微網(wǎng)-風(fēng)光儲(chǔ)系統(tǒng)-技術(shù)報(bào)告

技術(shù)報(bào)告 32.系統(tǒng)設(shè)計(jì) 42.1研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn) 4 52.3系統(tǒng)原理 72.3.1系統(tǒng)模型 72.3.2原理分析 2.5系統(tǒng)功能 3.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 123.1運(yùn)行方式 3.2控制策略 3.3系統(tǒng)保護(hù)及參數(shù)說(shuō)明 4.應(yīng)用簡(jiǎn)介 5展望 22加重，世界各國(guó)日益關(guān)注分布式發(fā)電技術(shù)(DistributedGeneration—DG)。聯(lián)運(yùn)行，形成一個(gè)大型電網(wǎng)與小型電網(wǎng)的聯(lián)合運(yùn)行提供電力需求。該模式大大提高了負(fù)荷側(cè)的供電靈響。另外，微網(wǎng)將分散的不同類型的小型發(fā)電源(分布式電源)組合起來(lái)供電，還屬于高能耗、低效率管理模式，建筑的能耗占我國(guó)總能耗的25%。將來(lái)，隨著建筑面積的不斷增加，建筑能耗有可能上升到35%。堅(jiān)持節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境是最近，中央政府宣布到2020年將我國(guó)單位GDP二氧化碳排放量在2005年基礎(chǔ)上降低40%,這是一項(xiàng)艱巨而又十分有意義的工作，也是造福子孫后代的工作，需2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)(1)光儲(chǔ)一體化能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(PCS)。(2)孤網(wǎng)運(yùn)行模式下風(fēng)、光、蓄互補(bǔ)的微網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行策略。(3)并網(wǎng)運(yùn)行模式下微網(wǎng)運(yùn)行策略的靈活切換。微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)提供兩種運(yùn)行模式：(1(4)微網(wǎng)三維圖模一體化監(jiān)測(cè)平臺(tái)。在微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)二維圖形基礎(chǔ)上，獨(dú)立自主開(kāi)發(fā)出一套基于3(5)基于光纖復(fù)合電纜的微網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用(1)開(kāi)放性原則：61970等，并提供開(kāi)放的應(yīng)用編程接口(API),有利于系統(tǒng)今后的功能擴(kuò)充。(2)安全性原則采用雙網(wǎng)配置和分流/冗余的雙網(wǎng)機(jī)制，重要節(jié)點(diǎn)采使用網(wǎng)關(guān)/路由器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互連，既實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)(3)可集成性原則(4)易維護(hù)性原則(5)可擴(kuò)展性原則計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備(如UNIX或windowspc),應(yīng)用軟件應(yīng)具有兼容性和可移植性。軟、硬接口符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。(6)抗干擾能力原則系統(tǒng)所有設(shè)備都應(yīng)有足夠地抗干擾能力，應(yīng)遵守下列IEC標(biāo)準(zhǔn)：靜電放電免疫測(cè)試放射性、廣播頻率、電磁場(chǎng)免疫測(cè)試電力快速暫態(tài)/噴發(fā)免疫測(cè)試涌流免疫測(cè)試2.3系統(tǒng)原理風(fēng)電模型：標(biāo)準(zhǔn)空氣密度條件下，風(fēng)電機(jī)組的輸出功率與風(fēng)速的關(guān)系稱為風(fēng)電機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)功率特性曲線，可由廠家提供，同時(shí)在安裝地點(diǎn)條件下，風(fēng)電機(jī)組輸出功率與風(fēng)速的關(guān)系曲線稱為風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際輸出功率特性曲線。其變換關(guān)系)≤v≤0其中x(v)為風(fēng)電機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)功率特性曲線，×?為風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際輸出功率Rayleigh分布描述的風(fēng)速變化及其持續(xù)的時(shí)間與實(shí)際情況比較光伏電池模型：并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率與光伏陣列的效率、逆變器效率、并網(wǎng)效率、安裝傾角以及所接受的太陽(yáng)輻射角有關(guān)，可用下式表示其中P為光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率，R表示傾斜光伏陣列面上的太陽(yáng)能總輻射量，S為水平面上太陽(yáng)直接輻射量，D為散射輻射量，α為中午時(shí)分太陽(yáng)高度角，β為光伏陣列傾角，7,72,73分別表示光伏陣列的效率，逆變器效率以及并網(wǎng)效率。上述分析可以看出接入的分布式電源輸出功率均隨著太陽(yáng)光、風(fēng)力等環(huán)境因素的影響而具有隨機(jī)性，為有效抑制出力波動(dòng)，本工程加入儲(chǔ)能系統(tǒng)，并充分利用其充放電的特性，通過(guò)制定合理的運(yùn)行策略，可達(dá)到平滑輸出的效果。本工程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，儲(chǔ)能設(shè)備、光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電以圖2的形式并列接入交流低壓母線。微網(wǎng)與外部電網(wǎng)有一個(gè)統(tǒng)一的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)。控制策略采用主從控制設(shè)計(jì)，即在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，主電網(wǎng)作為主電源；在孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，蓄電池儲(chǔ)能設(shè)備作為主電源。AoDclk圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖2微網(wǎng)結(jié)構(gòu)方案蓄電池組作為過(guò)渡電源運(yùn)行，當(dāng)分布式電源(如光伏)發(fā)出的電能超過(guò)負(fù)荷向DC/DC變換器將作為Buck電路使用；當(dāng)蓄電池放電時(shí)，雙向DC/DC變換器統(tǒng)電壓和頻率的波動(dòng)。圖3是蓄電池雙向DC/DC變換器的控制示意圖。++S上2SC—TS圖3雙向DC/DC變流器的控制示意圖變流器輸出端的電壓Vα與參考電壓的誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)，生成直流電流參考信號(hào)lw。蓄電池輸出電流1%與參考信號(hào)的誤差信號(hào)再次經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)，經(jīng)和輸出電壓滿足關(guān)系式：式中，D是開(kāi)關(guān)信號(hào)signal的占空比。光儲(chǔ)系統(tǒng)的并網(wǎng)逆變器采用恒功率控制，使得蓄電池在充放電時(shí)始終保持輸出功率恒定，滿足負(fù)荷側(cè)的電量需求。光伏電源和蓄電池儲(chǔ)能混合發(fā)電系統(tǒng)采用如下圖4所示的控制方法。電壓恒定MPPT控制風(fēng)機(jī)2圖4光伏電源和蓄電池儲(chǔ)能混合發(fā)電系統(tǒng)的控制示意圖通過(guò)上述控制策略，可以實(shí)現(xiàn)光儲(chǔ)互補(bǔ)系統(tǒng)輸出功率的恒定。風(fēng)機(jī)逆變器圖4:系統(tǒng)原理圖本項(xiàng)目研發(fā)的基于微網(wǎng)控制的風(fēng)光儲(chǔ)系統(tǒng)，綜合了交直流混合結(jié)構(gòu)方案。系統(tǒng)將風(fēng)力發(fā)電機(jī)所發(fā)電力，經(jīng)風(fēng)微網(wǎng)控制器進(jìn)行離并網(wǎng)控制，蓄電池組和光伏陣列共用一臺(tái)三相逆變裝置，一路器對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，蓄電池充放電管理由控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)統(tǒng)一控制管理。逆變器輸出端接入蓄電池輸出端，經(jīng)由蓄電池穩(wěn)壓直接供給微網(wǎng)逆變器。逆變器采用并網(wǎng)與離網(wǎng)逆變器并聯(lián)運(yùn)行模式，系統(tǒng)可以方便的在并風(fēng)力等自然條件變化引起光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電輸出功率的1、光伏發(fā)電系統(tǒng)：本項(xiàng)目包括30.6千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)。2、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)：本項(xiàng)目包括15(1*15)千瓦屋頂風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。3、蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)：本項(xiàng)目包括50千瓦1小時(shí)的鉛酸蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，使4、監(jiān)控系統(tǒng)：系統(tǒng)可以監(jiān)控分布式能源運(yùn)行數(shù)據(jù)，調(diào)整運(yùn)行策略，控(1)微網(wǎng)內(nèi)電源包含有光伏發(fā)電、小型風(fēng)力發(fā)(3)對(duì)于主從控制的微網(wǎng)，如果其他分布式電源的出力大于負(fù)載，則有可能出現(xiàn)多余功率到送給主電源的情況(如果不允許倒送),因此在微網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行3.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)1)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)；風(fēng)力發(fā)電、光儲(chǔ)系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行，儲(chǔ)能用雙向逆變器400V母線失電，微網(wǎng)內(nèi)所有分布式電源檢測(cè)到并網(wǎng)母線電壓或者頻率超出正常變器進(jìn)入恒壓/恒頻控制模式，獨(dú)立帶負(fù)載運(yùn)行，風(fēng)機(jī)3)微網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行后，可以利用儲(chǔ)能單元作為微網(wǎng)穩(wěn)定控制單元，當(dāng)微網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行模式并網(wǎng)運(yùn)行模式離網(wǎng)運(yùn)行模式輸出(白天)或停機(jī)(晚上)。電池進(jìn)行充電，用戶可以在設(shè)備面板上修改充電參數(shù)(電流、電壓)。伏MPPT輸出(白天)或停機(jī)(晚上)。獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)是指系統(tǒng)外接的交流母線已經(jīng)與電網(wǎng)的交流電源外接入交流母線，為交流母線上接入的負(fù)載供電，此時(shí)系統(tǒng)交流側(cè)控制系統(tǒng)直流母線電壓，光伏MPPT輸出(白天)或停機(jī)(晚上)。在該運(yùn)行狀態(tài)●系統(tǒng)裝置被設(shè)置為并網(wǎng)放電或獨(dú)立逆變工作狀態(tài)，蓄電池放電終止以●系統(tǒng)裝置處于可恢復(fù)的故障狀態(tài)(如過(guò)溫)時(shí)，在一定的恢復(fù)時(shí)間內(nèi)，3.2控制策略目前國(guó)內(nèi)外實(shí)用化的微網(wǎng)技術(shù)看，基于主從控制策略的微網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)逐步商業(yè)進(jìn)入充電進(jìn)入充電自動(dòng)導(dǎo)通并入電網(wǎng)并網(wǎng)母線失壓外網(wǎng)故障關(guān)斷逆變器為恒壓源并網(wǎng)母線電壓模式控制器自動(dòng)關(guān)斷自動(dòng)關(guān)斷并網(wǎng)模式動(dòng)和其它通信(嵌入式),控制邏輯組態(tài)和修改。電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)具有良好的開(kāi)放性，提供編輯維護(hù)方便快捷的工具，支2)分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，高效內(nèi)存管理既索引機(jī)制，面向?qū)ο?、分布式、?)實(shí)時(shí)庫(kù)系統(tǒng)支持按模式、表格化來(lái)網(wǎng)絡(luò)化、分布部署；支持一庫(kù)多節(jié)點(diǎn)5)高性能、大容量、分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，支持百萬(wàn)級(jí)/秒的讀寫訪問(wèn)；6)采用按口值班的采集模式，支持多種采集模式，支持多源采集、計(jì)算及7)保持系統(tǒng)不間斷運(yùn)行能力的增量及在線修改機(jī)制。8)具有強(qiáng)大智能終端接入功能，支持錄波器、電能質(zhì)量分析儀、雙向電表、主主站機(jī)模式器測(cè)控遠(yuǎn)3.3系統(tǒng)保護(hù)及參數(shù)說(shuō)明硬件保護(hù)軟件保護(hù)瞬動(dòng)保護(hù)元件只設(shè)有保護(hù)動(dòng)作定值，為系統(tǒng)檢測(cè)到緊急故障時(shí)單點(diǎn)動(dòng)作出(1)直流電壓保護(hù)(2)直流過(guò)流保護(hù)(3)交流電流保護(hù)系統(tǒng)配置交流電流保護(hù)，宜設(shè)置交流過(guò)流速斷保護(hù)和Ⅱ段式定時(shí)限過(guò)流保(4)交流過(guò)/欠壓保護(hù)交流接觸器，停止向電網(wǎng)送電或由電網(wǎng)向裝IEEE1547標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)下表)設(shè)置，但相關(guān)定值應(yīng)允許用戶修改。且各保護(hù)應(yīng)設(shè)置與輸電線路接入點(diǎn)電壓最大允許響應(yīng)時(shí)間正常運(yùn)行(5)過(guò)溫保護(hù)(6)功率翻轉(zhuǎn)保護(hù)(7)頻率異常(高頻/低頻)頻率范圍運(yùn)行要求根據(jù)電網(wǎng)要求而定每次低于49.5HZ時(shí)要求至少能運(yùn)行10分鐘連續(xù)運(yùn)行每次頻率高于50.2HZ時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)具備能夠連續(xù)運(yùn)行2分鐘的能力，但同時(shí)具備0.2秒內(nèi)停止向交流系統(tǒng)送電的能力。高于50.5HZ在0.2秒內(nèi)停止向交流系統(tǒng)送電，且不允(8)防孤島保護(hù)提供的并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)斷電后檢測(cè)孤島狀態(tài)和斷開(kāi)與電網(wǎng)連接的時(shí)間限制應(yīng)輸入電壓范圍最大輸入電流166A/(50kW支路)效率泄漏電流待機(jī)功耗單位工作方式 連續(xù)工作交流相數(shù)三相三線有功功率額定頻率和電壓加入無(wú)功時(shí)額定電壓V電壓范圍V總電流波形畸變率(THD)%30%～100%額定功率內(nèi)，電網(wǎng)電壓背景諧波畸變率小于2%的情況下頻率范圍最大功率視在功率范圍內(nèi)網(wǎng)工作模式額定電壓V電壓精度%±3%以內(nèi)額定電壓度%線性負(fù)載額定輸出頻率電壓過(guò)渡變動(dòng)范圍%10%以內(nèi)輸出過(guò)壓保護(hù)V輸出欠壓保護(hù)V并網(wǎng)充電電工作模式額定電壓V電壓允許變動(dòng)范圍V頻率范圍頻諧波電池充電時(shí)最大功率功率因數(shù)1額定功率交流過(guò)載能力10分鐘轉(zhuǎn)換效率%不低于95%(最大效率)城市代征