展的歷史，我們可以清晰的洞見(jiàn)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。在戶(hù)用領(lǐng)域中，儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)展正逐步趕上純并網(wǎng)系統(tǒng)裝機(jī)量�？偟膩�(lái)說(shuō)，光伏行業(yè)的發(fā)展可以被大致概括為三個(gè)階段。

下圖闡明了并網(wǎng)系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用，顯示了引發(fā)能量管理系統(tǒng)（EMS）發(fā)展的節(jié)點(diǎn)。本文我們就來(lái)聊一下光伏系統(tǒng)中”智能化”應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)和發(fā)展，以及它們對(duì)行業(yè)未來(lái)的影響。

戶(hù)用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)與儲(chǔ)能光伏系統(tǒng)裝機(jī)量與發(fā)展時(shí)間關(guān)系圖

目前，戶(hù)用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)與儲(chǔ)能光伏系統(tǒng)的發(fā)展可以分為以下三個(gè)階段：

第一階段：起步階段—穩(wěn)定而緩慢的光伏行業(yè)發(fā)展

在發(fā)展初期階段，也就是在幾十年前，那時(shí)光伏發(fā)電還是一個(gè)相對(duì)較新的概念，系統(tǒng)成本極高，經(jīng)濟(jì)型很低。

第二階段：光伏行業(yè)的興起—儲(chǔ)能的起步

隨著光伏系統(tǒng)成本的下降和大規(guī)模應(yīng)用，光伏系統(tǒng)安裝量迅速增加。電力需求快速增長(zhǎng)，政府不斷提供財(cái)政補(bǔ)貼支持。由于該階段電池成本仍然很高，所以?xún)?chǔ)能系統(tǒng)增長(zhǎng)緩慢。

第三階段：爆發(fā)點(diǎn)—能源管理系統(tǒng)

光伏系統(tǒng)裝機(jī)量發(fā)展迅速，對(duì)公共電網(wǎng)系統(tǒng)的產(chǎn)生壓力，并且很快達(dá)到極限。因此，政府補(bǔ)貼很快下降。在這種背景下，戶(hù)用儲(chǔ)能和防逆流的方案被廣泛應(yīng)用在新能源并網(wǎng)管理和增加自用率的需求中。因此，更加智能和電網(wǎng)友好型的能源管理系統(tǒng)逐漸變得越來(lái)越受歡迎；能量管理系統(tǒng)包含虛擬電廠、微網(wǎng)系統(tǒng)、頻率控制，以及在特定市場(chǎng)如澳大利亞的FCAS、德國(guó)的RCR控制、日本的HEMS系統(tǒng)和美國(guó)的IEEE2030．5等要求。

能量管理系統(tǒng)

如上圖所示，在能源管理系統(tǒng)中，EMS中心通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控，旨在通過(guò)無(wú)線通信或本地控制設(shè)備來(lái)滿足能源存儲(chǔ)系統(tǒng)的需求。系統(tǒng)還收集能源生產(chǎn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以便進(jìn)一步和更精確的管理。

單個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的管理

在單個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)中進(jìn)行能量管理是非常簡(jiǎn)單的，因?yàn)閮?chǔ)能系統(tǒng)通常可以實(shí)施智能能量控制邏輯，通過(guò)該邏輯（見(jiàn)下圖），光伏產(chǎn)生的能量可以?xún)?yōu)先考慮用作負(fù)載消耗，并將多余的能量存儲(chǔ)在電池中。如果電池充滿電，則匱入電網(wǎng)。

光伏能量供給邏輯

所以在單個(gè)系統(tǒng)中，智能能量管理系統(tǒng)通常用于響應(yīng)負(fù)載控制或戶(hù)用負(fù)荷轉(zhuǎn)移。一種典型的方法是通過(guò)DO端口來(lái)控制外部繼電器來(lái)啟動(dòng)或關(guān)閉特定負(fù)載（大功率但不是必要負(fù)載），或與特定負(fù)載管理設(shè)備（如熱控制器、太陽(yáng)能泵或熱輻射器等）一起工作以節(jié)省費(fèi)用。

如下圖所示，負(fù)載管理系統(tǒng)是一種更簡(jiǎn)單的負(fù)載管理的方式。該系統(tǒng)需要一個(gè)逆變器和一個(gè)受控的外部繼電器，通過(guò)數(shù)字信號(hào)的控制，在特定時(shí)間段內(nèi)或特定工況下，實(shí)現(xiàn)特定負(fù)載切斷或重連。

負(fù)載管理系統(tǒng)案例

如下圖所示，熱控系統(tǒng)能根據(jù)實(shí)時(shí)的光伏和電池供點(diǎn)能力或時(shí)間控制來(lái)調(diào)整加熱功率，逆變器與控制器之間的通信可通過(guò)MODBUS， SUNSPEC或者其他協(xié)議實(shí)現(xiàn)。在逆變器和熱控系統(tǒng)中使用外部的EMS控制器也可以實(shí)現(xiàn)此功能。

光伏＋熱管理系統(tǒng)案例

多臺(tái)安裝設(shè)備之間的社區(qū)管理

政府、電網(wǎng)公司、投資商或承辦商經(jīng)常設(shè)立社區(qū)虛擬電廠或其他區(qū)域型能量管理的方法來(lái)節(jié)省電費(fèi)，緩解電網(wǎng)壓力。儲(chǔ)能裝置主要作用是調(diào)節(jié)區(qū)域電網(wǎng)頻率或削減峰值功率需求。如下圖所示，社區(qū)級(jí)管理系統(tǒng)可采用集中式或分布式安裝方式。

基于分布式安裝的社區(qū)能量管理系統(tǒng)

具備能量管理功能的光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)正逐漸獲得推廣，該類(lèi)型系統(tǒng)具有優(yōu)化光伏能量使用和維持電網(wǎng)系統(tǒng)健康等功能。在澳洲，頻率控制輔助功能（FCAS）是目前推動(dòng)這一發(fā)展的主要因素。在歐洲，德國(guó)政府要求紋波控制功能（RCR），西班牙跟意大利市場(chǎng)也出臺(tái)了政策明確支持社區(qū)虛擬電廠系統(tǒng)。

具有智能控制的儲(chǔ)能系統(tǒng)案例

案例解析

第一階段：電池以較低電費(fèi)的電力充電，為峰值需求時(shí)間做準(zhǔn)備。充電功率根據(jù)分時(shí)電價(jià)進(jìn)行智能調(diào)整。

第二階段：在峰值需求時(shí)間段，由電池而不是電網(wǎng)來(lái)供給負(fù)載。

第三階段：多余的光伏能量給電池充電，為峰值需求使用做準(zhǔn)備。

第四階段： 暴風(fēng)雨即將來(lái)臨—電池保持滿電狀態(tài)，為緊急使用做準(zhǔn)備。

AI的崛起

大多數(shù)智能能量管理系統(tǒng)能從電網(wǎng)公司的數(shù)據(jù)庫(kù)和氣象預(yù)報(bào)中獲得實(shí)時(shí)電價(jià)，預(yù)測(cè)電網(wǎng)中斷和電網(wǎng)頻率波動(dòng)，從而向系統(tǒng)發(fā)出正確的指令，既能保證供電安全，又能節(jié)省電費(fèi)。

人工智能技術(shù)（AI）也正逐漸得到關(guān)注。AI技術(shù)能學(xué)習(xí)控制行為并創(chuàng)建數(shù)字模型最大程度地優(yōu)化電力的配置，降低供電間斷的風(fēng)險(xiǎn)。

DROP和STEP方法

在社區(qū)儲(chǔ)能系統(tǒng)中，通常需要控制頻率來(lái)維持公共電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定。如果使用儲(chǔ)能系統(tǒng)，就能很容易實(shí)現(xiàn)頻率控制。此外，它還要求光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)直接對(duì)頻率信號(hào)作出響應(yīng)，或通過(guò)EMS控制器接收信號(hào)，然后通過(guò)DROP或STEP方式執(zhí)行動(dòng)作。

DROP 方法示意圖

儲(chǔ)能系統(tǒng)中的DROP方法允許電池以更高的頻率充電或者以更低的頻率放電。該頻率根據(jù)實(shí)時(shí)頻率進(jìn)行平穩(wěn)的下降或上升。

STEP方法示意圖

儲(chǔ)能系統(tǒng)中的STEP方法只允許電池以最大功率進(jìn)行充放電。

儲(chǔ)能式能量管理系統(tǒng)不僅能優(yōu)化光伏自發(fā)自用率、節(jié)省電費(fèi)、削減峰值用電需求，而且是穩(wěn)定公共電網(wǎng)、保障重要負(fù)荷供電的重要途徑。

目前已經(jīng)測(cè)試了幾種方法，可以洞見(jiàn)光伏行業(yè)的未來(lái)。很多光伏行業(yè)的供應(yīng)商和獨(dú)立研究機(jī)構(gòu)都在戶(hù)用和商用光伏系統(tǒng)中采用控制器或能量管理系統(tǒng)例如歐洲的SolarLog和Energybas，澳大利亞的SwitchDin和Deposit，中國(guó)的正泰、華為和固德威等。