分布式光儲(chǔ)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

2017-10-25 15:29:15 新材料產(chǎn)業(yè) 　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

微電網(wǎng)作為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模分布式光伏利用的重要途徑，規(guī)劃建設(shè)分布式光儲(chǔ)微電網(wǎng)，可降低用能系統(tǒng)對(duì)大電網(wǎng)的依賴(lài)?？傮w來(lái)說(shuō)，發(fā)展分布式光儲(chǔ)微電網(wǎng)的意義主要有以下4個(gè)方面：第一，平滑光伏發(fā)電的輸出功率波動(dòng)。由于光

(1)光伏發(fā)電系統(tǒng)

光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括光伏組件和光伏逆變器。光伏組件是光伏系統(tǒng)的主要發(fā)電來(lái)源。光伏組件的種類(lèi)有很多，如單晶硅太陽(yáng)能電池、多晶硅太陽(yáng)能電池、非晶硅太陽(yáng)能電池和多元化合物太陽(yáng)電池等。一般應(yīng)用，“多晶硅”是首選。光伏逆變器是實(shí)現(xiàn)交直流能量轉(zhuǎn)換的核心部分。光伏逆變器主要有組串式逆變器和集中型逆變器，小型電力系統(tǒng)一般選用組串式逆變器。

(2)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)主要包括儲(chǔ)能電池、電池管理系統(tǒng)和儲(chǔ)能變流器。儲(chǔ)能電池作為能量存儲(chǔ)的載體，既可實(shí)現(xiàn)能量搬移，也可實(shí)現(xiàn)功率補(bǔ)償。其中，鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)是一種大規(guī)模高效電化學(xué)儲(chǔ)能新技術(shù)，相比于其他電池儲(chǔ)能技術(shù)，鋰離子電池具有如下優(yōu)勢(shì)：電壓高、能量密度高、輸出功率高，能量效率高;電池使用壽命長(zhǎng)，自放電低、環(huán)保無(wú)污染等，因此大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。電池管理系統(tǒng)可以對(duì)電池陣列組進(jìn)行全方位的監(jiān)控、管理、保護(hù)、報(bào)警等，最大化延長(zhǎng)儲(chǔ)能電池堆使用壽命。大型儲(chǔ)能系統(tǒng)一般采用三層模塊化結(jié)構(gòu)，包括電池堆管理系統(tǒng)(BAMS)、電池簇管理系統(tǒng)(BCMS)、電池模塊管理單元(BMU)等組件。

(3)能量管理系統(tǒng)(EMS)

EMS是整個(gè)光伏微網(wǎng)系統(tǒng)的控制器，其能量管理功能包括系統(tǒng)運(yùn)行模式判斷、功率調(diào)度及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)控制，具體而言就是根據(jù)電網(wǎng)狀態(tài)判斷系統(tǒng)處于獨(dú)立運(yùn)行還是并網(wǎng)運(yùn)行，在獨(dú)立運(yùn)行時(shí)需要根據(jù)功率動(dòng)態(tài)平衡原則完成光伏發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率調(diào)度，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)及設(shè)備狀態(tài)完成光伏并網(wǎng)逆變器的啟?？刂坪碗p模式逆變器的組網(wǎng)控制;在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)根據(jù)蓄電池的狀態(tài)完成雙模式逆變器的充電控制及并網(wǎng)逆變器的啟停控制。

2.設(shè)計(jì)原則

筆者設(shè)計(jì)的光伏混合微電網(wǎng)系統(tǒng)，應(yīng)考慮如下幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：

①蓄電池(如鉛酸電池)應(yīng)具有較高的運(yùn)行壽命。一般情況下，在100%放電深度下，鉛酸電池的充放電循環(huán)次數(shù)為600～1000 次，80%放電深度下為800～1200 次。②微電網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本著簡(jiǎn)單、可靠，自動(dòng)化程度高。微電網(wǎng)系統(tǒng)的各種電源及設(shè)備的運(yùn)行控制應(yīng)完全采用無(wú)人值守的設(shè)計(jì)運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)維護(hù)工作量少。③在保證系統(tǒng)安全、可靠的前提下，提供高品質(zhì)的電能質(zhì)量，保證當(dāng)?shù)鼐用竦挠秒娦枨?。④結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀毁Y源及負(fù)荷側(cè)需求響應(yīng)特性，盡可能高的利用太陽(yáng)能資源，減少棄光的同時(shí)，要保證在連續(xù)陰雨天2天內(nèi)，50%的重要負(fù)荷供電需求。⑤系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，后期擴(kuò)容方便，滿(mǎn)足即插即用的設(shè)計(jì)需求。

3.典型運(yùn)行狀態(tài)

光儲(chǔ)微電網(wǎng)主要分為以下4種運(yùn)行狀態(tài)。

(1)系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行

系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，PCS處于并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，EMS根據(jù)蓄電池的荷電狀態(tài)判斷PCS是否需要對(duì)蓄電池進(jìn)行充電以及以何種方式充電;對(duì)于不需要接受功率調(diào)度的微網(wǎng)電站，光伏并網(wǎng)逆變器最大功率發(fā)電，對(duì)需要接受調(diào)度指令的微網(wǎng)電站，EMS將調(diào)度指令發(fā)送給光伏并網(wǎng)逆變器按照指令控制發(fā)電功率。

(2)并網(wǎng)向獨(dú)立切換

在并網(wǎng)狀態(tài)下如果EMS檢測(cè)到電網(wǎng)失電或電網(wǎng)故障則控制并網(wǎng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，同時(shí)PCS自動(dòng)切換到獨(dú)立運(yùn)行，以電壓源形式啟動(dòng)組建系統(tǒng)電壓;光伏并網(wǎng)逆變器因失電停機(jī)，EMS在PCS啟動(dòng)完成之后，控制并網(wǎng)逆變器重新啟動(dòng)，系統(tǒng)進(jìn)入獨(dú)立運(yùn)行模式。

(3)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行

系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，EMS的管理原則是通過(guò)電源和負(fù)荷的管理來(lái)維持微網(wǎng)功率的動(dòng)態(tài)平衡，保證母線(xiàn)電壓和頻率的穩(wěn)定。此時(shí)PCS電壓源運(yùn)行，輸出三相交流電壓組網(wǎng)，光伏并網(wǎng)逆變器并聯(lián)運(yùn)行。此時(shí)根據(jù)負(fù)荷大小與光伏發(fā)電等電源的發(fā)電功率大小EMS需要對(duì)電源和負(fù)荷進(jìn)行管理。

這種情況下系統(tǒng)分為2種運(yùn)行方式，一是負(fù)荷功率大于分布式電源的輸出功率，此時(shí)各電源最大功率發(fā)電，PCS補(bǔ)充負(fù)荷剩余部分的功率需求，蓄電池釋放電能，EMS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蓄電池狀態(tài)，當(dāng)蓄電池放電到截止電壓時(shí)，EMS應(yīng)啟動(dòng)負(fù)荷管理。負(fù)荷管理需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)不同負(fù)荷進(jìn)行分類(lèi)，優(yōu)先重要敏感負(fù)荷的供電，首先切除不重要負(fù)荷直到蓄電池停止放電;二是負(fù)荷消耗的功率小于電源輸出的功率，此時(shí)PCS會(huì)給蓄電池充電，同樣EMS實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池狀態(tài)，當(dāng)蓄電池電量充滿(mǎn)后EMS限制電源的功率輸出，對(duì)可以接受調(diào)度的光伏發(fā)電系統(tǒng)，根據(jù)負(fù)荷大小控制其輸出，對(duì)不能接受調(diào)度的發(fā)電系統(tǒng)，EMS通過(guò)控制其開(kāi)關(guān)機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電功率的控制。對(duì)于由多組并網(wǎng)逆變器構(gòu)成的系統(tǒng)，為降低光伏并網(wǎng)逆變器同時(shí)啟動(dòng)對(duì)母線(xiàn)電壓的沖擊，需要根據(jù)實(shí)際情況(光伏逆變器的控制性能、數(shù)量、功率等級(jí)等)對(duì)其進(jìn)行分步控制。

(4)獨(dú)立向并網(wǎng)切換

在獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)下EMS檢測(cè)到電網(wǎng)電壓正常后，首先將PCS運(yùn)行模式切換為并網(wǎng)運(yùn)行，PCS自動(dòng)調(diào)整輸出電壓與大電網(wǎng)的電壓同步，然后EMS閉合并網(wǎng)開(kāi)關(guān)，所有設(shè)備并網(wǎng)運(yùn)行，系統(tǒng)進(jìn)入并網(wǎng)運(yùn)行模式。

三、應(yīng)用案例設(shè)計(jì)分析

1.應(yīng)用場(chǎng)景描述

具體應(yīng)用的分布式光儲(chǔ)微電網(wǎng)拓?fù)淙鐖D2所示，光伏陣列通過(guò)DC/DC智能充電控制器給儲(chǔ)能系統(tǒng)充電，后經(jīng)過(guò)DC/AC變流器接入交流母線(xiàn)，該方案廣泛應(yīng)用于光儲(chǔ)微電網(wǎng)、光儲(chǔ)一體化可控型并網(wǎng)系統(tǒng)以及電動(dòng)汽車(chē)光伏直流充電樁等應(yīng)用場(chǎng)合。

圖2 分布式光儲(chǔ)微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

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