基于多目標優(yōu)化算法的虛擬儲能與分布式光伏儲能協(xié)同策略研究

　更新日期：2025-09-25　點擊量：225

摘要：隨著全球能源結構向低碳化、智能化轉(zhuǎn)型，分布式光伏發(fā)電的大規(guī)模并網(wǎng)給電力系統(tǒng)帶來了新的挑戰(zhàn)與機遇。本文深入探討了虛擬儲能系統(tǒng)（Virtual Energy Storage System，VESS）與分布式光伏儲能的協(xié)同優(yōu)化策略，分析了其在提升新能源消納率、降低電網(wǎng)運行成本、增強系統(tǒng)靈活性等方面的關鍵作用。通過理論模型構建、技術方案比較和實際案例分析，本文系統(tǒng)闡述了虛擬儲能與物理儲能的互補機制，并提出了面向不同應用場景的協(xié)同優(yōu)化方法。研究結果表明，虛擬儲能與分布式光伏儲能的協(xié)同運行能夠顯著提高能源利用效率，降低碳排放，為構建新型電力系統(tǒng)提供重要技術支撐。

關鍵詞：虛擬儲能系統(tǒng)；分布式光伏；儲能協(xié)同優(yōu)化；微電網(wǎng)；虛擬電廠

引言：能源轉(zhuǎn)型的新機遇

在“雙碳"目標的推動下，可再生能源的快速發(fā)展為能源系統(tǒng)帶來了新的挑戰(zhàn)與機遇。分布式光伏的普及使得電力供應更加清潔，但其波動性和間歇性也給電網(wǎng)穩(wěn)定運行帶來了壓力。如何利用分布式光伏與儲能系統(tǒng)，實現(xiàn)能源的靈活調(diào)度與優(yōu)化管理？虛擬儲能系統(tǒng)（Virtual Energy Storage System, VESS）與分布式光伏儲能的協(xié)同優(yōu)化，正成為行業(yè)關注的焦點。

1.什么是虛擬儲能系統(tǒng)？

虛擬儲能系統(tǒng)（VESS）是一種通過智能算法和需求側管理技術，將分散的、可調(diào)節(jié)的電力負荷（如空調(diào)、電動汽車、工業(yè)設備等）聚合起來，模擬傳統(tǒng)儲能電池的充放電行為，從而提供靈活的電力調(diào)節(jié)能力。相較于物理儲能，VESS具有投資成本低、響應速度快、資源利用率高等優(yōu)勢。

2.分布式光伏+儲能的挑戰(zhàn)與機遇

分布式光伏發(fā)電受天氣影響較大，容易出現(xiàn)供需不匹配的情況。傳統(tǒng)解決方案是搭配物理儲能（如鋰電池），但高昂的初始投資和有限的壽命制約了其大規(guī)模應用。而虛擬儲能系統(tǒng)的引入，可以與物理儲能形成互補，通過需求側響應、負荷轉(zhuǎn)移等方式，提升系統(tǒng)的經(jīng)濟性和穩(wěn)定性。

協(xié)同優(yōu)化的核心價值

提高光伏消納率：通過VESS的動態(tài)調(diào)節(jié)，減少棄光現(xiàn)象，利用可再生能源。

降低儲能投資成本：減少對物理儲能的依賴，優(yōu)化資源配置，提高整體經(jīng)濟性。

增強電網(wǎng)靈活性：快速響應電網(wǎng)需求，參與調(diào)峰填谷、頻率調(diào)節(jié)等輔助服務。

提升用戶收益：通過峰谷電價套利、需求響應補貼等方式，降低用電成本。

3.應用場景與案例

3.1工業(yè)園區(qū)能源管理

在工業(yè)園區(qū)，分布式光伏+儲能+VESS的協(xié)同模式可以優(yōu)化生產(chǎn)用電，降低峰值負荷，減少電費支出。例如，某工業(yè)園區(qū)通過虛擬儲能調(diào)度空調(diào)、水泵等柔性負荷，年節(jié)省電費超20%。

3.2微電網(wǎng)與智能社區(qū)

在微電網(wǎng)中，虛擬儲能可以與戶用光伏、家用儲能電池協(xié)同運行，實現(xiàn)社區(qū)內(nèi)能源的自給自足和優(yōu)化交易。

3.3電力市場輔助服務

VESS可以聚合大量分布式資源，參與電力市場的調(diào)頻、備用等服務，為運營商創(chuàng)造額外收益。

4.安科瑞虛擬儲能系統(tǒng)與分布式光伏儲能協(xié)同優(yōu)化解決方案

4.1安科瑞智慧能源管理平臺

AcrelEMS 智慧能源管理平臺是針對企業(yè)微電網(wǎng)的能效管理平臺，對企業(yè)微電網(wǎng)分布式電源、市政電源、儲能系統(tǒng)、充電設施以及各類交直流負荷的運行狀態(tài)實時監(jiān)視、智能預測、動態(tài)調(diào)配，優(yōu)化策略，診斷告警，可調(diào)度源荷有序互動、能源全景分析，滿足企業(yè)微電網(wǎng)能效管理數(shù)字化、安全分析智能化、調(diào)整控制動態(tài)化、全景分析可視化的需求，完成不同策略下光儲充資源之間的靈活互動與經(jīng)濟運行，為用戶降低能源成本，提高微電網(wǎng)運行效率。AcrelEMS 智慧能源管理平臺可以接受虛擬電廠的調(diào)度指令和需求響應，是虛擬電廠平臺的企業(yè)級子系統(tǒng)。

圖1 AcrelEMS 智慧能源管理平臺主界面

4.2平臺結構

系統(tǒng)覆蓋企業(yè)微電網(wǎng)“源-網(wǎng)-荷-儲-充"各環(huán)節(jié)，通過智能網(wǎng)關采集測控裝置、光伏、儲能、充電樁、常規(guī)負荷數(shù)據(jù)，根據(jù)負荷變化和電網(wǎng)調(diào)度進行優(yōu)化控制，促進新能源消納的同時降低對電網(wǎng)的至大需量，使之運行安全。

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圖2 AcrelEMS 智慧能源管理平臺結構

4.3平臺功能

4.3.1.能源數(shù)字化展示

通過展示大屏實時顯示市電、光伏、風電、儲能、充電樁以及其它負荷數(shù)據(jù)，快速了解能源運行情況。

4.3.2協(xié)調(diào)控制策略

通過優(yōu)化控制儲能和可控負載提升實現(xiàn)新能源消納、需量控制、峰谷套利；平滑系統(tǒng)出力，并顯示優(yōu)化前和優(yōu)化后能源曲線對比等。

4.3.3.智能預測

結合氣象數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)對光伏、風力發(fā)電功率和負荷功率進行預測，并與實際功率進行對比分析，通過儲能系統(tǒng)和負荷控制實現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度，降低需量和用電成本。

4.3.4.能耗分析

采集企業(yè)電、水、天然氣、冷/熱量等各種能源介質(zhì)消耗量，進行同環(huán)比比較，顯示能源流向，能耗對標，并折算標煤或碳排放等。

4.3.5.有序充電

系統(tǒng)支持接入交直流充電樁，并根據(jù)企業(yè)負荷和變壓器容量，并和變壓器負荷率進行聯(lián)動控制，引導用戶有序充電，保障企業(yè)微電網(wǎng)運行安全。

4.3.6.運維巡檢

系統(tǒng)支持任務管理、巡檢/缺陷/消警/搶修記錄以及通知工單管理，并通過北斗定位跟蹤運維人員軌跡，實現(xiàn)運維流程閉環(huán)管理。

4.4設備選型

除了智慧能源管理平臺外，還具備現(xiàn)場傳感器、智能網(wǎng)關等設備，組成了完整的“云-邊-端"能源數(shù)字化體系，具體包括高低壓配電綜合保護和監(jiān)測產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、電能質(zhì)量治理、照明控制、充電樁、電氣消防類解決方案等，可以為虛擬電廠企業(yè)級的能源管理系統(tǒng)提供一站式服務能力。

名稱	圖片	型號	功能	應用
企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統(tǒng)		AcrelEMS	AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統(tǒng)由電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋了企業(yè)中壓變配電系統(tǒng)、應急電源、隔離電源、照明控制、設備運維、環(huán)境監(jiān)測等，貫穿企業(yè)能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解企業(yè)配電系統(tǒng)運行狀況，并且根據(jù)權限可以適用于企業(yè)能源管理需要。
協(xié)調(diào)控制器		ACCU100	接口參數(shù)：8路485串口，2路CAN，1HDMI，4千兆網(wǎng)口，6路DI，6路DO，4G+GPS 策略管理：防逆流、計劃曲線、削峰填谷、需量控制、有功/無功控制、光儲協(xié)調(diào)等，并支持策略定制; 系統(tǒng)安全：基于不可信模型設計的用戶權限，防止非法用戶侵入；基于數(shù)據(jù)加密與數(shù)據(jù)安全驗證技術，采用數(shù)據(jù)標定與防篡改機制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)固證和可追溯；運行安全：采集分析包括電池、溫控及消防在內(nèi)的全站信號與測量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)運行安全預警預測。
中高壓微機保護裝置		AM6、AM5SE	實現(xiàn)110kV至10kV回路的保護、測量和自動控制功能	110kV、10kV回路斷路器
電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置		APView500	集諧波分析/波形采樣/電壓閃變監(jiān)測/電壓不平衡度監(jiān)測等穩(wěn)態(tài)監(jiān)測、電壓暫降/暫升/短時中斷等暫態(tài)監(jiān)測、事件記錄、測量控制等功能為一體，滿足A電能質(zhì)量評估標準，能夠滿足110kV及以下供電系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測的要求。	110kV、35kV、10kV、0.4kV
防孤島保護裝置		AM5SE-IS	防止分布式電源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)非計劃持續(xù)孤島運行的繼電保護措施，防止電網(wǎng)出現(xiàn)孤島效應。裝置具有低電壓保護、過電壓保護、高頻保護、低頻保護、逆功率保護、檢同期、有壓合閘等保護功能。	110kV、35kV、10kV、0.4kV
動態(tài)諧波無功補償系統(tǒng)		AnCos/-G Ⅰ型	同時具備諧波治理、無功功率線性補償與三相電流平衡治理和穩(wěn)定電壓的功能,響應時間快，精度高、運行穩(wěn)定，能根據(jù)系統(tǒng)的無功特性自動調(diào)整輸出，動態(tài)補償功率因數(shù)；	0.4kV電能質(zhì)量治理
多功能儀表		APM520	全電力參數(shù)測量、復費率電能計量、四象限電能計量、諧波分析以及電能監(jiān)測和考核管理。接口功能：帶有RS485/MODBUS協(xié)議	并網(wǎng)柜、進線柜、母聯(lián)柜以及重要回路
多功能儀表		AEM96	具有全電量測量，諧波畸變率、分時電能統(tǒng)計，開關量輸入輸出，模擬量輸入輸出。	主要用于電能計量和監(jiān)測
電能表		DTSD1352	具有全電量測量，電能統(tǒng)計，80A內(nèi)可直接接入，導軌安裝。	低壓配電箱
物聯(lián)網(wǎng)儀表	$file:///C:\Users\胡勇祥\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image013.png$	ADW300W	主要用于計量中低壓配電的三相電氣參數(shù)，采集狀態(tài)量并控制斷路器，可靈活安裝于配電箱內(nèi)，自帶開口式互感器，可實現(xiàn)不停電安裝，具備RS485、4G、LoRaWan無線通信功能，適用于配電系統(tǒng)數(shù)字化改造。	微電網(wǎng)數(shù)字化改造
物聯(lián)網(wǎng)儀表		ARCM300	三相交流電能計量、漏電電流測量、諧波分析、4路溫度采集功能，通過對配電回路的剩余電流、導線溫度等火災危險參數(shù)實施監(jiān)控和管理，可采集狀態(tài)量或控制斷路器，具備RS485通訊或4G通訊功能。	微電網(wǎng)電氣消防和數(shù)字化改造
直流電能表		DJSF1352-RN	可測量直流系統(tǒng)中的電壓、電流、功率以及正反向電能等，配套霍爾傳感器(可選)。	直流計量
馬達保護		ARD3M	電動機保護控制器，適用于額定電壓至 660V 的低壓電動機回路，集保護、測量、控制、通訊、運維于一體。其完善的保護功能確保電動機安全運行，強大的邏輯可編程功能可以滿足各種控制要求，多種可選配的通訊方式適應現(xiàn)場不同的總線通訊需求。	電機保護控制
智慧斷路器		ASCB1LE-63-C63-4P/Z4G	三相智能微型斷路器，具備普通微斷保護和控制功能，同時具備電流、電壓、功率、電能測量功能，支持漏電保護和用電行為特征識別，支持遠程控制，4G通訊。	末端配電
防火限流式保護器		ASCP200-63D	可實現(xiàn)短路限流滅弧保護、過載限流保護、過/欠壓保護、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測、內(nèi)部超溫限流保護等，電流0-63A，RS485通訊	末端配電保護
遙信遙控單元		ARTU100	具備開關量采集和繼電器輸出控制功能，導軌式安裝，485通訊，可實現(xiàn)斷路器或接觸器的遠程控制和狀態(tài)量采集。	狀態(tài)量采集和控制輸出
電動汽車充電樁		AEV200-DC60S AEV200-DC80D AEV200-DC120S AEV200-DC160S	輸出功率160/120/80/60kW直流充電樁，滿足快速充電的需要。	充電樁運營和充電控制
智能網(wǎng)關		ANet-2E4SM	邊緣計算網(wǎng)關，嵌入式linux系統(tǒng)，網(wǎng)絡通訊方式具備Socket方式，支持XML格式壓縮上傳，提供AES加密及MD5身份認證等安全需求，支持斷點續(xù)傳，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協(xié)議	電能、環(huán)境等數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換和邏輯判斷