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淺析微電網(wǎng)能量管理系統在光伏電站儲能的應用

更新時(shí)間:2024-07-08      瀏覽次數:79

摘要:隨著(zhù)我國電力行業(yè)的迅速發(fā)展和新能源技術(shù)的不斷涌現,針對系統可靠性和穩定性的要求也逐漸提高。而要實(shí)現供電品質(zhì)穩定,避免停電現象的發(fā)生,較好的辦法就是通過(guò)建立基站,對電能進(jìn)行儲存。因此,為使儲能系統得到科學(xué)、合理的應用,本文在對太陽(yáng)能光伏項目的調查基礎上,根據當前的發(fā)展趨勢,制定了一種適合于市場(chǎng)的儲能系統和能量管理體系,以確保市場(chǎng)運行的安全、穩定、可靠。

關(guān)鍵詞:光伏電站;儲能系統;配置研究

1、前言

在新能源發(fā)展中,太陽(yáng)能、風(fēng)能之間存在間歇性、波動(dòng)性、隨機性等特性,要通過(guò)建立相應的能量存儲體系來(lái)解決棄光棄風(fēng)問(wèn)題,同時(shí)還要考慮太陽(yáng)能、風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電量,并在風(fēng)電場(chǎng)建成之前規劃好如何并網(wǎng)、如何消納。此外,由于在電網(wǎng)結構薄弱、棄光棄風(fēng)嚴重的區域,太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)電場(chǎng)等行業(yè)仍舊存在著(zhù)較大的發(fā)展空間。在實(shí)際應用中,應對風(fēng)電機組的裝機容量做出合理的評價(jià),并對風(fēng)電機組的充放電能力進(jìn)行多方面的分析和研究,以便制訂出合理的發(fā)展規劃,以實(shí)現可持續發(fā)展。

2、光伏電站儲能系統作用

光伏儲能系統簡(jiǎn)單而言就是將太陽(yáng)能光伏和太陽(yáng)能電池系統有機地結合起來(lái),其主要功能包括“調節負荷、存儲電量、新能源接入、補償線(xiàn)損、功率補償、提高電能質(zhì)量、孤網(wǎng)運行、削峰填谷"等功能。簡(jiǎn)單的說(shuō),就像是一座水庫,它可以在峰頂的時(shí)候,將多余的水都儲存起來(lái),然后在峰頂使用,從而降低了能源的浪費;另外,蓄能電站還可以降低線(xiàn)路損耗,延長(cháng)線(xiàn)路及設備的使用壽命。在微型網(wǎng)絡(luò )中,能量存儲系統的功能包括:

2.1保證系統穩定

由于光伏發(fā)電系統的輸出功率和負載曲線(xiàn)具有很大的差別,而且均有不可預料的波動(dòng)特性,因此在不同的情況下應采用不同的濾波方法。通過(guò)儲能系統的能量存儲和緩沖,可以實(shí)現對電網(wǎng)的快速控制,改善電網(wǎng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性,從而保證電力系統在負荷劇烈變動(dòng)的情況下仍然能夠維持穩定的電力輸出。

2.2能量備用

當太陽(yáng)能光伏發(fā)電不能正常工作時(shí),能量?jì)Υ嫦到y可以作為后備和過(guò)渡性的功能,比如在晚上或陰雨天氣中,當電池處于飽和狀態(tài)時(shí),可以限制太陽(yáng)能的發(fā)電,實(shí)現電力供需的均衡,提高系統的能量利用率,并防止蓄電池過(guò)充電,延長(cháng)系統的使用壽命。

2.3提高電力品質(zhì)與可靠性

能量?jì)Υ嫦到y也可以避免由于電壓尖峰、電壓下降以及其它外部干擾而導致的電網(wǎng)波動(dòng),從而有效地改善了電力系統的功率因數和電壓穩定,并且能夠有效地抑制系統的振動(dòng)。充分利用能量存儲,可以確保輸出功率的質(zhì)量和可靠性。

2.4日常能量?jì)Υ?/p>

當太陽(yáng)輻射強度高,負荷小時(shí),可以把剩余的太陽(yáng)能進(jìn)行蓄積,充分吸收太陽(yáng)能的電能。太陽(yáng)板除了能為車(chē)輛提供電力外,還能在房屋需要電力時(shí),將多余的電力進(jìn)行轉換為房屋所使用。由此可以得出,太陽(yáng)能發(fā)電系統的安全運行是非常關(guān)鍵的。能量存儲技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是既能確保電力系統的穩定、可靠,又能解決電壓脈沖、涌流、電壓跌落、瞬間電源中斷等動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題。此外,儲能系統在電站整體投資中占有相當大的比重,因此,如何合理地選取和管理,對整個(gè)系統的經(jīng)濟效益起著(zhù)至關(guān)重要的作用,需要對其進(jìn)行多方位的分析和合理的決策。

3、項目技術(shù)方案

3.1項目總體技術(shù)概述

太陽(yáng)能發(fā)電系統是一種利用太陽(yáng)能電池的“光伏效應",將太陽(yáng)能輻射能量轉化成電能的發(fā)電裝置。當太陽(yáng)光照射在太陽(yáng)能電池的表面,會(huì )發(fā)生一系列的繞射,形成一種特殊的光線(xiàn),在這個(gè)時(shí)候,太陽(yáng)能電池就會(huì )吸收光能量,形成一對“電子-空穴對"。在內建電場(chǎng)中,光生電子與空穴對被分開(kāi),并在電池組中形成不同數量的電荷,從而形成“光生電壓"。同時(shí),如果將電極引到內建電場(chǎng)的兩邊,再連接到負荷,“光生電流"就會(huì )通過(guò)該負荷,從而產(chǎn)生功率。通過(guò)將太陽(yáng)能轉換成直流電能,從而達到控制、監控、兼容和診斷電網(wǎng)的目的。當前光伏發(fā)電的主要形式有三種:獨立的混合發(fā)電系統、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統、微網(wǎng)光伏發(fā)電系統。

(1)獨立混合發(fā)電系統

獨立的混合動(dòng)力系統包含了電池方陣,蓄電池,電能轉換和控制,以及柴油發(fā)電機等。當電量充足時(shí),由充電控制器將蓄電池和其它發(fā)電站的能量存儲到蓄電池堆中;在電力不足的情況下,利用放電控制器將電池中的電量轉換為電力轉換設備,以滿(mǎn)足使用者的需求。柴油發(fā)電機用作應急時(shí)的低溫后備電源。在邊遠地區,獨立的電力系統是一種主要的電力供應方式,它的技術(shù)發(fā)展十分成熟,從一臺數十瓦的路燈到一臺數百瓦的混合電力。同時(shí),我國的逆變器和蓄電池的充放電控制技術(shù)也已經(jīng)實(shí)現了工業(yè)化,其功率級別從數十千瓦到數十千瓦不等。

(2)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統

并網(wǎng)光伏系統的主要內容有:低電壓并網(wǎng)的光伏發(fā)電和高壓并網(wǎng)發(fā)電,其中包含了一個(gè)電池陣列和一個(gè)并網(wǎng)的逆變器。目前國內已經(jīng)有成熟的低壓和高壓并網(wǎng)逆變器,其中,在低壓并網(wǎng)的情況下,*大單機功率為500kW,而在高壓并網(wǎng)發(fā)電系統中,*大功率為1MW。并網(wǎng)逆變器是一種根據電網(wǎng)的頻率、電壓而改變的電流源,其功率因數為1或指令調整依賴(lài)于電網(wǎng),不能獨立產(chǎn)生電力,在電力系統中,其容量有限,其輸出功率取決于光伏的輸入,在*大或*小的情況下,其輸出功率不能得到保障。

(3)光伏微網(wǎng)系統

光伏微網(wǎng)可以與其他電力或電力網(wǎng)絡(luò )并行工作。本系統主要由電池方陣、常規并網(wǎng)逆變器、蓄能器、雙向變流器、柴油發(fā)電機等組成。柴油機與雙向逆變器(可調節的頻率和電壓)分別或聯(lián)合組網(wǎng),傳統的并網(wǎng)式逆變器(每臺*多數十kW)可以通過(guò)通信線(xiàn)路并行操作,實(shí)現對微網(wǎng)的能源管理。在太陽(yáng)能微網(wǎng)系統中,太陽(yáng)能光伏電站可以與水輪機、柴油發(fā)電機并聯(lián)。采用微網(wǎng)能源管理系統,實(shí)現了光伏發(fā)電和水輪機的協(xié)同工作。西藏獅泉河地區的電力網(wǎng)絡(luò )建設,能夠滿(mǎn)足電力市場(chǎng)的需要??紤]到氣候變化,太陽(yáng)能發(fā)電站的*大輸出功率將達到35%,以下是10MWp的計算(因為太陽(yáng)能發(fā)電站建成后,電力供應不足,根據電池容量,一天只能處理一到兩次)。儲能系統是整個(gè)電廠(chǎng)的總投資,儲能系統的選型、選型、主要技術(shù)參數的確定、運行管理等都關(guān)系到儲能系統的安全性、穩定性和經(jīng)濟性,因此需要對儲能系統進(jìn)行多方位的分析和合理的選擇。假設在全功率狀態(tài)下,因氣候原因而突然下降到35%,則需要柴油機或水電站承受10MWp的65%,也就是6.5MW,如果獅泉河水電站和系統的柴油機都是冷備用,不能提供旋轉備用容量。因此6.5MW的負載都要通過(guò)蓄能系統來(lái)進(jìn)行,在不降低頻率的前提下,根據一定的余量,對7MW的負載進(jìn)行了計算。在水輪發(fā)電機的起動(dòng)過(guò)程中,儲能系統的電力輸出是由蓄能系統承擔的,該系統的功率下降到35%,直至達到7000kW的負載,因為從停機到滿(mǎn)載約需6min左右時(shí)間,因此蓄能系統能持續輸出7000kW的能量,并保持10min。在*惡劣的工況下,蓄能系統應在無(wú)法充電的情況下進(jìn)行兩次連續放電,而且由于距離太遠,不適合頻繁的維修和更換,因此對儲能系統的容量和使用壽命都有很大的影響。

3.2儲能系統方案策劃

目前全球電力儲能技術(shù)主要有物理儲能、化學(xué)儲能和電磁儲能三大類(lèi),不同類(lèi)型的儲能具有各自的特點(diǎn),為不同的大規模儲能應用提供了多樣化的選擇。

(1)物理儲能

目前*成熟的物理儲能技術(shù)是利用抽水蓄能技術(shù),它的能源轉化效率高達75%,主要應用于電網(wǎng)的削峰填谷、調頻調等。抽水蓄能電站建設對當地地形、水文條件有很高的要求,而獅泉河地區的建設周期、成本和難度都比較大,難以滿(mǎn)足短期內與太陽(yáng)能發(fā)電的協(xié)調發(fā)展。另一種物理儲能是飛輪儲能,它的特點(diǎn)是壽命長(cháng),無(wú)污染,但能量密度低,不宜單獨使用,而且能源消耗高,操作成本高。

(2)化學(xué)儲能

化學(xué)蓄積技術(shù)是一種比較成熟的技術(shù),但是由于其不易控制,很難得到廣泛的推廣。目前,化學(xué)儲能技術(shù)主要包括:鈉硫電池儲能、液流電池儲能、磷酸鐵鋰電池儲能、鉛酸電池儲能、*級電容儲能等。

①鈉硫電池儲能

鈉硫電池是一種新的化學(xué)能源,它的出現使化學(xué)儲能技術(shù)迅速發(fā)展。鈉硫電池因其體積小、容量大、壽命長(cháng)、效率高而被廣泛用于電網(wǎng)的儲能領(lǐng)域,如削峰填谷、應急電源、風(fēng)力發(fā)電等。此外,由于鈉硫電池工作溫度高,存在安全隱患,且制造過(guò)程繁瑣,目前多數為日本企業(yè)所擁有,且價(jià)格昂貴,因此很難實(shí)現國內進(jìn)口。

②液流礬電池儲能

釩液流電池是一種以釩為主要活性材料的循環(huán)流式電解槽。將釩電池的電能儲存在不同價(jià)態(tài)釩離子的硫酸溶液中,然后利用外部泵將其注入到蓄電池中。而液流礬電池的優(yōu)勢就在于它的高能量密度和100%的放電深度,但由于正極和負極之間存在著(zhù)相互污染和嚴重的環(huán)境問(wèn)題,所以在大規模應用之前,需要先解決這些問(wèn)題,然后才能充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢。

③*級電容儲能

*級電容蓄能設備主要包括*級電容器組、雙向DC/DC轉換器和相應的控制電路。其技術(shù)難點(diǎn)在于電容器的電壓平衡與控制策略,以及逆變器的拓撲結構與控制方式。此外,電容儲能設備通常是一種快速反應的儲能系統,具有較快的動(dòng)態(tài)響應,且具有較低的時(shí)間消耗。但它的能量密度較小,單位成本較高,因此不宜將其作為大規模的儲能系統,尤其是在不合理使用的情況下。

(3)電磁儲能

電磁儲能目前發(fā)展較受成本制約,如超導電磁儲能等,成本高且技術(shù)不夠成熟,不具備大規模推廣的價(jià)值。根據該項目的需求,當太陽(yáng)能發(fā)電量降低時(shí),儲能系統應能夠提供充足的電力,以支持系統的電壓,確保電網(wǎng)的穩定運行。而目前,用于儲能系統的逆變器都是采用電流源的雙向逆變器,這種逆變器只能根據系統的電壓變化來(lái)模擬其電壓,從而使其輸出電流,而不能支持系統的電壓。所以針對此類(lèi)情況,電磁儲能主要可分為鉛酸蓄電池儲能與磷酸鐵鋰電池儲能兩種類(lèi)型。

①鉛酸蓄電池儲能

鉛酸電池技術(shù)成熟,成本低廉,是目前*成熟的一種儲能技術(shù)。但由于其操作溫度高、能量密度小、放電深度低(一般放電深度不宜大于30%,特殊使用時(shí)不宜超過(guò)50%),因此,在大規模的能源存儲系統中,尤其是在氣候條件惡劣、交通不便的情況下,將會(huì )受到技術(shù)條件的限制。例如,鉛酸蓄電池制造時(shí)所產(chǎn)生的酸霧,也會(huì )對環(huán)境造成一定的污染,不符合環(huán)保要求。

②磷酸鐵鋰電池

磷酸鐵鋰是近年來(lái)發(fā)展比較快的一種新型電池,它以其高能量密度、長(cháng)周期、大放電深度和高放電電流而受到廣泛關(guān)注?,F在,像比亞迪這樣的企業(yè),已經(jīng)把它應用到了電動(dòng)車(chē)的能量存儲系統中,并且在大規模的電力系統中得到了應用。磷酸鐵鋰電池在正常工作狀態(tài)下的放電深度超過(guò)80%,在成組后可以進(jìn)行1500次以上的充電和放電,對于經(jīng)常充電和放電的場(chǎng)合是十分適用的。然而,由于其對充放電系統的控制要求比較高,從而限制了它的發(fā)展。結合項目的具體情況,如果選用LRA電池,以40%的放電深度進(jìn)行分析,并在合理的裕度下,應配備7000千伏的電池。如果用磷酸鐵鋰電池做能量存儲單元,以80%的放電深度計算,則需要3500kVAh的磷酸鐵鋰電池。但是,考慮到一天1~2次的深度放電需求,以及維修和更換電池的成本,磷酸鐵鋰電池性就更加突出了。建議在該項目中使用磷酸鐵鋰作為能量存儲系統。

(4)光熱儲能

光熱蓄能器又稱(chēng)為聚焦式太陽(yáng)能熱儲存,利用各種物理方法將直接的陽(yáng)光集中在一起,形成高溫、高壓的水蒸氣,由蒸汽機帶動(dòng)渦輪機發(fā)電。根據不同的集熱器形式,又可分為太陽(yáng)能槽式熱儲能、太陽(yáng)能塔式熱儲能和太陽(yáng)能碟式熱儲能三種。

①太陽(yáng)能槽式熱儲能

槽式太陽(yáng)熱發(fā)電系統全稱(chēng)為槽式拋物面式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統,它是利用多個(gè)槽形拋物面聚光集熱器,以串聯(lián)、并聯(lián)的形式對工質(zhì)進(jìn)行加熱,產(chǎn)生高溫蒸汽來(lái)進(jìn)行太陽(yáng)能發(fā)電。另外,槽型光熱循環(huán)系統還可以利用多能互補的方式,充分發(fā)揮其儲存的優(yōu)點(diǎn),通過(guò)縮短發(fā)電量的時(shí)間,來(lái)降低初期的資金投入與發(fā)電成本。

②太陽(yáng)能塔式熱儲能

塔式光熱發(fā)電技術(shù)是利用大型定日鏡對太陽(yáng)進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤,并將太陽(yáng)能集中于塔頂的熱吸收設備,以高溫熔鹽進(jìn)行蓄熱,然后利用熱和熱形成高溫高壓蒸汽,由蒸汽渦輪帶動(dòng)發(fā)電機發(fā)電,實(shí)現光、熱、機械、電能的轉換。采用不同的熔鹽進(jìn)行共晶化處理,達到容量大、安全可靠、低成本、高品位的能量?jì)Υ?,以改進(jìn)整個(gè)系統的可靠性。

③太陽(yáng)能碟式熱儲能

太陽(yáng)能碟式熱儲能作為世界上*早出現的太陽(yáng)能動(dòng)力系統,其主要是以?huà)佄锩鏋榈姆瓷溏R,將其內部的熱量加熱至750攝氏度,從而帶動(dòng)引擎產(chǎn)生電能。此外,與光電技術(shù)相比,碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電具有較低的空氣阻力、較低的發(fā)射質(zhì)量和較低的運行費用。

④線(xiàn)性菲尼爾光熱儲能

線(xiàn)性菲涅爾式聚光系統主要包括三個(gè)部件:主反射鏡陣列(聚光鏡場(chǎng))、跟蹤控制裝置和接收器。其主要原理就是沿南北方向或東西方向對稱(chēng)排列,主反射鏡在跟蹤裝置的控制下軸線(xiàn)上自動(dòng)跟蹤太陽(yáng),將太陽(yáng)光聚集到接收裝置上,而另一部分通過(guò)復合拋物面二次聚光器反射并投影到一個(gè)真空集熱器上.集熱管在吸收了太陽(yáng)輻射之后,通過(guò)管道中的熱傳遞工質(zhì)(水、導熱油、熔鹽)進(jìn)行加熱儲能。此外,.CPC線(xiàn)性菲涅爾式聚光集熱系統.菲涅爾式光熱電站的導熱主要是在高溫介質(zhì)上,而高溫介質(zhì)可以大量地進(jìn)行低成本的存儲,這就使太陽(yáng)能光熱與大規模的儲能技術(shù)息息相關(guān)。

3.3儲能系統運行方式確定

根據該項目的需求,當太陽(yáng)能發(fā)電量降低時(shí),儲能系統應能夠提供充足的電力,以支持系統的電壓。目前,用于儲能系統的逆變器都是采用電流源的雙向逆變器,這種逆變器只能根據系統的電壓變化來(lái)模擬其電壓,從而使其輸出電流,而不能支持系統的電壓。

但目前,電源型雙向逆變器的單體容量太少,不能并聯(lián),只能用于小型電廠(chǎng),不能用于譬如阿里地區的大規模微型電網(wǎng)建設。鑒于項目工期的緊迫性,大容量并聯(lián)電壓源雙向逆變器的技術(shù)瓶頸還沒(méi)有被解決,因此,在發(fā)電能力降低的情況下,電站將其作為電力供應。在大容量可并聯(lián)電壓源雙向逆變器技術(shù)成熟后,為確保獅泉河電網(wǎng)安全可靠地進(jìn)行技術(shù)改造,并對其進(jìn)行了相應的改造,以適應多種供電方式同時(shí)調度的需要。

4、Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統概述

4.1概述

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統,是我司根據新型電力系統下微電網(wǎng)監控系統與微電網(wǎng)能量管理系統的要求,總結國內外的研究和生產(chǎn)的經(jīng)驗,專(zhuān)門(mén)研制出的企業(yè)微電網(wǎng)能量管理系統。本系統滿(mǎn)足光伏系統、風(fēng)力發(fā)電、儲能系統以及充電樁的接入,全天候進(jìn)行數據采集分析,直接監視光伏、風(fēng)能、儲能系統、充電樁運行狀態(tài)及健康狀況,是一個(gè)集監控系統、能量管理為一體的管理系統。該系統在安全穩定的基礎上以經(jīng)濟優(yōu)化運行為目標,促進(jìn)可再生能源應用,提高電網(wǎng)運行穩定性、補償負荷波動(dòng);有效實(shí)現用戶(hù)側的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷,提高電力設備運行效率、降低供電成本。為企業(yè)微電網(wǎng)能量管理提供安全、可靠、經(jīng)濟運行提供了全新的解決方案。

微電網(wǎng)能量管理系統應采用分層分布式結構,整個(gè)能量管理系統在物理上分為三個(gè)層:設備層、網(wǎng)絡(luò )通信層和站控層。站級通信網(wǎng)絡(luò )采用標準以太網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議,物理媒介可以為光纖、網(wǎng)線(xiàn)、屏蔽雙絞線(xiàn)等。系統支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

4.2技術(shù)標準

本方案遵循的標準有:

本技術(shù)規范書(shū)提供的設備應滿(mǎn)足以下規定、法規和行業(yè)標準:

GB/T26802.1-2011工業(yè)控制計算機系統通用規范1部分:通用要求

GB/T26806.2-2011工業(yè)控制計算機系統工業(yè)控制計算機基本平臺2部分:性能評定方法

GB/T26802.5-2011工業(yè)控制計算機系統通用規范5部分:場(chǎng)地安全要求

GB/T26802.6-2011工業(yè)控制計算機系統通用規范6部分:驗收大綱

GB/T2887-2011計算機場(chǎng)地通用規范

GB/T20270-2006信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò )基礎安全技術(shù)要求

GB50174-2018電子信息系統機房設計規范

DL/T634.5101遠動(dòng)設備及系統5-101部分:傳輸規約基本遠動(dòng)任務(wù)配套標準

DL/T634.5104遠動(dòng)設備及系統5-104部分:傳輸規約采用標準傳輸協(xié)議子集的IEC60870-5-網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)101

GB/T33589-2017微電網(wǎng)接入電力系統技術(shù)規定

GB/T36274-2018微電網(wǎng)能量管理系統技術(shù)規范

GB/T51341-2018微電網(wǎng)工程設計標準

GB/T36270-2018微電網(wǎng)監控系統技術(shù)規范

DL/T1864-2018獨立型微電網(wǎng)監控系統技術(shù)規范

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調度運行規范

T/CEC150-2018低壓微電網(wǎng)并網(wǎng)一體化裝置技術(shù)規范

T/CEC151-2018并網(wǎng)型交直流混合微電網(wǎng)運行與控制技術(shù)規范

T/CEC152-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)需求響應技術(shù)要求

T/CEC153-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)負荷管理技術(shù)導則

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調度運行規范

T/CEC5005-2018微電網(wǎng)工程設計規范

NB/T10148-2019微電網(wǎng)1部分:微電網(wǎng)規劃設計導則

NB/T10149-2019微電網(wǎng)2部分:微電網(wǎng)運行導則

4.3適用場(chǎng)合

系統可應用于城市、高速公路、工業(yè)園區、工商業(yè)區、居民區、智能建筑、海島、無(wú)電地區可再生能源系統監控和能量管理需求。

4.4型號說(shuō)明

4.5系統配置

4.5.1系統架構

本平臺采用分層分布式結構進(jìn)行設計,即站控層、網(wǎng)絡(luò )層和設備層,詳細拓撲結構如下:


圖1典型微電網(wǎng)能量管理系統組網(wǎng)方式

4.6系統功能

4.6.1實(shí)時(shí)監測

微電網(wǎng)能量管理系統人機界面友好,應能夠以系統一次電氣圖的形式直觀(guān)顯示各電氣回路的運行狀態(tài),實(shí)時(shí)監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息,動(dòng)態(tài)監視各回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。其中,各子系統回路電參量主要有:三相電流、三相電壓、總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因數、頻率和正向有功電能累計值;狀態(tài)參數主要有:開(kāi)關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

系統應可以對分布式電源、儲能系統進(jìn)行發(fā)電管理,使管理人員實(shí)時(shí)掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲能單元運行功率設置等。

系統應可以對儲能系統進(jìn)行狀態(tài)管理,能夠根據儲能系統的荷電狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)告警,并支持定期的電池維護。

微電網(wǎng)能量管理系統的監控系統界面包括系統主界面,包含微電網(wǎng)光伏、風(fēng)電、儲能、充電樁及總體負荷組成情況,包括收益信息、天氣信息、節能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據不同的需求,也可將充電,儲能及光伏系統信息進(jìn)行顯示。

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圖2系統主界面

子界面主要包括系統主接線(xiàn)圖、光伏信息、風(fēng)電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統計列表等。

4.6.1.1光伏界面

圖3光伏系統界面

本界面用來(lái)展示對光伏系統信息,主要包括逆變器直流側、交流側運行狀態(tài)監測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統計及分析、并網(wǎng)柜電力監測及發(fā)電量統計、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數統計、發(fā)電收益統計、碳減排統計、輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監測、發(fā)電功率模擬及效率分析;同時(shí)對系統的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運行數據進(jìn)行展示。

4.6.1.2儲能界面

圖4儲能系統界面

本界面主要用來(lái)展示本系統的儲能裝機容量、儲能當前充放電量、收益、SOC變化曲線(xiàn)以及電量變化曲線(xiàn)。

圖5儲能系統PCS參數設置界面

本界面主要用來(lái)展示對PCS的參數進(jìn)行設置,包括開(kāi)關(guān)機、運行模式、功率設定以及電壓、電流的限值。

圖6儲能系統BMS參數設置界面

本界面用來(lái)展示對BMS的參數進(jìn)行設置,主要包括電芯電壓、溫度保護限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。

圖7儲能系統PCS電網(wǎng)側數據界面

本界面用來(lái)展示對PCS電網(wǎng)側數據,主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數等。

圖8儲能系統PCS交流側數據界面

本界面用來(lái)展示對PCS交流側數據,主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數、溫度值等。同時(shí)針對交流側的異常信息進(jìn)行告警。

圖9儲能系統PCS直流側數據界面

本界面用來(lái)展示對PCS直流側數據,主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時(shí)針對直流側的異常信息進(jìn)行告警。

圖10儲能系統PCS狀態(tài)界面

本界面用來(lái)展示對PCS狀態(tài)信息,主要包括通訊狀態(tài)、運行狀態(tài)、STS運行狀態(tài)及STS故障告警等。

圖11儲能電池狀態(tài)界面

本界面用來(lái)展示對BMS狀態(tài)信息,主要包括儲能電池的運行狀態(tài)、系統信息、數據信息以及告警信息等,同時(shí)展示當前儲能電池的SOC信息。

圖12儲能電池簇運行數據界面

本界面用來(lái)展示對電池簇信息,主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度,并展示當前電芯的*大、*小電壓、溫度值及所對應的位置。

4.6.1.3風(fēng)電界面

圖13風(fēng)電系統界面

本界面用來(lái)展示對風(fēng)電系統信息,主要包括逆變控制一體機直流側、交流側運行狀態(tài)監測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統計及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數統計、發(fā)電收益統計、碳減排統計、風(fēng)速/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監測、發(fā)電功率模擬及效率分析;同時(shí)對系統的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運行數據進(jìn)行展示。

4.6.1.4充電樁界面

圖14充電樁界面

本界面用來(lái)展示對充電樁系統信息,主要包括充電樁用電總功率、交直流充電樁的功率、電量、電量費用,變化曲線(xiàn)、各個(gè)充電樁的運行數據等。

4.6.1.5視頻監控界面

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圖15微電網(wǎng)視頻監控界面

本界面主要展示系統所接入的視頻畫(huà)面,且通過(guò)不同的配置,實(shí)現預覽、回放、管理與控制等。

4.6.2發(fā)電預測

系統應可以通過(guò)歷史發(fā)電數據、實(shí)測數據、未來(lái)天氣預測數據,對分布式發(fā)電進(jìn)行短期、超短期發(fā)電功率預測,并展示合格率及誤差分析。根據功率預測可進(jìn)行人工輸入或者自動(dòng)生成發(fā)電計劃,便于用戶(hù)對該系統新能源發(fā)電的集中管控。

圖16光伏預測界面

4.6.3策略配置

系統應可以根據發(fā)電數據、儲能系統容量、負荷需求及分時(shí)電價(jià)信息,進(jìn)行系統運行模式的設置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計劃、需量控制、有序充電、動(dòng)態(tài)擴容等。

基礎參數

計劃曲線(xiàn)-一充一放

圖17策略配置界面

4.6.4運行報表

應能查詢(xún)各子系統、回路或設備時(shí)間的運行參數,報表中顯示電參量信息應包括:各相電流、三相電壓、總功率因數、總有功功率、總無(wú)功功率、正向有功電能等。

圖18運行報表

4.6.5實(shí)時(shí)報警

應具有實(shí)時(shí)報警功能,系統能夠對各子系統中的逆變器、雙向變流器的啟動(dòng)和關(guān)閉等遙信變位,及設備內部的保護動(dòng)作或事故跳閘時(shí)應能發(fā)出告警,應能實(shí)時(shí)顯示告警事件或跳閘事件,包括保護事件名稱(chēng)、保護動(dòng)作時(shí)刻;并應能以彈窗、聲音、短信和電話(huà)等形式通知相關(guān)人員。

圖19實(shí)時(shí)告警

4.6.6歷史事件查詢(xún)

應能夠對遙信變位,保護動(dòng)作、事故跳閘,以及電壓、電流、功率、功率因數、電芯溫度(鋰離子電池)、壓力(液流電池)、光照、風(fēng)速、氣壓越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理,方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯,查詢(xún)統計、事故分析。

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圖20歷史事件查詢(xún)

4.6.7電能質(zhì)量監測

應可以對整個(gè)微電網(wǎng)系統的電能質(zhì)量包括穩態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進(jìn)行持續監測,使管理人員實(shí)時(shí)掌握供電系統電能質(zhì)量情況,以便及時(shí)發(fā)現和消除供電不穩定因素。

1)在供電系統主界面上應能實(shí)時(shí)顯示各電能質(zhì)量監測點(diǎn)的監測裝置通信狀態(tài)、各監測點(diǎn)的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度和正序/負序/零序電流值;

2)諧波分析功能:系統應能實(shí)時(shí)顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率、A/B/C三相電流總諧波畸變率、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率、偶次諧波電壓總畸變率、偶次諧波電流總畸變率;應能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率、2-63次諧波電壓含有率、0.5~63.5次間諧波電壓含有率、0.5~63.5次間諧波電流含有率;

3)電壓波動(dòng)與閃變:系統應能顯示A/B/C三相電壓波動(dòng)值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長(cháng)閃變值;應能提供A/B/C三相電壓波動(dòng)曲線(xiàn)、短閃變曲線(xiàn)和長(cháng)閃變曲線(xiàn);應能顯示電壓偏差與頻率偏差;

4)功率與電能計量:系統應能顯示A/B/C三相有功功率、無(wú)功功率和視在功率;應能顯示三相總有功功率、總無(wú)功功率、總視在功率和總功率因素;應能提供有功負荷曲線(xiàn),包括日有功負荷曲線(xiàn)(折線(xiàn)型)和年有功負荷曲線(xiàn)(折線(xiàn)型);

5)電壓暫態(tài)監測:在電能質(zhì)量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降、短時(shí)中斷發(fā)生時(shí),系統應能產(chǎn)生告警,事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話(huà)等形式通知相關(guān)人員;系統應能查看相應暫態(tài)事件發(fā)生前后的波形。

6)電能質(zhì)量數據統計:系統應能顯示1min統計整2h存儲的統計數據,包括均值、*大值、*小值、95%概率值、方均根值。

7)事件記錄查看功能:事件記錄應包含事件名稱(chēng)、狀態(tài)(動(dòng)作或返回)、波形號、越限值、故障持續時(shí)間、事件發(fā)生的時(shí)間。

圖21微電網(wǎng)系統電能質(zhì)量界面

4.6.8遙控功能

應可以對整個(gè)微電網(wǎng)系統范圍內的設備進(jìn)行遠程遙控操作。系統維護人員可以通過(guò)管理系統的主界面完成遙控操作,并遵循遙控預置、遙控返校、遙控執行的操作順序,可以及時(shí)執行調度系統或站內相應的操作命令。

圖22遙控功能

4.6.9曲線(xiàn)查詢(xún)

應可在曲線(xiàn)查詢(xún)界面,可以直接查看各電參量曲線(xiàn),包括三相電流、三相電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數、SOC、SOH、充放電量變化等曲線(xiàn)。

4.6.10統計報表

具備定時(shí)抄表匯總統計功能,用戶(hù)可以自由查詢(xún)自系統正常運行以來(lái)任意時(shí)間段內各配電節點(diǎn)的用電情況,即該節點(diǎn)進(jìn)線(xiàn)用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。對微電網(wǎng)與外部系統間電能量交換進(jìn)行統計分析;對系統運行的節能、收益等分析;具備對微電網(wǎng)供電可靠性分析,包括年停電時(shí)間、年停電次數等分析;具備對并網(wǎng)型微電網(wǎng)的并網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行電能質(zhì)量分析。

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圖24統計報表

4.6.11網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

系統支持實(shí)時(shí)監視接入系統的各設備的通信狀態(tài),能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構;可在線(xiàn)診斷設備通信狀態(tài),發(fā)生網(wǎng)絡(luò )異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

圖25微電網(wǎng)系統拓撲界面

本界面主要展示微電網(wǎng)系統拓撲,包括系統的組成內容、電網(wǎng)連接方式、斷路器、表計等信息。

4.6.12通信管理

可以對整個(gè)微電網(wǎng)系統范圍內的設備通信情況進(jìn)行管理、控制、數據的實(shí)時(shí)監測。系統維護人員可以通過(guò)管理系統的主程序右鍵打開(kāi)通信管理程序,然后選擇通信控制啟動(dòng)所有端口或某個(gè)端口,快速查看某設備的通信和數據情況。通信應支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

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4.6.13用戶(hù)權限管理

應具備設置用戶(hù)權限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作(如遙控操作,運行參數修改等)??梢远x不同級別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限,為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

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4.6.14故障錄波

應可以在系統發(fā)生故障時(shí),自動(dòng)準確地記錄故障前、后過(guò)程的各相關(guān)電氣量的變化情況,通過(guò)對這些電氣量的分析、比較,對分析處理事故、判斷保護是否正確動(dòng)作、提高電力系統安全運行水平有著(zhù)重要作用。其中故障錄波共可記錄16條,每條錄波可觸發(fā)6段錄波,每次錄波可記錄故障前8個(gè)周波、故障后4個(gè)周波波形,總錄波時(shí)間共計46s。每個(gè)采樣點(diǎn)錄波至少包含12個(gè)模擬量、10個(gè)開(kāi)關(guān)量波形。

4.6.15事故追憶

可以自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)掃描數據,包括開(kāi)關(guān)位置、保護動(dòng)作狀態(tài)、遙測量等,形成事故分析的數據基礎。

用戶(hù)可自定義事故追憶的啟動(dòng)事件,當每個(gè)事件發(fā)生時(shí),存儲事故10個(gè)掃描周期及事故后10個(gè)掃描周期的有關(guān)點(diǎn)數據。啟動(dòng)事件和監視的數據點(diǎn)可由用戶(hù)和隨意修改。

圖29事故追憶

5、結語(yǔ)

總之,新能源發(fā)展迅速,風(fēng)電、光電等新能源在電網(wǎng)中占有較大比例,但新能源的發(fā)電量具有不確定性和不可調度性,給電網(wǎng)的穩定性造成了潛在威脅。同時(shí)由于我國具有良好的風(fēng)、光資源,又處于電力網(wǎng)絡(luò )相對薄弱的區域,這使得國內部分地區的新能源開(kāi)發(fā)面臨著(zhù)技術(shù)瓶頸,經(jīng)過(guò)儲能技術(shù)的不斷研究,為保證電力的運輸,制定了新能源發(fā)電的政策,要求新能源的發(fā)電量不得超過(guò)10%~15%,并在滿(mǎn)足新能源發(fā)展的條件下,滿(mǎn)足新能源的發(fā)展需求。

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