風(fēng)帆儲能項目前期方案

1、1MW/2MWh風(fēng)帆儲能項目前期方案目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc505358788 一、 項目背景 PAGEREF _Toc505358788 h 1 HYPERLINK l _Toc505358789 二、整體設(shè)計方案 PAGEREF _Toc505358789 h 2 HYPERLINK l _Toc505358790 2.1 儲能系統(tǒng)需求：2MW/4MWh PAGEREF _Toc505358790 h 2 HYPERLINK l _Toc505358791 2.2 系統(tǒng)配置說明 PAGEREF _Toc505358791 h 3 HYPERLI

2、NK l _Toc505358792 三、技術(shù)亮點 PAGEREF _Toc505358792 h 5 HYPERLINK l _Toc505358793 四、計量 PAGEREF _Toc505358793 h 7 HYPERLINK l _Toc505358794 五、電氣部分 PAGEREF _Toc505358794 h 8 HYPERLINK l _Toc505358795 5.1 光儲互補微網(wǎng)變流器 PAGEREF _Toc505358795 h 8 HYPERLINK l _Toc505358796 5.2 監(jiān)控系統(tǒng) PAGEREF _Toc505358796 h 9 HYPER

3、LINK l _Toc505358797 六、承辦單位概況 PAGEREF _Toc505358797 h 11一、 項目背景近年來，儲能電站技術(shù)在國內(nèi)外日益受到重視。儲能電站項目主要是指由分布式發(fā)電裝置、儲能環(huán)節(jié)以及本地負(fù)荷組成的配電子網(wǎng)，同時儲能電站也可以將新型可再生清潔能源（光伏及風(fēng)電等）儲存起來供用戶使用。儲能發(fā)電系統(tǒng)通過分布式發(fā)電和輸配電技術(shù)，為可再生能源發(fā)電的接入提供了另外一條解決途徑，而同時又可以作為堅強智能電網(wǎng)體系的有機組成部分，通過優(yōu)勢互補實現(xiàn)更顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。目前，用戶側(cè)儲能的效益主要靠電力市場分時階梯電價政策，通過峰谷價差為客戶節(jié)約相應(yīng)用電成本，結(jié)合國家及地方的光伏

4、補貼實現(xiàn)盈利。建設(shè)儲能系統(tǒng)可以實現(xiàn)以下功能：電力消峰填谷：在電網(wǎng)分時電價收費情況下，利用谷時給儲能電池充電，在峰時放電，減少用電容量，為客戶減少電費支出，進(jìn)而創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益；提升供電可靠性：減少生產(chǎn)企業(yè)由于電網(wǎng)短期停電而遭受的損失，作為不間斷工廠供電支持廠內(nèi)重要負(fù)荷的持續(xù)運行，為客戶帶來經(jīng)濟(jì)效益；實現(xiàn)配電網(wǎng)電力增容：隨著企業(yè)產(chǎn)能提升，當(dāng)出現(xiàn)用電設(shè)備增加而原有配電網(wǎng)容量無法滿足，新增電力容量開銷過大或受地域限制無法進(jìn)行電力增容的情況，建設(shè)儲能電站可以根據(jù)用電需求實現(xiàn)增容。節(jié)能減排：利用先進(jìn)的儲能電池技術(shù)與電力電子技術(shù)的結(jié)合，降低企業(yè)的碳排放總量，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)向綠色低碳發(fā)展，為客戶帶來可觀的碳排放

5、配額和綠色環(huán)保的社會影響。二、整體設(shè)計方案2.1 儲能系統(tǒng)需求：1MW/2MWh根據(jù)客戶現(xiàn)有設(shè)備配置情況以及場地面積、用電需求等原因建設(shè)儲能電站，系統(tǒng)連接拓?fù)淙缦拢阂惑w化變流設(shè)備FlexTenner1000 1000FlexVert 500HEFlexVert 500HE電池系統(tǒng)FlexVert 500HE變流器FlexVert 500HE500kW/1MWh子系統(tǒng)1250kVA干式升壓變1250kVA干式升壓變6.3kV廠用電圖2-1 風(fēng)帆發(fā)電系統(tǒng)電氣拓?fù)涫疽鈭D2.2 系統(tǒng)配置說明風(fēng)帆儲能發(fā)電系統(tǒng)包括以下四個部分：2.2.1 電池系統(tǒng)每個電池系統(tǒng)電池輸出500kW，電池組1000kWh，包含

6、電池管理系統(tǒng)，對電池組的充放電情況進(jìn)行監(jiān)控。2.2.2 雙向儲能變流器FlexVert 500HE系統(tǒng)由2個FlexVert 500HE變流器組成功率控制系統(tǒng)（PCS），每個雙向儲能變流器FlexVert 500HE是系統(tǒng)執(zhí)行控制功能的核心，能夠?qū)崿F(xiàn)并網(wǎng)供電、平衡系統(tǒng)功率、改善本地電能質(zhì)量、穩(wěn)定電壓和頻率等功能。首先，該設(shè)備過載能力強，可110%額定功率長期運行，短時130%額定功率運行。其次，在控制方式上，系統(tǒng)有恒流、恒功率、恒壓工作等多種充發(fā)電工作模式。最后，設(shè)備防護(hù)等級IP42，環(huán)境適應(yīng)能力強，能夠在-2555環(huán)境溫度下滿載運行。如圖2-2所示：圖2-2 FlexVert 500HE外觀

7、圖雙向儲能變流器參數(shù)如下表所示：表2-1 FlexVert 500HE參數(shù)表2.2.3 組合式箱變房FlexTenner 1000每個組合式箱變房FlexTenner 1000由兩個FlexVert 500HE、一個1250kVA干式雙分裂變壓器和一套本地能量管理系統(tǒng)組成，接入高壓10/35kV電網(wǎng)。該系統(tǒng)采用干式雙分裂變壓器，占地面積小，土建施工無需考慮放油池，組合式箱變房的高壓側(cè)配開關(guān)柜及聯(lián)動保護(hù)裝置，從系統(tǒng)層面實現(xiàn)了變流器與升壓變的高集成。箱變房外殼采用覆鋁鋅板，噴涂防護(hù)漆，耐候能力強，適宜南方潮濕氣候，防護(hù)等級IP54。箱變房整體不超過10噸，只需簡單基礎(chǔ)即可實現(xiàn)施工部署，降低了整體系

8、統(tǒng)成本。系統(tǒng)布局圖如下圖所示：圖2-3 FlexTenner布局圖2.2.4 能量調(diào)度與管理系統(tǒng)能量調(diào)度與管理系統(tǒng)作為整個分布式發(fā)電系統(tǒng)的控制核心，包括：交流智能配電柜、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和智能監(jiān)控系統(tǒng)。交流智能配電柜內(nèi)部除了裝設(shè)開關(guān)外，還裝設(shè)了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和微處理器，微處理器內(nèi)嵌控制軟件，能夠根據(jù)需求控制配電柜內(nèi)的各個開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)，實現(xiàn)各種運行工況之間的自動切換操作。能量調(diào)度與管理系統(tǒng)的主要功能是將系統(tǒng)中的發(fā)電設(shè)備、儲能設(shè)備、用電負(fù)荷連接到一起，采集各個單元的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，同時根據(jù)運行情況調(diào)配各子單元的運行工況，并顯示實時運行數(shù)據(jù)。三、技術(shù)亮點1）發(fā)電系統(tǒng)動態(tài)電網(wǎng)支撐技術(shù)為

9、了使得儲能變流器更加適應(yīng)電網(wǎng)的需求，成為一個友好的發(fā)電設(shè)備，儲能變流器在提供電力供給的同時，還應(yīng)該利用自身的優(yōu)勢改善電網(wǎng)的供電質(zhì)量。在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)，由于電網(wǎng)比較薄弱，存在電壓、頻率不穩(wěn)定的問題。要解決這些問題，可以根據(jù)電壓與無功功率、頻率與有功功率的關(guān)系，通過動態(tài)調(diào)節(jié)儲能變流器輸出的無功功率和有功功率，達(dá)到穩(wěn)定PCC點的電壓和頻率的目的。2）電網(wǎng)系統(tǒng)綜合監(jiān)控和智能管理技術(shù)調(diào)度是電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行的指揮中心。擬采取3層的調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，第一層為設(shè)備層，采集系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備的狀態(tài)，包括當(dāng)?shù)氐妮椪斩?、溫度等環(huán)境參數(shù)、分布式發(fā)電系統(tǒng)變流裝置的輸出功率、電壓、諧波等發(fā)電側(cè)參數(shù)以及負(fù)荷點的功率和電壓等需

10、求側(cè)參數(shù)等；第二層為中間層，對第一層的參數(shù)進(jìn)行計算和分析；第三層為調(diào)度層，對第二層上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分析系統(tǒng)可能出現(xiàn)的各種工況，實時采集系統(tǒng)的運行狀態(tài)，對下一時段的系統(tǒng)運行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)估，給出決策。3）儲能系統(tǒng)電力平滑控制技術(shù)儲能系統(tǒng)并網(wǎng)運行時，由于分布式發(fā)電單元的輸出功率會因為氣象變化而出現(xiàn)劇烈的功率波動，超過國家標(biāo)準(zhǔn)要求，所以一般要求儲能電站具備平抑功率波動的能力，能夠使整個電站輸出的功率或吸收的功率相對比較平穩(wěn)，提高儲能系統(tǒng)的“負(fù)載品質(zhì)”。儲能變流器在運行過程中，通過實時改變儲能單元的功率指令，彌補負(fù)載功率變化，從而起到平滑功率波動的目的。4）發(fā)電系統(tǒng)三相不平衡控制技術(shù)該技術(shù)一方面能夠改

11、善電網(wǎng)末端電力供應(yīng)不平衡的問題，另一方面能夠解決儲能電站孤島運行時由于不平衡、非線性負(fù)荷存在而引起的供電質(zhì)量問題。目前變流器經(jīng)典的控制方法都是基于三相電網(wǎng)電壓平衡而實現(xiàn)的，然而實際情況中，電網(wǎng)由于負(fù)載不均衡等原因往往存在三相電網(wǎng)電壓不平衡的現(xiàn)象，在薄弱電網(wǎng)條件下這個問題更為明顯。結(jié)合目前的研究現(xiàn)狀，可以采用比例積分-降階諧振( PI-ROR )調(diào)節(jié)器，對正負(fù)序電流直接進(jìn)行控制，這種控制的動態(tài)響應(yīng)速度快，是目前較先進(jìn)的控制技術(shù)。5）分布式發(fā)電系統(tǒng)低次諧波抑制技術(shù)越來越多的新能源發(fā)電裝置以分布式發(fā)電的形式接入配電網(wǎng)，對電網(wǎng)造成了不可忽視的影響。與傳統(tǒng)配電網(wǎng)中的發(fā)電設(shè)備相比，電力電子裝置的接入，可能

12、使得電網(wǎng)電壓的波形畸變，電網(wǎng)的供電質(zhì)量惡化。而儲能變流器作為一種電力電子裝置，本身也是一種諧波源。它的高次諧波一般可以通過濾波器設(shè)計濾除，但由于變流器自身工作特性帶來的低次諧波（尤其5次諧波）卻很難消除，這無疑給本已薄弱的電網(wǎng)帶來了更大的負(fù)擔(dān)。所以研究儲能變流器的低次諧波消除技術(shù)，提高變流器性能，對于電網(wǎng)和用戶而言十分必要。本項目將在dq坐標(biāo)分解的基礎(chǔ)上改進(jìn)傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器控制方式，加入諧振控制，構(gòu)造比例積分并聯(lián)諧振控制器PIR，產(chǎn)生反向諧波，抵消原有諧波含量，實現(xiàn)低次諧波抑制。該部分內(nèi)容可詳見專利一種應(yīng)用于光伏并網(wǎng)變流器的諧波抑制方法。6）分布式發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測技術(shù)儲能系統(tǒng)一般具有并網(wǎng)和孤島

13、兩種工作模式。為保證系統(tǒng)內(nèi)關(guān)鍵負(fù)荷持續(xù)可靠供電，并網(wǎng)與孤島運行模式間的無縫切換顯得尤為重要。為實現(xiàn)儲能系統(tǒng)由并網(wǎng)到孤島模式的無縫切換，作為電站關(guān)鍵部件的儲能雙向變流器，在切換過程中需要快速準(zhǔn)確的孤島檢測技術(shù)。本項目擬采用基于非特征次諧波信號注入與復(fù)數(shù)濾波器諧波提取相結(jié)合的主動孤島檢測技術(shù)，減小檢測盲區(qū)，提高設(shè)備檢測準(zhǔn)確性，為儲能變流器并網(wǎng)/孤島無縫切換做好準(zhǔn)備。7）分布式發(fā)電系統(tǒng)虛擬同步機電壓源控制技術(shù)分布式發(fā)電系統(tǒng)一般采用傳統(tǒng)并網(wǎng)變流器的電流源控制模式。但在孤島情況下，由于失去大電網(wǎng)的電壓支撐，微電網(wǎng)內(nèi)部需要有運行于電壓源控制模式的變流器，為微電網(wǎng)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓和頻率支持。而當(dāng)多臺變流器

14、并聯(lián)組網(wǎng)時，還需保證負(fù)載功率的合理分配和系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，這就要求具備電壓源控制模式的儲能變流器具備孤島情況下的并聯(lián)能力，能夠合理的分配負(fù)載功率。本項目擬采用虛擬同步發(fā)電機的控制方法來實現(xiàn)變流器電壓源控制，提高電網(wǎng)系統(tǒng)慣性，改善系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性。四、計量電能表按照計量用途分為兩類：關(guān)口計量電能表，用于用戶與電網(wǎng)間的上、下網(wǎng)電量計量；并網(wǎng)電能表，可用于發(fā)電系統(tǒng)和電價補償。分布式光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)前，應(yīng)明確上網(wǎng)電量和下網(wǎng)電量關(guān)口計量點，原則上設(shè)置在產(chǎn)權(quán)分界點。需配置專用關(guān)口計量電能表，并將計費信息上傳至運行管理部門。預(yù)留分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)點應(yīng)設(shè)置并網(wǎng)電能表，用于未來光伏發(fā)電量統(tǒng)計和電價補償。五、電氣部

15、分5.1 儲能雙向變流器本項目選用能高生產(chǎn)的500kW儲能雙向變流器FlexVert 500HE，該變流器具有以下優(yōu)點：A、智能高效（1）寬直流輸入電壓范圍，提高發(fā)電效益（2）DSP 數(shù)字化矢量控制，性能優(yōu)異（3）完善的能量調(diào)度與管理策略，并網(wǎng)/孤島模式智能切換（4）有功功率、無功功率連續(xù)可調(diào)（5）并網(wǎng)模式下具備防逆流控制，減小對電網(wǎng)的影響（6）恒流、恒功率、恒壓等多種充放電模式，實現(xiàn)對電池的智能管理（7）削峰填谷，解決調(diào)峰和備用問題（8）平移功率波動，提高電網(wǎng)對分布式發(fā)電的接納能力（9）完善的黑啟動策略，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性（10）功率雙向控制（并網(wǎng)），建立交流電壓（離網(wǎng)）（11）先進(jìn)的諧波和三相

16、不平衡抑制技術(shù)（12）動態(tài)電網(wǎng)支撐技術(shù)，穩(wěn)定交流母線電壓B、安全可靠（1）完備的電池保護(hù)與維護(hù)策略，提高蓄電池使用壽命（2）過流、過溫、過載、過壓、短路、防雷接地等保護(hù)（3）并網(wǎng)模式下，具備防孤島保護(hù)，確保電網(wǎng)運行安全（4）工頻變壓器隔離，提升系統(tǒng)安全性（5）適應(yīng)低溫、高濕度、高海拔的嚴(yán)苛環(huán)境考驗（6）具備零電壓穿越、高電壓穿越功能（7）全面完善的故障保護(hù)措施C、簡單便捷（1）模塊化設(shè)計，易于安裝維護(hù)（2）本地觸摸屏監(jiān)控界面，實時顯示、操作便捷（3）標(biāo)配以太網(wǎng)、RS485、CAN 通訊接口5.2 監(jiān)控系統(tǒng)本項目可按業(yè)主要求配置站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)，主要通訊管理機（數(shù)據(jù)采集及規(guī)約轉(zhuǎn)換）、就地監(jiān)控主機、S

17、CADA系統(tǒng)軟件。通訊管理機、可在智能配電柜內(nèi)或監(jiān)控間（具體根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備實際安裝位置，考慮不同通訊方式的傳輸距離確定）配置數(shù)據(jù)采集裝置，通過RS485接口MODBUS RTU規(guī)約采集逆變器及環(huán)境檢測儀數(shù)據(jù)，采集后裝換為MODBUS TCP規(guī)約傳輸至監(jiān)控主機。1）通訊系統(tǒng)框圖2） SCADA系統(tǒng)簡介光伏并網(wǎng)發(fā)電綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用目前最先進(jìn)成熟的自動化通訊、數(shù)據(jù)采集技術(shù)，結(jié)合SCADA系統(tǒng)的優(yōu)點，具備本地和遠(yuǎn)程監(jiān)測功能，并可以通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行訪問。本地監(jiān)控系統(tǒng)采用安裝在變流器上觸摸屏，主要監(jiān)控變流器管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)。主要監(jiān)控數(shù)據(jù)包括變流器輸入輸出電壓、電流，輸出功率，日發(fā)電量，總發(fā)電量，故障，運行狀態(tài)（運

18、行、停止），工作狀態(tài)（正常、故障）等。遠(yuǎn)程中心監(jiān)控系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)采集每個微網(wǎng)電站的微網(wǎng)變流器及環(huán)境監(jiān)測儀的數(shù)據(jù)，并數(shù)據(jù)匯總、查詢、統(tǒng)計、報警等功能。用戶在辦公室也能實時掌握現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)，并能查詢發(fā)電量統(tǒng)計和故障信息。如果監(jiān)控中心已經(jīng)連接互聯(lián)網(wǎng)，可以發(fā)布到WEB上，任何一臺已經(jīng)連接到互聯(lián)網(wǎng)的計算機都可以訪問，查詢本光伏電站信息。光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)具備開放性和很好的可維護(hù)性，用戶界面友好，易于管理和應(yīng)用，其數(shù)據(jù)管理和分析工具，能滿足企業(yè)生產(chǎn)管理的需要，具備很好的實用性。3）監(jiān)控內(nèi)容監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測智能匯流箱參數(shù)、變流器運行參數(shù)、環(huán)境參數(shù)，數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、歸檔、查詢。4）主要設(shè)備簡介1監(jiān)控計算機用途：監(jiān)控計

19、算機是整個系統(tǒng)的核心，用于采集包括變流器、環(huán)境監(jiān)測參數(shù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)存儲。2環(huán)境監(jiān)測設(shè)備通過光照度、溫濕度傳感器、風(fēng)速傳感器采集環(huán)境參數(shù)，通過通訊管理機完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及傳輸。3通訊管理機通訊管理機作為整個數(shù)據(jù)處理的核心，所有的數(shù)據(jù)采集、控制和通信都有通訊管理機來完成。采集功能：采集電網(wǎng)電壓、電流、有功功率、無功功率、電能、頻率及功率因數(shù)等數(shù)據(jù)；通信功能：逆變器、環(huán)境監(jiān)測儀等設(shè)備進(jìn)行通信，將采集到各個設(shè)備的數(shù)據(jù)通過光纖或以太網(wǎng)等方式上傳到上位機，完成數(shù)據(jù)協(xié)議的轉(zhuǎn)換。5）電能計量預(yù)留儲能電站并網(wǎng)點應(yīng)設(shè)置并網(wǎng)電能表，用于儲能電站發(fā)電量統(tǒng)計和電價收益。用戶與供電公司的產(chǎn)權(quán)分界點處需配置專用關(guān)口計量電能表，并將計費信息上傳至運行管理部門。此電能表應(yīng)具備電能質(zhì)量在線監(jiān)測功能。六、承辦單位概況北京能高自動化技術(shù)股份有限公司注冊資金6000萬，成立于2007年，是一家以電力電子技術(shù)和控制技術(shù)為主導(dǎo)、具有電力施工總承包資質(zhì)的高新技術(shù)企業(yè)。致力于風(fēng)能、太陽能等發(fā)電領(lǐng)域的技術(shù)研究、光伏逆變器產(chǎn)品制造，并提供光伏