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將來(lái)自波動(dòng)性源頭的電流整合至低壓網(wǎng)絡(luò)是能源轉(zhuǎn)型面臨的一大挑戰(zhàn)。為此，巴伐利亞應(yīng)用能源研究中心(ZAE Bayern)與來(lái)自技術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域的合作伙伴一起，在位于上弗蘭肯行政區(qū)Arzberg的一座小城開(kāi)展了一項(xiàng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，希望能夠提供一些解決方案。

如何才能將大量光伏陣列接入本地網(wǎng)絡(luò)，而無(wú)需花費(fèi)高昂成本對(duì)本地網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展？未來(lái)，當(dāng)越來(lái)越多可再生能源用于供電，本地網(wǎng)絡(luò)又如何實(shí)現(xiàn)安全、高效運(yùn)行？

來(lái)自ZAE Bayern的項(xiàng)目經(jīng)理Philipp Luchscheider表示，這即是項(xiàng)目背后涉及的兩大問(wèn)題。

為了得到答案，研究人員在Arzberg的Schlottenhof地區(qū)建立了一個(gè)智能電網(wǎng)測(cè)試中心。

除了峰值輸出高達(dá)約50千瓦的光伏模塊外，這一設(shè)施還配備有三個(gè)氧化還原液流電池作為短時(shí)緩沖器以及一個(gè)帶有氫氣罐和燃料電池的電解系統(tǒng)作為長(zhǎng)期存儲(chǔ)。

測(cè)試區(qū)域通過(guò)分支電纜連接至Schlottenhof的本地網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)檫@里的很多家庭都安裝有太陽(yáng)能陣列，部分家庭甚至還配備了家用存儲(chǔ)設(shè)備。測(cè)試結(jié)果將在年底揭曉。

“為了平衡波動(dòng)性生產(chǎn)并緩和供電高峰，短期和長(zhǎng)期存儲(chǔ)設(shè)備必須實(shí)現(xiàn)智能協(xié)作。這就需要將天氣預(yù)報(bào)和消耗預(yù)測(cè)納入考慮之中，”Luchscheider解釋道。

這些任務(wù)均在控制層通過(guò)功能強(qiáng)大的服務(wù)器執(zhí)行，控制中心則位于測(cè)試中心周邊的預(yù)制式辦公室內(nèi)。計(jì)算機(jī)通過(guò)模擬和數(shù)學(xué)模型來(lái)創(chuàng)建指令，并將其作為信號(hào)傳輸至存儲(chǔ)設(shè)備。

控制如此復(fù)雜的系統(tǒng)需要存儲(chǔ)設(shè)備和光伏陣列狀態(tài)以及網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷和容量相關(guān)的可靠信息。為此，ZAE Bayern實(shí)時(shí)收集系統(tǒng)各個(gè)組件的詳細(xì)數(shù)據(jù)。

來(lái)自Schlottenhof二十戶家庭(其中四戶配有電池存儲(chǔ))的生產(chǎn)和消耗連同本地變壓器的電壓、電流和相位角數(shù)據(jù)也都是每秒記錄一次。

此外，研究人員還對(duì)當(dāng)?shù)靥?yáng)輻射和風(fēng)速等氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行了測(cè)量。這些數(shù)據(jù)通過(guò)VPN隧道傳輸至中央服務(wù)器，在此與太陽(yáng)能發(fā)電和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷預(yù)測(cè)信息進(jìn)行整合并統(tǒng)一處理為控制信號(hào)。

這種控制又是如何實(shí)現(xiàn)的呢？例如，陽(yáng)光明媚的日子里，電池存儲(chǔ)單元并不會(huì)在清晨過(guò)早開(kāi)始充電，而是晚一點(diǎn)開(kāi)始工作。

這樣，當(dāng)太陽(yáng)能陣列達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，電池單元仍有閑置容量。期間，存儲(chǔ)設(shè)備的所有人并不會(huì)發(fā)現(xiàn)任何變化——因?yàn)樗麄冊(cè)谕砩闲枰娏r(shí)，電池仍處于滿電狀態(tài)。

服務(wù)器會(huì)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及天氣和負(fù)荷預(yù)測(cè)計(jì)算吸收能量的最佳時(shí)間點(diǎn)。

“數(shù)據(jù)的高品質(zhì)和可靠性對(duì)于我們現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的成功進(jìn)行至關(guān)重要，”Luchscheider強(qiáng)調(diào)說(shuō)。這也正是ZAE選擇萬(wàn)可PFC 200控制器負(fù)責(zé)各個(gè)組件和控制中心之間通信的原因所在。

“萬(wàn)可產(chǎn)品十分可靠。我們從未遇到過(guò)任何問(wèn)題，”Luchscheider聲稱。此外，在設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過(guò)程中，該系列控制器還可為研究人員提供高度靈活性。

“盡管輸入類(lèi)型多種多樣，憑借萬(wàn)可解決方案，我們也可連接各個(gè)系統(tǒng)和設(shè)備，而不受任何限制?！表?xiàng)目經(jīng)理解釋說(shuō)。

與此同時(shí)，還可將萬(wàn)可三相電力測(cè)量模塊用于電壓、電流和相位角測(cè)量。數(shù)據(jù)交換則借助GSM和DSL通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)?！安皇敲考抑圃焐潭寄芴峁┧蟹?wù)，”Luchscheider說(shuō)到。

談及編程方面，研究人員還受益于PFC 200的靈活性?！叭f(wàn)可控制器能夠運(yùn)用我們比較喜歡使用的編程語(yǔ)言R進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。這一點(diǎn)很吸引我們，因?yàn)槲覀兛梢允褂门c控制器相同的代碼來(lái)設(shè)計(jì)模型。由此節(jié)省了時(shí)間并能在進(jìn)入端口期間防止錯(cuò)誤發(fā)生。”

控制器和服務(wù)器之間采用MQTT協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，“這十分高效并在配置期間帶來(lái)額外優(yōu)勢(shì)”，Luchscheider解釋說(shuō)。

萬(wàn)可組件和控制平臺(tái)所具備的開(kāi)放性為研究人員開(kāi)發(fā)更多場(chǎng)景并測(cè)試新算法帶來(lái)了可能。

“為此，我們需要新的硬件，以便在工業(yè)訂單或項(xiàng)目中進(jìn)行測(cè)試，并將其集成至系統(tǒng)，”Luchscheider說(shuō)到。ZAE測(cè)試中心未來(lái)也將為更多新技術(shù)應(yīng)用提供空間，以更好地服務(wù)于智能電網(wǎng)。

部分控制器直接安裝于太陽(yáng)能電池板上，以便研究人員能夠研究不同天氣條件下各個(gè)模塊和設(shè)備的饋電行為。

這些控制器僅有來(lái)自模塊的少許保護(hù)，且暴露于狂風(fēng)、雨雪和霜熱交替的環(huán)境中，技術(shù)十分經(jīng)得住考驗(yàn)。該技術(shù)從未遇到過(guò)任何問(wèn)題。

“自項(xiàng)目啟動(dòng)以來(lái)，我們沒(méi)有丟失過(guò)一個(gè)測(cè)量值。該控制器確實(shí)非常適于戶外應(yīng)用，”Luchscheider強(qiáng)調(diào)說(shuō)。

像其他許多農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)一樣，Schlottenhof生產(chǎn)的電力很大一部分用于自我消耗——因此，通過(guò)特定方式進(jìn)行光伏發(fā)電的能力在未來(lái)潛力無(wú)限。ZAE Bayern及其研究項(xiàng)目的合作伙伴們致力于在不花費(fèi)高昂成本對(duì)本地網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展的前提下，為實(shí)現(xiàn)“Schlottenhof等地的氣候友好型、分布式能源供應(yīng)”這一愿景做出巨大貢獻(xiàn)。