宋兵兵
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
1 背景
随着全球能源危机、用能增加以及新能源技术的增加,新能源发电越来越广,并逐步形成新型能源与电力市场,但新能源的能量密度普遍偏低,进行大功率发电还需要挑选适合的位置场地,因此属于间歇式电源。而微电网技术的提出,为高*利用这些新能源电力提供了重要的技术方向。
2 微电网系统
1)组成
由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统,是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。
2)特征
(1)微型
电压等级:35kV及以下为主
系统容量:*大用电负荷原则上≤20MW
(2)清洁
可再生能源装机容量占比50%以上
系统综合能源利用效率在70%以上
(3)自治
具有独立运行的控制系统;
独立运行时保障不低于2小时连续供电
与外部电网年交换电量一般不超过年用电量的50%
(4)友好
交换功率和交换时段具有可控性;
与并入电网实现备用、调峰、需求侧响应等双向服务
3)应用场景
孤岛、边远地区:解决偏远地区用电问题
大电网较弱区:提高供电可靠性、保证关键负荷供电、防范电网故障状态
需求较高园区:提高配电网对新能源的消纳能力、提高新能源的利用率、降低用能成本、提升用能稳定性、服务保障电网质量
4)子系统
(1)光伏
并网型:既可以与外部电网连接运行,也支持离网独立运行,以并网为主。
离网型:不与外部电网联网,实现电能自发自用,功率平衡微电网。
(2)风电
力发电机组将风能转换为交流电能,风力发电机输出的幅值、频率均不稳定的交流电,经过控制器整流成直流电后输出给逆变电源,由逆变电源转换成幅值、频率均稳定的交流电,经过电度表计量后,直接馈入直流电逆变为 AC380V、50Hz的三相交流电。
(1)风力机组部分:捕获风能并将风能转化为交变电能;包括风力发电机组、塔架、地基、线缆等。
(2)并网控制部分: 控制风机系统的安全正常运行,内置整流模块输出直流电能,并对输出*高电压进行限制,保护后端逆变器;包括并网控制器、泄荷器、线缆等。
(3)逆变部分:将控制器输出的直流电逆变交流电并将能量馈入电网,带升压变隔离;包括并网逆变器、线缆等。
(4)卸荷部分:实现智能控制风力发电机进行刹车停机,确保风力发电机在异常工况下的安全。
(3)储能
电化学储能系统主要由电池组、储能变流器(PCS)、电池管理系统(BMS)、能量管理系统(EMS)以及其他电气设备构成。
电池组是储能系统主要的构成部分;
电池管理系统主要负责电池的监测、评估、保护以及均衡等;
储能变流器可以控制储能电池组的充电和放电过程,进行交直流的变换。
能量管理系统负责数据采集、网络监控和能量调度等;
电池单元
电池系统是储能系统实现电能存储和释放主要载体,通过电池单体的串/并联可实现电池系统容量的扩大,即大容量电池系统。其成组方式:先由多个电池单体经串/并联后形成电池模块(BatteryModule,BM),再将多个电池模块串联成电池串,*后由多个电池串经并联而成。
PCS
主要功能:
一是两种不同工作模式下(并/离网模式)对电池系统的充放电功能,并实现两种工作模式的切换;
二是通过控制策略为系统提供双向可控的有功、无功功率,实现系统有功、无功功率平衡;
三是通过相关控制策略实现系统*级应用功能,如黑启动、削峰填谷、功率平滑、低电压穿越等;
四是根据PCS拓扑结构(如单级AC/DC、双级AC/DC+DC/DC、单级并联、双级并联、级联多电平结构等),通过相关控制策略实现对电池系统电压和荷电状态的均衡管理等
BMS
电池管理系统包含储能电池监控和电池管理系统两大部分,每套系统包含电池监测电路(CSC)、从电池管理单元(SBMU)、主电池管理单元(MBMU)、高压线路控制单元、储能柜预充电(并联)线路、高压检测单元、热管理单元、电流检测单元、急停系统、以及电池监控系统(PC)等。
电池模块、电池簇和电池阵列的储能系统宜采用三层架构的电池管理系统
电池管理系统功能:
实时监测电池的电和热相关的数据, 如电池簇总电压、电池单体电压或电芯组电压、电池簇电流、电池模块内部温度;
具有 SOC/SOH 、充放电电能量值的计算功能;
高*均衡功能;
电气保护功能;
预警功能;
自检功能;
参数整定与修改功能等。
集装箱
储能系统多基于磷酸铁锂电池储能技术,磷酸铁锂电池具备安全可靠、放电深度和充放电倍率高等优势。电池单元采用模块化设计,采用标准20/40英尺集装箱,集装箱内具有空调、温控、消防、照明等保护系统,确保电池系统具有优的转换效率及运作性能,同时具有安全可靠的保护措施。
5)工程商业储能
商业楼宇/数据中心
在楼宇地下室或者停车位部署储能,通过降低容量电费和峰谷差节约用电成本。
充电站
在充电桩之间部署储能,代替变压器扩容满足瞬时的大功率充电需求。
工厂/产业园
利用闲置土地资源部署储能,通过负荷预测等控制算法,自动调整充放电策略节约电费。
3 微电网系统结构
交流母线微电网--并网型
交流母线微电网--离网型
直流母线微电网
4 微电网能量管理系统
Acrel-2000MG微电网能量管理系统能够对微电网的源、网、荷、储能系统、充电负荷进行实时监控、诊断告警、全景分析、有序管理和高*控制,满足微电网运行监视全*化、安全分析智能化、调整控制前瞻化、全景分析动态化的需求,完成不同目标下光储充资源之间的灵活互动与经济优化运行,实现能源效益、经济效益和环境效益*大化。
1)主要功能:实时监测;能耗分析;智能预测;协调控制;经济调度;需求响应。
2)系统特点:平滑功率输出,提升绿电使用率;削峰填谷、谷电利用,提高经济性;降低充电设备对局部电网的冲击;降低站内配电变压器容量;实现源荷*高匹配效能。
3)核心功能
多种协议
支持多种规约协议,包括:Modbus TCP/RTU、DL/T645-07/97、IEC60870-5-101/103/104、MQTT、CDT、第三方协议定制等。
多种通讯方式
支持多种通信方式:串口、网口、WIFI、4G。
通信管理
提供通信通道配置、通信参数设定、通信运行监视和管理等。提供规约调试的工具,可监视收发原码、报文解析、通道状态等。
智能策略
系统支持自定义控制策略,如削峰填谷、需量控制、动态扩容、后备电源、平抑波动、有序充电、逆功率保护等策略,保障用户的经济性与安全性。
全量监控
覆盖传统EMS盲区,可接入多种协议和不同厂家设备实现统一监制,实现环境、安防、消防、视频监控、电能质量、计量、继电保护等多系统和设备的全量接入。
4)
微电网能量管理系统包括系统主界面,包含微电网光伏、风电、储能、充电桩及总体负荷情况,体现系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电桩信息、告警信息、收益、环境等。
储能监控
系统综合数据:电参量数据、充放电量数据、节能减排数据;
运行模式:峰谷模式、计划曲线、需量控制等;
统计电量、收益等数据;
储能系统功率曲线、充放电量对比图,实时掌握储能系统的整体运行水平。
光伏监控
光伏系统总出力情况
逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警
逆变器及电站发电量统计及分析
并网柜电力监测及发电量统计
电站发电量年有效利用小时数统计,识别低效发电电站;
发电收益统计(补贴收益、并网收益)
辐照度/风力/环境温湿度监测
并网电能质量监测及分析
光伏预测
以海量发电和环境数据为根源;以高精度数值气象预报为基础;采用多维度同构异质BP、LSTM神经网络;光功率预测方法时间分辨率:15min;超短期未来4h预测精度>90%,短期未来72h预测精度>80%
风电监控
风力发电系统总出力情况
逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警
逆变器及电站发电量统计及分析
并网柜电力监测及发电量统计
电站发电量年有效利用小时数统计,识别低效发电电站;
发电收益统计(补贴收益、并网收益)
风力/风速/气压/环境温湿度监测
并网电能质量监测及分析
充电桩系统
实时监测充电系统的充电电压、电流、功率及各充电桩运行状态;
统计各充电桩充电量、电费等;
针对异常信息进行故障告警;
根据用电负荷柔性调节充电功率。
电能质量
对整个系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续性的监测。如电压谐波、电压闪变、电压不平衡等稳态数据和电压暂升/暂降、电压中断暂态数据进行监测分析及录波展示,并对电压、电流瞬变进行监测。
作者简介:宋兵兵,男,本科,安科瑞电气股份有限公司,主要研究中低压综合保护及绝缘监测系统, QQ:3007723194 。
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