【解決方案】新能源智能微電網(wǎng)EMS能量的管理

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

1 背景

 隨著全球能源危機、用能增加以及新能源技術(shù)的增加，新能源發(fā)電越來越廣，并逐步形成新型能源與電力市場，但新能源的能量密度普遍偏低，進行大功率發(fā)電還需要挑選適合的位置場地，因此屬于間歇式電源。而微電網(wǎng)技術(shù)的提出，為高*利用這些新能源電力提供了重要的技術(shù)方向。

2 微電網(wǎng)系統(tǒng)

1）組成

 由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負荷和監(jiān)控、保護裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)。

2）特征

（1）微型

電壓等級：35kV及以下為主

系統(tǒng)容量：*大用電負荷原則上≤20MW

（2）清潔

可再生能源裝機容量占比50%以上

系統(tǒng)綜合能源利用效率在70%以上

（3）自治

 

具有獨立運行的控制系統(tǒng)；

獨立運行時保障不低于2小時連續(xù)供電

與外部電網(wǎng)年交換電量一般不超過年用電量的50%

（4）友好

 

交換功率和交換時段具有可控性；

與并入電網(wǎng)實現(xiàn)備用、調(diào)峰、需求側(cè)響應(yīng)等雙向服務(wù)

3)應(yīng)用場景

孤島、邊遠地區(qū)：解決偏遠地區(qū)用電問題

大電網(wǎng)較弱區(qū)：提高供電可靠性、保證關(guān)鍵負荷供電、防范電網(wǎng)故障狀態(tài)

需求較高園區(qū)：提高配電網(wǎng)對新能源的消納能力、提高新能源的利用率、降低用能成本、提升用能穩(wěn)定性、服務(wù)保障電網(wǎng)質(zhì)量

4）子系統(tǒng)

（1）光伏

并網(wǎng)型：既可以與外部電網(wǎng)連接運行，也支持離網(wǎng)獨立運行，以并網(wǎng)為主。

離網(wǎng)型：不與外部電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)電能自發(fā)自用，功率平衡微電網(wǎng)。

（2）風電

 力發(fā)電機組將風能轉(zhuǎn)換為交流電能，風力發(fā)電機輸出的幅值、頻率均不穩(wěn)定的交流電，經(jīng)過控制器整流成直流電后輸出給逆變電源，由逆變電源轉(zhuǎn)換成幅值、頻率均穩(wěn)定的交流電，經(jīng)過電度表計量后，直接饋入直流電逆變?yōu)?AC380V、50Hz的三相交流電。

（1）風力機組部分：捕獲風能并將風能轉(zhuǎn)化為交變電能；包括風力發(fā)電機組、塔架、地基、線纜等。

（2）并網(wǎng)控制部分： 控制風機系統(tǒng)的安全正常運行，內(nèi)置整流模塊輸出直流電能，并對輸出*高電壓進行限制，保護后端逆變器；包括并網(wǎng)控制器、泄荷器、線纜等。

（3）逆變部分：將控制器輸出的直流電逆變交流電并將能量饋入電網(wǎng)，帶升壓變隔離；包括并網(wǎng)逆變器、線纜等。

（4）卸荷部分：實現(xiàn)智能控制風力發(fā)電機進行剎車停機，確保風力發(fā)電機在異常工況下的安全。

（3）儲能

 電化學儲能系統(tǒng)主要由電池組、儲能變流器（PCS）、電池管理系統(tǒng)（BMS）、能量管理系統(tǒng)（EMS）以及其他電氣設(shè)備構(gòu)成。

 電池組是儲能系統(tǒng)主要的構(gòu)成部分；

 電池管理系統(tǒng)主要負責電池的監(jiān)測、評估、保護以及均衡等；

 儲能變流器可以控制儲能電池組的充電和放電過程，進行交直流的變換。

 能量管理系統(tǒng)負責數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和能量調(diào)度等；

電池單元

 電池系統(tǒng)是儲能系統(tǒng)實現(xiàn)電能存儲和釋放主要載體，通過電池單體的串/并聯(lián)可實現(xiàn)電池系統(tǒng)容量的擴大，即大容量電池系統(tǒng)。其成組方式：先由多個電池單體經(jīng)串/并聯(lián)后形成電池模塊（BatteryModule，BM），再將多個電池模塊串聯(lián)成電池串，*后由多個電池串經(jīng)并聯(lián)而成。

PCS

主要功能：

一是兩種不同工作模式下（并/離網(wǎng)模式）對電池系統(tǒng)的充放電功能，并實現(xiàn)兩種工作模式的切換；

二是通過控制策略為系統(tǒng)提供雙向可控的有功、無功功率，實現(xiàn)系統(tǒng)有功、無功功率平衡；

三是通過相關(guān)控制策略實現(xiàn)系統(tǒng)*級應(yīng)用功能，如黑啟動、削峰填谷、功率平滑、低電壓穿越等；

四是根據(jù)PCS拓撲結(jié)構(gòu)（如單級AC/DC、雙級AC/DC+DC/DC、單級并聯(lián)、雙級并聯(lián)、級聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)等），通過相關(guān)控制策略實現(xiàn)對電池系統(tǒng)電壓和荷電狀態(tài)的均衡管理等

BMS

 電池管理系統(tǒng)包含儲能電池監(jiān)控和電池管理系統(tǒng)兩大部分，每套系統(tǒng)包含電池監(jiān)測電路(CSC）、從電池管理單元(SBMU)、主電池管理單元(MBMU)、高壓線路控制單元、儲能柜預(yù)充電（并聯(lián)）線路、高壓檢測單元、熱管理單元、電流檢測單元、急停系統(tǒng)、以及電池監(jiān)控系統(tǒng)（PC）等。

 電池模塊、電池簇和電池陣列的儲能系統(tǒng)宜采用三層架構(gòu)的電池管理系統(tǒng)

電池管理系統(tǒng)功能：

實時監(jiān)測電池的電和熱相關(guān)的數(shù)據(jù), 如電池簇總電壓、電池單體電壓或電芯組電壓、電池簇電流、電池模塊內(nèi)部溫度；

具有 SOC/SOH 、充放電電能量值的計算功能；

高*均衡功能；

電氣保護功能；

預(yù)警功能；

自檢功能；

參數(shù)整定與修改功能等。

集裝箱

 儲能系統(tǒng)多基于磷酸鐵鋰電池儲能技術(shù)，磷酸鐵鋰電池具備安全可靠、放電深度和充放電倍率高等優(yōu)勢。電池單元采用模塊化設(shè)計，采用標準20/40英尺集裝箱，集裝箱內(nèi)具有空調(diào)、溫控、消防、照明等保護系統(tǒng)，確保電池系統(tǒng)具有優(yōu)的轉(zhuǎn)換效率及運作性能，同時具有安全可靠的保護措施。

5）工程商業(yè)儲能

商業(yè)樓宇/數(shù)據(jù)中心

 在樓宇地下室或者停車位部署儲能，通過降低容量電費和峰谷差節(jié)約用電成本。

充電站

 在充電樁之間部署儲能，代替變壓器擴容滿足瞬時的大功率充電需求。

工廠/產(chǎn)業(yè)園

 利用閑置土地資源部署儲能，通過負荷預(yù)測等控制算法，自動調(diào)整充放電策略節(jié)約電費。

3 微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

交流母線微電網(wǎng)--并網(wǎng)型

交流母線微電網(wǎng)--離網(wǎng)型

直流母線微電網(wǎng)

4 微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

 Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)能夠?qū)ξ㈦娋W(wǎng)的源、網(wǎng)、荷、儲能系統(tǒng)、充電負荷進行實時監(jiān)控、診斷告警、全景分析、有序管理和高*控制，滿足微電網(wǎng)運行監(jiān)視全*化、安全分析智能化、調(diào)整控制前瞻化、全景分析動態(tài)化的需求，完成不同目標下光儲充資源之間的靈活互動與經(jīng)濟優(yōu)化運行，實現(xiàn)能源效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益*大化。

1）主要功能：實時監(jiān)測；能耗分析；智能預(yù)測；協(xié)調(diào)控制；經(jīng)濟調(diào)度；需求響應(yīng)。

2）系統(tǒng)特點：平滑功率輸出，提升綠電使用率；削峰填谷、谷電利用，提高經(jīng)濟性；降低充電設(shè)備對局部電網(wǎng)的沖擊；降低站內(nèi)配電變壓器容量；實現(xiàn)源荷*高匹配效能。

3）核心功能

多種協(xié)議

 支持多種規(guī)約協(xié)議，包括：Modbus TCP/RTU、DL/T645-07/97、IEC60870-5-101/103/104、MQTT、CDT、第三方協(xié)議定制等。

多種通訊方式

 支持多種通信方式：串口、網(wǎng)口、WIFI、4G。

通信管理

 提供通信通道配置、通信參數(shù)設(shè)定、通信運行監(jiān)視和管理等。提供規(guī)約調(diào)試的工具，可監(jiān)視收發(fā)原碼、報文解析、通道狀態(tài)等。

智能策略

 系統(tǒng)支持自定義控制策略，如削峰填谷、需量控制、動態(tài)擴容、后備電源、平抑波動、有序充電、逆功率保護等策略，保障用戶的經(jīng)濟性與安全性。

全量監(jiān)控

 覆蓋傳統(tǒng)EMS盲區(qū)，可接入多種協(xié)議和不同廠家設(shè)備實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)制，實現(xiàn)環(huán)境、安防、消防、視頻監(jiān)控、電能質(zhì)量、計量、繼電保護等多系統(tǒng)和設(shè)備的全量接入。

4）

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)包括系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷情況，體現(xiàn)系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、告警信息、收益、環(huán)境等。

儲能監(jiān)控

系統(tǒng)綜合數(shù)據(jù)：電參量數(shù)據(jù)、充放電量數(shù)據(jù)、節(jié)能減排數(shù)據(jù)；

運行模式：峰谷模式、計劃曲線、需量控制等；

統(tǒng)計電量、收益等數(shù)據(jù)；

儲能系統(tǒng)功率曲線、充放電量對比圖，實時掌握儲能系統(tǒng)的整體運行水平。

光伏監(jiān)控

光伏系統(tǒng)總出力情況

逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警

逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析

并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計

電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計，識別低效發(fā)電電站；

發(fā)電收益統(tǒng)計(補貼收益、并網(wǎng)收益)

輻照度/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測

并網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測及分析

光伏預(yù)測

 以海量發(fā)電和環(huán)境數(shù)據(jù)為根源；以高精度數(shù)值氣象預(yù)報為基礎(chǔ)；采用多維度同構(gòu)異質(zhì)BP、LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；光功率預(yù)測方法時間分辨率：15min；超短期未來4h預(yù)測精度＞90%，短期未來72h預(yù)測精度＞80%

風電監(jiān)控

風力發(fā)電系統(tǒng)總出力情況

逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警

逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析

并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計

電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計，識別低效發(fā)電電站；

發(fā)電收益統(tǒng)計(補貼收益、并網(wǎng)收益)

風力/風速/氣壓/環(huán)境溫濕度監(jiān)測

并網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測及分析

充電樁系統(tǒng)

實時監(jiān)測充電系統(tǒng)的充電電壓、電流、功率及各充電樁運行狀態(tài)；

統(tǒng)計各充電樁充電量、電費等；

針對異常信息進行故障告警；

根據(jù)用電負荷柔性調(diào)節(jié)充電功率。

電能質(zhì)量

 對整個系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進行持續(xù)性的監(jiān)測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態(tài)數(shù)據(jù)進行監(jiān)測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進行監(jiān)測。