生态城智能营业厅风光储微网方案设计(最终稿).doc

中新生态城智能电网综合示范项目智能营业厅微网设计方案目 录1. 微网总体设计方案31.1 项目背景31.2总体设计原则41.2.1 建设依据41.2.2 建设原则51.3 微网系统总体构成52. 光伏发电系统建设方案82.1 系统构成82.2 系统选型82.2.1 太阳能光伏组件92.2.2 光伏方阵防雷汇流箱142.2.3直流防雷配电柜152.2.4 环境监测系统162.2.5交流防雷配电柜172.2.6 监控及通讯装置172.2.7 并网逆变器182.2.8 与控制系统的接口222.3系统安装其他要求223风力发电系统建设方案：233.1系统构成233.2 系统选型233.2.1. 设计参考依据233.2.2 风力发电机组件243.2.3 逆变器273.3 风力发电系统安装环境284. 储能系统建设方案304.1 蓄电池选购建议304.2 蓄电池组及逆变器314.2.1储能作用314.2.2储能容量计算及蓄电池选型314.2.3储能逆变器选型324.3 储能装置的接入和安装334.3.1储能装置安装的原则334.3.2设备及接入方案344.3.3土建条件344.4 储能充放电控制系统344.4.1并网运行模式：354.4.2 离网运行模式：374.4.3 并网模式与离网模式共同的工作状态374.4.4 状态切换385. 微网系统运行控制方案395.1 微网系统架构395.2 微网运行方式425.2.1并网模式435.2.2孤岛模式435.2.3微网运行切换435.3智能模式控制器445.3.1智能电表445.3.2光伏电源、逆变器455.3.3 蓄电池电源、逆变器465.3.4交流母线475.3.5二次设备保护装置485.4 微网综合控制器495.4.1数据收集部分495.4.2微网控制策略实现部分495.4.3 与微网能量管理系统交互部分505.5 后台微网能量管理系统505.5.1操作员站部分505.5.2数据库部分515.5.3与微网综合控制器交互部分515.5.4与配电调度中心交互部分515.6微网系统保护配置515.6.1配电保护配置535.6.2微网保护配置576. 投资估算641. 微网总体设计方案1.1 项目背景为满足中新天津生态城智能电网综合示范工程作为国家电网公司坚强智能电网建设第二批试点项目的建设要求，智能营业厅微网是天津生态城智能电网建设中的一项重要示范内容。它通过三种分布式能源：风力发电、光伏发电、储能设施等的建设，供应照明以及一部分动力负荷，并通过一定的电气联系和设施监控构成低压微网。这一示范内容将有效展现微网结构对不同分布式可再生电源出力的充分利用与调控，以及微网的离网运行能力和它所带来的高可靠性，和微网与配电网络间的配合。建设成与智能用电发展定位相匹配，具有信息化、自动化、互动化特征的可靠、自愈、灵活、经济、兼容、高效、集成的智能营业厅微网系统。实现资源的合理配置，提高能源利用效率；优化能源的利用，支持可再生能源、分布式发电的接入，能够与发电侧及用户高效交互与互动；实现电网与用户的实时互动响应，提高供电的高可靠性和能源利用效率，创造舒适、安全、便捷、高品位生活环境；倡导节能、环保、低碳的社会理念和新生活方式；实现政府、社会、电力企业、开发商和用户的共同价值，为今后智能用电的建设起到示范作用。1.2总体设计原则1.2.1 建设依据根据国家电网智能2009909号文件关于下达智能电网试点工程项目计划的通知要求，按照“统一规划、统一标准、统一建设”的智能电网建设原则，按照公司总体部署，有序推进北京地区智能用电小区示范工程建设。主要指导性文件：统一坚强智能电网发展规划纲要；自主创新、国际领先统一坚强智能电网用电环节报告；统一坚强智能电网第一阶段重点项目实施方案综合报告；国家电网公司“十一五”电网发展建设方案及2020年远景目标；国家电网公司关于加快电力营销现代化建设指导意见；国家电网公司“十一五”营销现代化建设发展建设方案；国家电网公司“十一五”电力营销发展建设方案；国家电网公司营销技术支持系统功能规范；国家电网公司电力需求侧管理实施办法；国家电网公司深化电力需求侧管理，巩固和开拓电力销售市场工作的指导意见；国家电网公司智能用电服务体系框架研究报告；国家电网公司智能用电关键装备研究框架；国家电网公司智能电网关键技术研究框架；1.2.2 建设原则1)体现研究成果，展示示范效果在智能营业厅的建设中应用智能用电研究成果，全面展现智能用电所倡导的先进理念，体现智能电网内涵，向全社会直观展示，增强社会的感知度和认知度，为智能用电的建设起到示范、展示和应用指导的作用。2)倡导节能环保，践行社会责任通过智能营业厅的微网系统建设创新电力公司与用户新型用能关系，实现电力公司和用户的双向互动，创造节能、友好、低碳的用能环境，鼓励清洁能源消费，倡导节能减排的生产生活模式。3)提高企业效益，增强服务水平提高供用电的智能化水平和国家电网公司企业经营效益，同时为用户提供多样化的服务，增强服务能力、提高服务水平。4)全面总结评估，奠定建设基础通过示范工程建设和运行，搭建支撑平台，尝试智能小区应用技术，在技术应用、业务转型和践行社会责任方面积极探索，考核各种技术、设备的成熟度，并进行全面总结和评估，为今后国内外智能用电项目建设提供示范和样本。1.3 微网系统总体构成该微网项目由营业大楼内配电室低压母线至户内用电末端的供电结构，利用太阳能、风力、冷热电联产等多种形式发电，采用智能优化配置与管理，提高供电可靠性和能源利用效率，应用先进的微网技术为营业厅内提供智能化、多样化的用电服务，体现出智能电网对于提高供电可靠性和能源利用效率所提供的技术支持，倡导节能、环保、低碳的生产生活模式。营业厅微网系统接线构成如下： 图1-1 营业厅微网系统接线图如图所示，主要包括分布式电源，用电负荷和微网控制系统三大部分。分布式电源包含光伏发电、风力发电及储能系统，用电负荷包括动力负荷，重要负荷和室内用电三类。微网控制系统能统一管理其内部所有分布式电源和负荷。在配电网发生故障时，微网无缝切换至孤岛运行模式，在该模式下各分布电源不必退出运行而继续发电，保持对微网内负荷的稳定供电。分布式电源中的风机和光伏电池最大发电容量37KW，其中光伏电池31KW，风机6KW。考虑到光伏和风电受阳光和风力条件的约束一般难以达到满发，将微网内最大负荷配置为光伏发电系统最大容量的50%，即15kW。由于微网内光伏和风电均为间歇性电源，为了保证在光伏电池和风电在不发电时微网能独立为其内部负载供电，所选取的储能容量必须与微网内最大负荷相当，因此配置15kW*4h的储能系统。当微网并网运行时，若光伏与风电发电量大于微网内负荷，则将多余功率存储到储能系统中，若光伏与风电出力减小或者不出力时，则可释放储能单元的部分电能。当微网孤岛运行时，通过对储能系统进行充放电控制，可实现分布式发电系统与微网内负荷的实时平衡，从而保证微网稳定的孤岛运行。为了保证微网在孤岛模式下的平稳运行，应根据内负荷的实际无功需求在微网内配置足够保护设备，以保证微网的孤岛状态下能保持电压的稳定。2. 光伏发电系统建设方案2.1 系统构成系统由八个大部分的设备组成：在屋顶铺设太阳能板组件（太阳能板阵列）、汇流箱、交流配电柜、直流配电柜、并网逆变器、环境监测系统（系统监控器、环境温度传感器）、其他配件等。2.2 系统选型表 2-1系统选型汇总表：序号名称型号规格数量1电池组件LNPV-190Wp168块2光伏方阵防雷汇流箱SPVMB-62台3直流防雷配电柜SDCPG-1(30KW)1台4并网逆变器SMC10000TL3台5交流防雷配电柜SACPG-1(30KW)1台6系统连接线1套7监控系统SPSPVNET1套8环境监测仪SSYW-011台2.2.1 太阳能光伏组件1）太阳能光伏组件选型当前太阳能光伏电池可以分非晶硅薄膜太阳能电池、多晶和单晶薄膜电池三大类。非晶硅薄膜太阳能电池的成本低，便于大规模生产，但由于其材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，限制了非晶硅太阳能电池的转换效率。此外，其光电效率会随着光照时间的延续而衰减，即所谓的光致衰退S-W效应，使得电池性能不稳定。单晶硅太阳能光伏组件具有电池转换效率高的特点，商业化电池的转换效率在15%左右，其稳定性好，同等容量太阳能电池组件所占面积小，但是成本较高。多晶硅太阳能光伏组件转换效率略低于单晶硅，商业化电池的转换效率在13%15%，在寿命期内有一定的效率衰减，但成本较低。单晶硅和多晶硅组件使用寿命均能达到25年，其功率衰减均小于15。2）推荐组件根据质量可靠性和发电转换效率的要求，本方案推荐采用单晶硅光伏电池组件190Wp太阳能光伏组件，该组件为国产封装组件，经过CQC金太阳认证。预计31.92KW，采用168块 LN190太阳能电池。LNPV-190型高效单晶硅太阳能电池组件在标准测试条件下的性能参数: 表2-2 太阳能组件基本参数（注：标准测试条件为环境温度25，太阳辐照度为AM1.5，1000W/m2）序号参数名称具体参数1型号LNPV-190Wp2型式单晶硅光伏电池组件3尺寸结构1590*808*42MM4使用粘合胶体类型中性密封硅胶5在AM1.5、1000W/ m2的辐照度、25的电池温度下的峰值参数：5.1标准功率190W5.2峰值电压3644V5.3峰值电流5.22 A 5.4短路电流5.59A 5.5开路电压44.05V 6最大开路电压（在AM1.5、1000W/m2的辐照度、-10时的开路电压）；46V 7峰值电流温度系数(0.0500.010)%/8峰值电压温度系数-(7010)mV/9短路电流温度系数(0.0650.015)%/10开路电压温度系数-(8010)mV/11温度范围-40 - +8512功率误差范围+5%13表面最大承压5400帕14承受冰雹直径25MM,速度23M/S15接线盒类型密封防水16接线盒防护等级IP6517接线盒连接线长度正极900MM，负极900MM 组件尺寸：太阳电池的输出特性:图 2-1 光伏电池尺寸及特性组件在标准测试条件下，开路电压=36.44V，短路电流=5.59A，最大功率点电压=26.6V，最大功率点电流=5.22A，最大功率=190Wp参数（测试标准：光谱辐照度1000W/ 光谱AM1.5 电池温度25）备选光伏电池组件：采用另一种型号的单晶光伏电池，单块电池同样标准功率。表2-3 SL190CE-40M技术参数表型号:SL190CE-40M最大功率 (W)190适宜电压 (Vmp)40.64适宜电流 (Imp)4.67开路电压 (Voc)49.04短路电流 (Isc)5.00电池尺寸:125*125 单块单块峰值电压（V）35单块峰值电流（A）5.43电池数量 (pcs)8*10电池品牌Jetion Cell组件尺寸 (mm)1340*1050*40环境温度-40C to +85C功率允许误差5%表面最大负载能力2400Pa单块重量(KG)16.3接线盒类型通过TUV认证旁路二极管额定电流(A)12电池效率 (%)16.53%组件效率 (%)13.85%组件保证90%可使用10年，80%可使用25年标准测试条件AM1.5 1000W/ 25 +/-2C包装木盒1*2014Pallets / 370pcs1*40STD28 Pallets / 756pcs组件平面图图 2-2 备选光伏电池尺寸及特性2.2.2 光伏方阵防雷汇流箱对于大型光伏并网发电系统，为了较少电池组件与逆变器之间连接线，以及日后维护方便，通常情况下，需要在电池组件与逆变器之间增加直流汇流装置。按照本系统并网发电的设计要求，需配置1台光伏方阵防雷汇流箱，其性能特点如下：户外壁挂式安装，防水、防锈、防晒，能够满足室外安装使用要求；可同时接入6路太阳电池串列，每路串列的电流不大于10A；每路可接入最大太阳电池串列的开路电压不大于DC900V；每路太阳电池串列配有光伏专用高压直流熔丝进行保护，其耐压值不小于 DC1000V；直流输出母线的正极对地、负极对地、正负极之间配有光伏专用高压防雷器；直流输出母线端配有可分断的直流断路器；图2-3 光伏方阵防雷汇流箱接线原理图2.2.3直流防雷配电柜系统按照2个直流配电单元进行设计，接入6路直流防雷汇流箱进行汇流，汇流后接至 3台逆变器。直流防雷配电柜的每个配电单元分别配有可分断的直流断路器、防反二极管和防雷器。并网逆变器图2-4 直流防雷配电柜的原理框图2.2.4 环境监测系统系统可配置1套环境监测仪，用来监测现场的环境情况：图2-5 环境监测系统该系统对光伏电站系统进行全面的性能分析 ；精确测量日照辐射、组件温度、环境温度和风速、风向等环境参数 ；通过RS-485与SolarPower Manager进行通讯 ，易于在光伏电站安装。 表2-4 技术参数通讯接口连接到数据采集器通过RS-485连接到Sunny Manager上传感器 太阳辐射精度：8%范围：01500W/组件温度精度：0.1范围：-40150环境温度精度：0.1范围：-40150风速精度：(0.3+0.03V)m/s范围：075m/s风向精度：3范围：0360电源 外接适配器50.3V/3W防护等级IP65体积与重量宽/高/厚 (mm)120/90/50重量500g2.2.5交流防雷配电柜系统配置1台交流防雷配电柜，内含系统发电计量表、交流电网电压表和输出电流表，以及交流防雷器。交流防雷配电柜低压配电单元接线图如下：图 2-6 交流防雷配电柜2.2.6 监控及通讯装置光伏并网发电系统采用高性能工业控制PC机作为系统的监控主机，配置光伏并网系统专用网络版监测软件SPS-PVNET（Ver2.0），采用RS485通讯方式，可以连续每天24小时不间断对所有的并网逆变器运行状态和数据进行监测。监控主机的系统特点如下：嵌入式低功耗Intel ULV 赛扬400MHz CPU卡；带LCD/CRT VGA；双网络；USB2.0；数字输入/输出和音频；256M 内存 （可升级）；40G 笔记本硬盘 （可升级）；工控机和所有光伏并网逆变器之间的通讯可采用RS485总线。2.2.7 并网逆变器光伏并网逆变电源是光伏并网发电系统的核心组成部分，它将太阳能电池阵列发出的直流电能转化为交流电能馈入营业厅的配电母线。光伏组件设计容量：31.92kW 光伏逆变器：采用额定功率为10kW，效率达到97.7%的SMA小型型逆变器SMC 10000TL产品3台，组成AC400V光伏发电电源。单台逆变器，尺寸 468x613x242；重量40千克。接线方式如下： 图2-7 光伏逆变器接线示意图1）SMC10000TL电气连接要求（1）光伏阵列要求SMC10000TL并网逆变器设备有6个光板连接插头，每组光电板的连接电缆配置MC-3型的连接插头（公、母各一个）。光伏组件每14块串联为一串，共计12个组件串，每台SMC10000TL逆变器配对4个组串，SMC系列产品自身具有5组接口，安装维护更加便捷。（2）输出要求单台SMC10000TL输出220V、50Hz交流电表2-5 逆变器输出额定交流输出功率10000W电网工作电压范围220V-240V电网工作频率50Hz电流谐波THD4%短路保护电流控制电网连接方式交流端子2）并网逆变器的电气安装接口图2-8 逆变器电气安装图“A” ：接电池方阵直流输出；“C” ：接系统母线；“B” ：接通讯线；图2-9 逆变器电气安装图其中，“A” ：接电池方阵直流输出，直流输入1路，插头选用Multi-contact 3mm、即MC-3，公、母各一个。如上图示。 图2-10 逆变器电气安装图通讯线采用屏蔽双绞线4*0.2mm2，三台并网逆变器通讯线两两相连。2.2.8 与控制系统的接口在微网中，要求光伏逆变器能与微网控制系统进行快速的信息交互。在运行时，光伏逆变器能够将目前的重要运行信息上送集中控制器，并能接收集中控制器的有功和无功调节命令并正确执行，以保证在孤岛运行时，集中控制器能够对所有的发电设备和负荷进行统一分析和调度，完成孤岛运行时微网内部的功率平衡。由于本项目中选取的光伏逆变器的输出仅为最大功率跟踪结果而不能任意调节，因此微网集中控制器只能控制光伏逆变器的投入或切除。光伏逆变器通过以太网后接入微网集中控制器，同时与光伏逆变器配套的环境监测装置也采用以太网接口将测控信息上送微网集中控制器，微网集中控制器通过控制断路器来实现投入或切除光伏逆变器。2.3系统安装其他要求布置地点：楼顶无遮阳处，每行之间的间隔 最少要1.7米。对土建的要求：无特别要求，每平方米承重50Kg就可以。为不破坏屋顶防水，最好使用做好的水泥基础，两旁用钢丝固定。与储能、微网等系统的接口：控制逆变器单独接口，无需特别设计。3风力发电系统建设方案：3.1系统构成系统由三个大部分设备组成：风力发电机组，整流控制器，并网逆变器。图3-1风力发电系统联网接线图3.2 系统选型3.2.1. 设计参考依据风力资源丰富，年平均风速3m/s以上，无经常性剧烈变化风速与风向。可靠性：保证风力发电机组接近满负荷运行的时间在2 000小时年左右。系统供电参数：供电电压 220VAC供电频率 50Hz表3-1系统选型汇总表序号名称型号规格数量1风力发电机（低风速型）HY-1000L48（5叶片）6台2塔杆46米6套3并网逆变器WB 2500 (2500W)3台4系统连接线1套5监控用电脑商用电脑（21寸液晶，4G内存，250G硬盘）1台3.2.2 风力发电机组件项目中风力发电系统容量为6kW，风机产生的电能可以直接向用户提供，也可以将多余部分直接送入电网，而不需要储存在蓄电池中。由于节省了成本昂贵且维护费用极高的蓄电池组，这些风力机并网技术的使用节省了巨大的支出成本。 此外由于生态小区筑相对密集，风力机组安装受空间约束较大，综合考虑当地风速、空间及人文环境等因素，可选取体积较小、结构紧凑的小型永磁式低速风力发电机。这里选择6台1kW单相小型低速风力发电机并联组合，经整流器、逆变器等装置输出三相380V电压直接连接微网供电。该风力发电机组，风能利用率高，发电风速低，工作风速区域宽，抗大风能力强，噪音小，适合生态小区内安装。风轮部分采用5叶片，层流翼型，升阻比高，性能优良。叶片选用玻璃钢纤维，具有内阻尼大、动态特性好、韧性好，使用可靠不变形。风轮与发电机采用柔性连接，运行平稳无震动、噪音小。发电机部分采用超载强轴承，长效润滑无须保养。其转子用永久磁钢制成，所以叶轮旋转带动发电机转子旋转时即产生电能，风力电机有别于普通电机，它是超低速电机，每分钟达到100-400转即能达到设计功率，而这么低的转速用普通的电机是发不出电的。 另外风机还配有避雷针、减震器等安全设施。1）风力发电机技术参数：图3-2 风力发电机结构示意图考虑生态城当地风速、负荷及安装环境有情因素。建议选择如下：表3-2风力发电机技术参数表起动风速2（m/s）额定风速12（m/s）切入风速2.5（m/s）额定电压48V（DCV）额定功率1000（W）最大功率1200（W）风叶直径1.8（m）风叶数量5（pcs）安全风速60（m/s）整机重量27（kg）大风保护泄荷及电磁制动电机最高温升额定负载 85工作温度-20至40图3-3风力发电机实物图3.2.3 逆变器并网逆变器是风力发电并网发电系统的核心组成部分，它将风力发电系统发出的直流电能转化为交流电能馈入营业厅的配电母线。风力发电机组设计容量：5kW 光伏逆变器：采用额定功率为2.5kW效率达到97.7%的SMA小型型逆变器SMC WB 2500产品3台。单台逆变器，尺寸 440x299x214；重量25千克。其内部安装显示屏以显示数据，也可以通过标准通讯接口（RS232和RS485）、电力载波或无线数据传输方式等对风力发电系统进行监控、诊断、数据显示、存储和远程维护等。接线方式如下：图3-4风力发电系统联网接线图3.3 风力发电系统安装环境1）气候因素由于风力发电受环境、气候等影响非常大，因此要根据当地平均风速和风力发电机组输出功率特性曲线来确定，保证风力发电机组接近满负荷运行的时间在2 000小时年左右。风力发电机功率曲线图如下：图3-5风力发电机功率曲线图因此风力发电系统安装地点年平均风速不宜低于3.0m/s,该条件下能满足风力发电一定经济性。此外，出于对风机使用寿命考虑，安装地点不宜经常发生风速与风向的剧烈变化。如果当地风速频率分布曲线越平稳越佳，有利于用户对电能充分利用。2）安装地点风力发电机的塔架尽可能的高，因为离地面越高，风速越大，气流更平稳。在平坦的地区，风机的推荐安装高度不低于8m。树木及各类建筑对气流会形成障碍，气流在这些障碍的前方与后方均会形成一个滞缓而紊乱的紊流区域，应该避免将风机装在这类区域内。塔架高度至少要比100m内的最高障碍物高出2m。项目中风力发电机可安装在营业厅屋顶或营业厅周围。分两排，每排三台为宜。风机间距应大于10m。4. 储能系统建设方案4.1 蓄电池选购建议电力系统蓄能技术主要有抽水蓄能、压缩空气、飞轮蓄能、超导蓄能、超级电容、铅酸电池、锂电池、钠硫电池、液硫电池等方式。随着智能电网、微网技术的发展，制热、制氢、制冷等新储能方式亦在一些实验项目中出现。各种储能技术在其能量密度和功率密度方面均具有不同的表现，同时电力系统对储能系统不同应用提出了不同的技术要求，很少能有一种储能技术可以完全满足在电力系统中的各种应用，因此，必须兼顾双方需要求，选择匹配的储能方式。目前比较典型的几种储能方式应用在光伏并网发电中的特性对比如下表所示：表4-1 各种储能方式特性对比综合比较各种储能类型在新能源分布式发电领域的应用特点，锂离子电池和铅酸电池在应用成熟度和能量效率等方面，均比较适合本项目的设计要求，而且考虑到场地因素的制约，电池宜选用能量密度比较高的锂电池或者应用成熟度比较高的铅酸电池。其中，目前应用较为成熟的锂离子电池有磷酸铁锂电池、钴酸锂电池和锰酸锂等。磷酸铁锂电池相对于其他锂电池，虽然能量密度相对较低，但安全性和耐高温性能较好，造价也比其他锂电池低。因此，建议本项目采用的方案有：磷酸锂离子电池、铅酸电池、铅酸+锂电等方案，目前铅酸电池的主流单体电压为2V和12V。4.2 蓄电池组及逆变器4.2.1储能作用该方案中储能的作用为削峰填谷，在分布式电源出力过剩时，对储能充电，在分布式电源出力不足时储能放电。4.2.2储能容量计算及蓄电池选型在智能营业厅的方案中，将采用削峰填谷策略，根据这一策略进行储能容量的配置，具体结论如下：将风机5kW，光伏30kW，负荷15kW，结合其出力或负荷特性进行分析，得到储能功率约为15kW，容量为15kW4h。所以，储能系统电池组部分根据容量需求为15kW*4h,并联的电压母线为400V，推荐选择的方案有：表4-2 蓄电池方案选型表序号电池单体容量、型号尺寸(mm)数量（单位：节）备注方案一国产12V 150Ah483*170*241（单体）68铅酸方案二国产 2V 150Ah172*102*228（单体）400铅酸方案三韩国友邦 2V 500Ah272*202*328（单体）48铅酸方案四日立LL1500W-8（铅酸）日立KL90-8A（锂电）5600*1200*1550（总体）800*700*1600（总体）7220铅酸+锂电（三层摆放）、价格偏高4.2.3储能逆变器选型根据蓄电池组确定选型后，其配合的逆变器采用3台每台额定容量为5kW的双向并网逆变器。推荐的逆变器选型和相关参数如下表。表4-3 逆变器方案选型序号单台逆变器型号、容量尺寸(mm)数量备注方案一SMA-SI5048-5kW467*235*6123方案二特雷斯-TLS5100-3kW442*380*1106以下以浙江特雷斯厂家逆变器技术参数为例，其具体参数如下：表4-4 特雷斯逆变器技术参数序号参数描述额定值1额定交流功率3000W2绝对最大电压范围0500V（额定360）3最大功率跟踪电压范围100500V（额定360）4额定频率（Hz）50/605功率因数16最大交流电流157最大电流失真在正弦波和额定功率时3.5% THD8最大效率（%）979待机功耗250mW10工作环境温度-25+60度11外壳防护等级IP65/NEMA 4X12通信接口RS232 图4-1 浙江特雷斯电子逆变器外观4.3 储能装置的接入和安装4.3.1储能装置安装的原则- 蓄能电池接入地点一般选择离重要负荷电气距离近；- 便于安装和维护的地方；- 选择具有公共安全隐患的电池组时，应远离人群、建筑集中的地方。4.3.2设备及接入方案结合智能营业厅的电气负荷分布和建筑条件，选择将储能设备安装在营业厅的顶层靠近外墙的设备间。储能电池通过逆变器接入微网0.4kV母线上。储能电池柜采用30kWh电池柜2个，规格为：2.2m0.81.2m，总重量约1500kg。4.3.3土建条件l- 墙壁需三面加厚、一面泄力，泄力墙向楼外；- 楼板应有较强的承重能力；l- 远离生活区，设备噪音65分贝；l- 除变电站一般要求外，室外安放沙箱；l- 工作环境10-40之间为宜；l- 与墙面距离1m左右（调试、检修和通风）；l- 湿度、污秽等级、信号干扰等方面按电站一般要求。- 地板承重要求：大约4.4 储能充放电控制系统控制方式分为有 “就地控制”或“远方控制”。“就地控制”在柜体的操作面板上完成，“远方控制”通过上位机按照通讯规约下达控制指令来完成，其中“就地控制”具有较高的优先级。运行模式有“并网运行”模式和“离网运行”模式。其中“并网运行”模式分为并网充电状态、并网放电状态、待机状态、故障状态和紧急停机状态五种工作状态；“离网运行”模式有独立逆变状态、待机状态、故障状态和紧急停机状态四种工作状态。两种运行模式及对应的工作状态描述如下：图4-2 运行模式及对应的工作状态示意图4.4.1并网运行模式：变流器与电网相连，从电网吸收或向电网释放能量。1） 并网充电状态并网充电状态是指系统的交流侧与电网交流母线连接，直流侧与蓄电池相连，且根据电池的荷电状态，通过外接交流母线吸收有功对蓄电池进行充电；并能根据电网需要提供动态无功。装置上电且被设置为“并网充电状态”时，系统将用默认充电策略和充电参数对蓄电池进行充电，用户可以在设备面板上或上位机上通过“就地控制”或“远程控制”的方式修改充电参数（电流、电压）。并网充电控制策略分为预充、快充、均充和浮充四个阶段，充电策略由GES-100根据电池当前的荷电状态自动选择，充电参数可由用户根据蓄电池厂家提供的技术参数进行修改。系统的运行状态由并网放电状态、待机状态等其它状态转为并网充电状态时，均由系统自动判别需要采用的充电策略：当蓄电池长期不用导致电压过低时（低于U1），将首先进入“预充”阶段，按照小电流恒流充电；当蓄电池电压高于U2且低于U3时，自动进入“快充”阶段，按照0.1C进行大电流恒流限压充电；当蓄电池电压高于U3时，自动进入“均充”阶段，按照恒压限流方式进行充电；在“均充”阶段，当充电电流低于某个小电流定值时，自动进入“浮充阶段”，按照小电流进行恒流限压充电。当浮充过程达到设定时间时，电池充满，自动转入待机状态。以上默认的充电控制参数允许用户根据蓄电池厂家提供的技术参数通过本地或者远程的方式进行修改。2）并网放电状态并网充电状态是指系统的直流侧与蓄电池相连，交流侧与电网交流母线连接，根据电网需要，按照主控给定的功率和功率因数，将蓄电池能量逆变送往外接交流母线的过程。并网放电控制策略有“蓄电池恒流放电”和“交流侧恒功率放电”两种，用户根据需要通过就地或远程设置进行选择。在并网放电状态下，按默认的放电策略和放电参数进行放电，用户可在就地通过液晶面板或远程通过上位机修改参数，放电电流不得超过预设的定值，放电功率不得超过100kW。并网放电状态下，GES-100的放电策略和放电电流/功率可以通过就地控制或远程控制实时进行修改。4.4.2 离网运行模式：变流器与电网断开，独立与负载相连，为负载提供电能。离网运行模式的正常工作模式为独立逆变状态，它是指GES-100外接的交流母线与电网断开，其作为恒压/恒频的交流电源外接入交流母线，根据负载需要以及蓄电池的荷电状态，按照主控的指令独立为交流母线上接入的负载供电的状态。独立逆变状态控制方式有“就地控制”方式和“远方控制”两种，“就地控制”方式下，根据控制人员事先设定的电压和频率参数，自动恒压、恒频运行；“远方控制”方式下，接收上位机的控制指令，实时设定输出的电压/频率值 。4.4.3 并网模式与离网模式共同的工作状态1）待机状态待机状态是指准备进入工作状态或某一工作状态完成之后的热备用状态。初始上电时，当检测到直流侧和交流侧均已准备就绪，且蓄电池达到工作条件时，进入待机状态，准备接收运行模式及工作状态控制指令，控制指令可以通过面板上的液晶屏就地设置，也可以通过远程的上位机发送。系统在以下几种情况下将处于待机状态：其他工作状态没有被选定，自动进入待机状态；被设置为并网充电的工作状态，蓄电池充满以后；被设置为并网放电或独立逆变工作状态，蓄电池放电终止以后；处于可恢复的故障状态（如过温）时，在一定的恢复时间内，设备进入待机状态。当达到故障恢复时间并判断故障已清除后，设备重新进入设定的工作状态。2）故障状态故障状态是一种特殊的待机状态的形式，特点在于系统可根据检测到电压、电流、温度、开入开出等状态信号异常而自动封锁脉冲停机，从而保证设备及人身安全。根据故障严重程度不同，将故障分为可恢复故障和不可恢复故障两类。将分别采取手动或自动复位措施后方可重新运行。可恢复故障发生后系统将持续监测故障是否消除，如果故障未消除，则保持故障状态；如果故障消除，满足一定延时及安全判据后，重新转入故障前工作状态。对于不可恢复故障，则需要人为干预，通过液晶“就地控制”或上位机“远程控制”，先确认清除故障标志，再开机。若故障依然存在，变流器进入保护程序，必须由专业人员维修后重新使用。3）紧急停机状态紧急停机（Emergency Stop）状态是指在紧急状态下，人为干预控制变流器停机，此时系统将立即封锁脉冲，同时断开直流侧和交流侧的接触器，但此情况并非设备一定有故障。当设备正常工作时，按下面板上的红色紧急停机按钮时，立刻停机。若在紧急停机后，需要再次开机，必须先弹开紧急停机按钮，再通过液晶关机清除紧急停机保护程序，再通过液晶开机，机器才能正常工作。若没有关机确认清除紧急停机保护程序，直接按开机，机器没有反应属正常情况。4.4.4 状态切换初始上电时，控制系统将完成自检，以验证控制和传感器系统完整，监控和保护功能正常启动，接触器、开关处于正常位置，并且蓄电池状态正常。系统从并网运行模式转换为离网运行模式，或由离网运行模式转换为并网运行模式时，需要首先进入待机状态，然后进行状态切换。在并网运行模式下：并网充电和并网放电状态之间可以根据控制指令直接进行切换，不需要进入待机状态。并网充电状态下，蓄电池完成四个阶段的充电过程后，自动进入待机状态，等待放电指令。并网放电状态下，蓄电池电压达到放电终止电压（低电压），如果控制指令允许，系统将自动转到并网充电状态，否则进入待机状态。5. 微网系统运行控制方案后台微网能量管理系统5.1 微网系统架构以太网TCP/IP微网综合控制器以太网TCP/IP以太网TCP/IP智能模式控制器智能模式控制器智能模式控制器RS48总线RS48总线RS48总线RS48总线无功补偿智能电表市电并网智能电表光伏智能电表风力智能电表储能智能电表储能并网逆变器风力发电逆变器光伏发电逆变器重要负荷智能电表少量动力智能电表照明负荷智能电表图5-1 微网网络结构示意构图光伏逆变器、风力发电机、蓄电池逆变器均有相应的模式控制器实现就地控制；配置的智能电力表采集电量信息，利用RS485总线Modbus RTU协议将实时数据上传至智能模式控制器；智能模式控制器一方面循环采集智能电表数据、逆变器数据、母线运行、二次设备保护信息实时数据等，并实时将所采集数据利用以太网上传到微网综合控制器，另一方面接收微网综合控制器通过以太网TCP/IP协议下发的微网控制策略指令信息，解析指令信息获取控制指令，控制所连接的接触器、断路器、二次设备保护装置等执行单元进行响应动作；微网综合控制器一方面接收所连接的各个智能模式控制器上传数据，整理数据，并根据预先设定的微网控制策略进行逻辑判断，得到微网控制判据执行指令后，返回控制指令给相应智能模式控制器，另一方面，采用以太网接入微网能量管理系统，利用TCP/IP协议上传微网实时数据给后台微网能量管理系统。后台微网能量管理系统为一台嵌入控制屏的服务器主机兼操作员站，同时可作为数据库服务器，是微网能量管理系统的主要人机界面，能全面监视整个微网设备的运行情况，实时分析微网的运行情况并实时更新计算整个微网优化、经济运行结果，也能满足运行人员操作时直观、便捷、安全、可靠的需要，同时实现微网重要数据的实时存储，同时也预留以太网连接配电调度中心。根据以上设计方案，推荐所用硬件平台的清单为：表5-1微网系统设备清单序号名称型号数量备注1能量管理系统服务器主机服务器1台2能量管理系统显示屏液晶显示屏（带触摸屏）1套3以太网交换机TLink2台4微网综合控制器CPU模块、以太网模块、电源模块、触摸屏1台5智能模式控制器带HMI液晶显示、以太网模块7套6智能电表7块7空气开关10个8市电并网-孤岛保护装置1套9交流母线保护装置1套10蓄电池检测、保护装置1套11以太网电缆鼎志,网线，超五类,4对屏蔽双绞线（305米/箱）2箱12电源线帝诚RVV21.0400米13控制线KVV-3*1.5mm2400米14控制柜2套15报表打印机1套16UPS国产1台17接线插座公牛5米5个18无功补偿装置2套19并网准同期装置1套20交流滤波装置3套21隔离变压器3台微网系统架构硬件实际系统物理接线图如下图5-2 微网网络硬件物理连接示意构图5.2 微网运行方式微网运行方式大体上成为两大类：并网运行模式和孤岛运行模式。其中并网运行模式分为双电源模式、三电源模式、四电源模式；孤岛运行模式分为单电源模式、双电源模式、三电源模式。5.2.1并网模式并网运行模式中，由于市电进入微网，微网内部分布式电源出力对市电配电网的贡献微乎其微，因此整个微网的频率由配电网来维持，微网只需要通过管理无功来保证微网内部的电压质量，实现无功功率的就地平衡。因此，在并网运行时，智能模式控制器通过调节各分布式电源、无功补偿器等设备，保证电压在合格范围内。并网运行模式中双电源模式，主要有市电+蓄电池，市电+光伏，市电+风力；三电源模式主要有市电+蓄电池+光伏，市电+蓄电池+风力，市电+光伏+风力；四电源模式主要有市电+蓄电池+风力+光伏。5.2.2孤岛模式孤岛运行模式中，微网要保证其频率时刻保持在规定范围内。微网在孤岛状态下以蓄电池储能系统作为主要的调频手段。在必要的情况下（如负荷高峰期分布式电源出力不足同时储能剩余容量不足的情况），可采取必要的切负荷策略。在切除负荷时按负荷重要程度，先切除非重要的负荷再切重要负荷。如果频率下降到允许的最低限值，则继续切除剩余部分负荷，保证在离网期间最重要负荷供电的可靠性和供电质量。在分布式电源恢复出力，微网频率上升之后，则恢复部分已切除的负荷，如果所有的负荷均投入频率依旧过高，则采用切除分布式电源的措施或调整分布式电源出力。孤岛运行模式中单电源模式主要有蓄电池、光伏、风电；双电源模式主要有蓄电池+光伏、蓄电池+风电；三电源模式主要有蓄电池+光伏+风电5.2.3微网运行切换1)并网运行孤岛运行当市电系统出现故障或者频率下降超出标准时，微网从并网运行模式解列为孤岛运行模式；同时进入孤岛运行模式，按照孤岛运行模式利用蓄电池稳压稳频。 2)孤岛运行并网运行当孤岛运行模式并网时，先切断光伏、风电系统，调节蓄电池频率和电压，利用准同期装置并入市电电网，待稳定后再利用准同期装置将太阳能光伏、风电依次并入交流母线。5.3智能模式控制器智能模式控制器是微网系统中重要的数据采集和指令执行装置；智能模式控制器一方面循环采集智能电表数据、逆变器数据、母线运行数据、二次设备保护装置数据等，并实时将所采集数据利用以太网上传到微网综合控制器，另一方面接收微网综合控制器通过以太网TCP/IP协议下发的微网控制策略指令信息，解析指令信息获取控制指令，指挥所连接的接触器、断路器、二次设备保护装置等执行单元进行响应动作；其中数据采集部分，是智能模式控制器的重要内容，主要有：5.3.1智能电表单块智能电表可以上传智能模式控制器的信息，主要有：1） 采集信息序号项目测量内容1实时测量值电流（每相，中性线，三相）、电压（线对线，线对地，三相）、有功功率（每相，三相）、无功功率（每相，三相）、视在功率（每相，三相）、功率因素（每相，三相）、频率、温度（内部环境）、THD总谐波畸变(电流和电压)2电力分析转换功率因素（每相，三相）、基波电压（每相）、基波电流（每相）、基波有功功率（每相）、基波无功功率（每相）、不平衡量（电压，电流）、相序、谐波幅值和相角（每相）、序列组成3电能读数积累有功电能、积累无功电能、积累视在电能、双向读数、四象限无功电能、增量电能、条件电能4需用读数需用电流（单相瞬时，三相平均）、平均功率因素（三相总）、需用有功功率（单相瞬时，峰值）、需用无功功率（单相瞬时，峰值）、需用视在功率（单相瞬时，峰值）、事故记录读数、预测需用功率 2）采集接口标准RS485通信接口，支持Modbus RTU和JBUS远程通信规约，支持串口通信波特率为9600，19200，38400。5.3.2光伏电源、逆变器光伏电源、逆变器可以上传智能模式控制器的信息，主要有：1） 采集信息序号项目光伏电源、逆变器测量内容1模拟量信息直流侧电压、电流；交流侧三相电压、电流、有功、无功2开关量信息直流