海岛型微电网项目典型案例初设方案

某驻地海岛型某驻地海岛型 微电网项目典型案例初设方案微电网项目典型案例初设方案 (风、光、柴、储风、光、柴、储) 目 录 一、一、项目背景项目背景.- 1 - 二、二、整体建设方案整体建设方案.- 2 - 2.1 光伏发电系统 .- 4 - 2.1.1 组件倾角设计.- 4 - 2.1.2 太阳能电池阵列设计.- 4 - 2.1.3 太阳能光伏方阵直流防雷汇流箱设计.- 6 - 2.1.4 直流配电柜设计.- 7 - 2.1.5 太阳能光伏并网逆变器的选择.- 8 - 2.1.6 光伏系统防雷接地装置.- 10 - 2.1.7 光伏施工组织设计.- 11 - 2.2 风力发电系统 .- 12 - 2.2.1 风力发电系统描述.- 12 - 2.2.2 风机主体选型.- 13 - 2.2.3 风机技术参数表.- 14 - 2.2.4 风机逆变器技术设计.- 15 - 2.2.5 风机控制器功能设计.- 16 - 2.2.6 风机防雷设计.- 19 - 2.2.7 地面风机的安装选型.- 19 - 2.3 柴油机供电系统 .- 22 - 2.3.1 柴油机的基本参数.- 22 - 2.3.2 柴油机的基本参数.- 22 - 2.4 储能系统 .- 23 - 2.4.1 储能系统总体描述.- 23 - 2.4.2 100kW 双向智能控制成套装置(PCS).- 27 - 2.4.3 储能监控.- 33 - 2.5 微电网控制管理中心 .- 34 - 2.5.1 微电网控制管理中心系统概述.- 34 - 一、一、项目背景项目背景 微电网是指将一定区域内分散的小型发电单元（分布式电源）、储能装置 以及当地负荷组织起来形成的配用电系统。它可以与常规电网并网运行，也可 以独立运行。孤岛微电网是指仅具备独立运行功能的微电网，例如对偏远地区 或者海岛供电的微电网。 孤岛系统通常远离陆地并且岛屿面积也比较小，长期柴油运输和消耗费用 制约了传统系统的发展；另一方面，由于一次能源日益枯竭和人类生存环境日 益恶化世界各国都把开发新的可再生能源作为能源发展的方向。孤立岛屿传统 采用柴油机自给自足供电，近几年来发电量越来越难满足用户要求。 现以海南岛某驻地为项目实施地点，对海岛型微电网系统进行优化设计。 海南岛位于中国最南端，北隔琼州海峡与广东相望，南临广阔的南海，地 处热带，位于东经1083711105，北纬18102010之间，与 美国夏威夷处在相近纬度。海南是中国最具热带海洋气候特色的地方，全年暖 热，雨量充沛，干湿季节明显，常风较大，热带风暴和台风频繁，气候资源多 样。海南岛年太阳总辐射量约 110-140千卡/平方厘米，年日照时数为1750至 2650小时，光照率为50- 60%。 根据该岛的地形地貌和自然条件加之用电增长预测，不得不采用一种更为 经济的发电方式。而在众多可再生能源技术开发中潜力最大、最具开发价值的 是风能和太阳能，它们是一种取之不尽，用之不竭的可再生能源。风- 光- 柴- 蓄混合互补发电系统由风力发电单元、太阳能发电单元、蓄电池充放电单元和 柴油发电机组成。配置的主要目标是，满足孤立岛屿72h用电的同时要求发电效 率高，系统运行成本低。其优化配置思想就是从一系列混合电源配置方案中找 出一种最为理想的配置，该配置能尽可能多地利用太阳能和风能，减少柴油机 的运行，提高整个系统的发电量。 图 1-1 海南岛航空全景图 二、二、整体建设方案整体建设方案 海南岛海岛型微电网建设项目，设计负荷容量不小于 10kWh，负荷类型为 单相负荷和三相负荷混合用电接入。按当地最小日照辐射量的日照时数，和年 平均风速建设当地工程方案如下： 结合驻地建设特点，利用屋顶和坡地建设发电峰值容量 50kWp 的光伏发电系统 2 套； 沿驻地周围一侧布置安装具有微风启动、轻风发电特点的 5kW 小型风力发电系统 6 台，形成安装容量为 30kW 的小型风力发电系统， 连同充电站屋顶光伏发电系统一起接入充电站供电网络； 为保证系统连续供电的可靠性，配置 30kW 的电启动电子调节阀 门柴油发电系统，作为冷后备电源，可一键启动也可在交流母线失电 后自动启动； 该项目配置 100kW PCS，600kWh 磷酸铁锂储能系统接入海岛型 微电网系统； 部署包含了二次测控保护、通讯与数据采集在内的设备和微电 网集中管理系统，实现孤岛微电网供电网络的协调运行，最终建成一 个包含风、光、柴、储、微一体的智能化供电系统，利用微电网的实 时调度与控制实现整个系统的高效、安全运转。 在完全没有大电网接入的情况下，规划了风、光、柴、储一体的孤岛型微 网系统的一次接线布置方案，如图 2-1 所示。 图 2-1 风光柴储一体化海岛型微电网电网一次系统设计展示图 由图 2-1 可以看出该系统的配置解析如下： 分布能源(50kW 光伏发电 2 套、600kWh 储能 1 套、30kW 柴油发 电系统 1 套、15kW 风力发电系统 2 套)通过三相并网设备接入交流母 线；潮汐发电系统和海浪发电系统作为二期建设项目，其容量待定； 单相负荷为洗衣机、空调、冰箱、照明等生活用设备，三相负 荷有海水淡化系统等，日负荷平均用电量约为 10kW； 由于储能电池容量太大，所以风光柴的容量设计的远比用户实 际负荷大，这样才能保证短时间内把储能系统充满，以应对海上的极 端天气。 2.1 光伏发电系统光伏发电系统 该驻地规划 2 套光伏发电峰值容量为 100kWp，根据现在光伏技术的发 展情况，可采用单晶硅光伏组件，经三相逆变器直接接入 380V 母线。2 套 50kWp 光伏板总占地面积约 1000 平方米。 2.1.12.1.1 组件倾角设计组件倾角设计 为使光伏阵列最有效地接受太阳能辐射能量，确定光伏阵列安装的方位角 和倾角非常重要。 图 2-2 以海口市为例的地区年度月辐射情况 上图为辐射量统计框图，根据当地太阳辐射量数据和当地经纬度，光伏组 件的方位角取正南方向，由设计软件得倾角设计为 15。 2.1.22.1.2 太阳能电池阵列设计太阳能电池阵列设计 1) 太阳能光伏组件选型 采用单晶硅光伏电池组件 DSPV800-240WP。太阳能光伏组件该光伏板在出厂 时已经进行过防盐雾工艺处理，可适应内地及沿海地区使用。其主要技术参数 见表 2-1，组件的安装尺寸见图 2-3。 表 2-1 DSPV800-200WP太阳能电池组件性能参数表 组件参数 最大额定功率 Wp 200 功率公差 % 3 最大功率时电压 V 37.80 组件转化效率 % 15.64 最大功率时电流 A 5.30 开路电压温度系数 %/ -0.35 开路电压 V 45.80 功率温度系数 %/ -0.45 短路电流 A 5.68 短路电流温度系数 %/ 0.05 系统最大电压 V 1000 标准组件发电条件 462 长*宽*厚 mm 1581*809*40 2) 太阳能光伏组件串并联方案 本方案采用 DMPV-S7/50K3 型号的并网逆变器，50kW 并网逆变器的直流工 作电压范围为：450Vdc820Vdc，为防止温度的变化导致直流输入电压的变化， 一般取最佳直流电压工作点为电压范围的中间值考虑，以取最佳工作电压为 600Vdc 考虑。 太阳能光伏组件串联的组件数量： S N Ns=600/37.80.516。 单列串联功率：P P=16200Wp=3200 Wp。 单台 50kW 逆变器需要配置太阳能电池组件单列并联的数量：Np Ns=50000/320016。 太阳能光伏电伏阵列单元设计为 17 列支路并联，共计 256 块太阳能50 p kW 电池组件，实际功率达到 51.2kWp。 考虑光伏电池板的一致性，单支路光伏阵列的工作电压为 600V,单支路光 伏阵列的开路电压为 732.8V。从逆变器的输入范围和整个回路的绝缘水平来说， 器件的选型和计算符合工程实际要求。 3)太阳能光伏阵列的布置 光伏电池组件阵列间距设计 为了避免阵列之间遮阴,光伏电池组件阵列间距应不小于:D )sin399 . 0 cos648 . 0 (arcsin( 707 . 0 Tan H D 式中为当地地理纬度(在北半球为正，南半球为负)，为阵列前排最高H 点与后排组件最低位置的高度差）。 根据上式计算，求得： mmD1560 实际工程应用时取光伏电池组件前后排阵列间距1.56米。 具体光伏阵列示意图如图2-3所示。 3162 15 790.5 3162 15 790.5 1560 图2-3 光伏组件间距设计参考 总占地面积计算 太阳能 50Wp 光发电场由 16 组并列太阳能光伏阵列构成，前后排阵列间 距 1.56 米。占地面积约 530 平方米。 4) 土建设计 方阵支架基础考虑顶棚的结构强度和防腐蚀性，采用全钢架结 构设计，钢架结构全部采用冷镀锌处理钢材。 采用屋顶或坡地安装结构，无需安装防护栏； 工程实施时，考虑安装防直接雷的措施，安装接闪器，接闪器 的设计方法采用滚球半径法。 2.1.32.1.3 太阳能光伏方阵直流防雷汇流箱设计太阳能光伏方阵直流防雷汇流箱设计 如图 2-4 所示，光伏阵列防雷汇流箱具有以下特点： 满足室外安装的使用要求； 同时可接入 6 路太阳电池串列，每路电流最大可达 10A； 接入最大光伏串列的开路电压值可达 DC900V； 熔断器的耐压值不小于 DC1000V； 每路光伏串列具有二极管防反保护功能； 配有光伏专用高压防雷器，正极负极都具备防雷功能； 采用正负极分别串联的四极断路器提高直流耐压值，可承受的 直流电压值不小于 DC1000V。 图 2-4 光伏阵列防雷汇流箱 按照每 6 个太阳电池串列单元需要配置 1 台光伏方阵防雷汇流箱，50kW 并 网逆变器需配置 3 个汇流箱。实际应用时，可考虑防雷汇流箱按 4 个支路输入 进行设计，因此工程应用配备 4 个直流汇流箱即可。 2.1.42.1.4 直流配电柜设计直流配电柜设计 每台直流配电柜按照 50kWp 的直流配电单元进行设计。每个直流配电单 元可按接入 6 路光伏方阵防雷汇流箱设计，每台直流配电柜分别接入 1 台 50kW 逆变器，如下图所示： 图 2-5 光伏阵列直流配电柜 实际应用时，直流配电柜可按接入 4 个直流汇流箱考虑。 2.1.52.1.5 太阳能光伏并网逆变器的选择太阳能光伏并网逆变器的选择 此太阳能光伏并网发电系统设计为 50kWp 的光伏并网发电单元，并网发电 单元需要 1 台容量为 50kW 的光伏并网逆变器。选用性能可靠、效率高、可进行 多机并联的逆变设备，本方案选用额定容量为 50kW 的逆变器，主要技术参数列 于下表： 表 2-2 50kW 并网逆变器性能参数表 容 量 50kW 隔离方式工频变压器 最大太阳电池阵列功率 55kWp 最大阵列开路电压 880Vdc 太阳电池最大功率点跟踪（MPPT）范围450Vdc820Vdc 最大阵列输入电流 130A MPPT 精度99 额定交流输出功率 50kW 总电流波形畸变率0.99 效率 96% 允许电网电压范围（三相）38010% 允许电网频率范围 500.02 Hz 夜间自耗电30 保护功能 极性反接保护、短路保护、孤岛效应保护、过热 保护、过载保护、接地保护、欠压及过压保护等 通讯接口（选配）RS485 或以太网 使用环境温度2555 使用环境湿度095%,不结露 尺寸（深宽高）mm600*720*1085 噪音 50dB 防护等级IP20（室内） 电网监控按照 UL1741 标准 电磁兼容性EN50081,part1；EN50082,part1 电网干扰 EN61000-3-4 性能特点性能特点 选用光伏并网逆变器采用 32 位专用 DSP 控制芯片，主电路采用先进的智能 功率 IPM 模块组装，运用电流控制型 PWM 有源逆变技术和优质进口高效隔离变 压器，可靠性高，保护功能齐全，且具有电网侧高功率因数正弦波电流、无谐 波污染供电等特点。该并网逆变器的主要技术性能特点如下： 采用 32 位 DSP 芯片进行控制； 采用智能功率模块（IPM） ； 太阳电池组件最大功率跟踪技术(MPPT)； 50Hz 工频隔离变压器，实现光伏阵列和电网之间的相互隔离； 具有直流输入手动分断开关，交流电网手动分断开关，紧急停 机操作开关。 有先进的孤岛效应检测方案； 有过载、短路、电网异常等故障保护及告警功能； 直流输入电压范围(450V820V)，整机效率高达 95%以上； 人性化的 LCD 液晶界面，通过按键操作，液晶显示屏(LCD)，可 清晰显示实时各项运行数据，实时故障数据，历史故障数据（大于 50 条） ，总发电量数据，历史发电量（按月、按年查询）数据。 逆变器支持按照群控模式运行，并具有完善的监控功能； 可提供包括 RS485 或 Ethernet（以太网）远程通讯接口。其中 RS485 遵循 Modbus 通讯协议；Ethernet（以太网）接口支持 TCP/IP 协 议 ，支持动态(DHCP)或静态获取 IP 地址； 逆变器具有 CE 认证资质部门出具的 CE 安全证书。 电路结构电路结构 50kW 并网逆变器主电路的拓扑结构如图 3-8 所示，并网逆变电源通过三相 全桥变换器，将光伏阵列的直流电压变换为高频的三相斩波电压，并通过滤波 器滤波变成正弦波电压接着通过三相变压器隔离升压后并入电网发电。为了使 光伏阵列以最大功率发电，在直流侧加入了先进的 MPPT 算法。 三 三 三 三 三 三 三 三 图 2-6 逆变器主电路结构 2.1.62.1.6 光伏系统防雷接地装置光伏系统防雷接地装置 为了保证本工程光伏并网发电系统安全可靠，防止因雷击、浪涌等外在因 素导致系统器件的损坏等情况发生，系统的防雷接地装置必不可少。 接地线 接地线是避雷、防雷的关键，在进行配电室基础建设和太阳电池方阵基础 建设的同时，选择接地扁钢，添加降阻剂并引出地线，引出线采用 35mm2 铜芯 电缆，接地电阻应小于 4 欧姆。 直流侧防雷措施 电池支架应保证良好的接地，太阳能电池阵列连接电缆接入光伏阵列防雷 汇流箱，汇流箱内含高压防雷器保护装置，电池阵列汇流后再接入直流防雷配 电柜，经过多级防雷装置可有效地避免雷击导致设备的损坏。 交流侧防雷措施 每台逆变器的交流输出经交流防雷柜（内含防雷保护装置）接入电网，可 有效地避免雷击和电网浪涌导致设备的损坏，所有的机柜要有良好的接地。 防直接雷 整个系统应具有防直接雷的措施，原则上一般安装外部接闪器作为防直 接雷的首选设备。该设备防止外部雷击直接击坏相关设备。 2.1.72.1.7 光伏施工组织设计光伏施工组织设计 （1） 施工条件 拟建的 50kWP太阳能光伏并网发电系统位于屋顶或坡地，工程施工地 势开阔为良好的施工场地。 本工程推荐方案计划安装太阳能光伏组件 256 块，总装机容量 51.2kWp。基本布置为 1 个光伏阵列，施工特点为单体光伏阵列分散进行。 （2） 工程占地 本期工程占地为国有岛屿建设用地，无需额外征用土地。 （3） 主体工程施工 主体工程为光伏阵列基础施工。施工需架设模板、绑扎钢筋并浇筑混凝土， 混凝土在施工中经常测量，以保证整体阵列的水平、间距精度。施工结束后混 凝土表面必须立即遮盖并洒水养护，防止表面出现开裂。一般情况尽量避免冬 季施工。施工过程中，待混凝土强度达到 28 天龄期以上方可进行安装。 （4） 太阳能光伏阵列安装 施工准备 安装支架运至相应的阵列基础位置，太阳能光伏组件运至相应的基础位置。 阵列支架安装 支架分为基础底梁、立柱、加强支撑、斜立柱。支架按照安装图纸要 求，采用镀锌螺栓连接。安装完成整体调整支架水平后紧固螺栓。 太阳能电池组件安装 细心打开组件包装，禁止单片组件叠摞，轻拿轻放防止表面划伤，用 螺栓紧固至支架上后调整水平，拧紧螺栓。 （7） 施工总体进度 依据项目实施计划，从项目开始实施之日起，3 个月左右工程实施完 毕，并并网发电。 2.2 风力发电系统风力发电系统 2.2.12.2.1 风力发电系统描述风力发电系统描述 根据整体规划，在该驻地安排总容量为 30kW 的风机。海口年平均风速为 2.23 m/s(全年数据参见表 2-3。由于该驻地靠近沿海，周围无任何遮挡物，因此 风速会略高于西安平均风速。平均风速以 3.0m/s 计，3.020.0m/s 有效风能利用 小时数在 2700 小时以上。 表 2-3 海口全年平均风速统计表(国际通用卫星数据库得到以下气象信息) 月份风速大气压力月平均温度 (米/秒) (KPa)() 一月 2.2101.4918.2 二月 2.4101.3219.1 三月 2.5101.0421.9 四月 2.5100.7125.5 五月 2.2100.427.7 六月 2.2100.0828.8 七月 2.3100.0529 八月 2100.0628.5 九月 1.9100.4527.5 十月 2.2100.9525.9 十一月 2.2101.323 十二月 2.2101.5619.5 年平均 2.23100.7824.55 可选择启动风速为 2.5m/s 的 5kW 小型风力发电机组，安装数量 6 台，安 装位置设置驻地周围向风处。 小型并网风力发电机系统由风力机、发电机、并网控制器、并网逆变器、 隔离变压器组成。并网控制器由斩波器和泄荷负载组成，起整流和保护作用， 并网逆变器将直流变换成交流输出，并经隔离变压器上网。 图 2-7 小型并网风力发电系统构成 2.2.22.2.2 风机主体选型风机主体选型 风力机的风轮把风能转化为机械能 ，风力机的尾翼作为调向机构 实现 风轮旋转面垂直于风向。 机械能驱动永磁式交流发电机产生交流电。 并网 控制器起整流和保护作用，把不规则的交流电变成直流电。并网逆变器再 将直流电逆变成交流电输出后并入电网。 桨叶桨叶选型选型 优选高升阻比翼型，兼顾宽尖速比和降噪进行气动优化设计，经装机运 行试验和检测，气动效率高于 0.4，噪音低于 65 db。采用兆瓦级风力机桨 叶专用的胶衣树脂和增强玻璃纤维制品制作的桨叶，结构强度高，能保证在 高转速下安全运行。 发电机发电机选型选型 采用强磁材料，优级轴承， F 级绝缘 IP54 防护，按免维护技术设计， 保证使用寿命 30000 小时以上，寿命期内无需解体保养。 风轮风轮选型选型 采用机械离心变桨距机构，风轮不旋转时，桨叶处于易于起动的角度， 风速高于 3m/s，风轮即转动； 411m/s 风速下，风轮旋转桨叶受离心锤作 用，其角度随转速变化，跟踪在利于加速的高升阻比状态，风轮保持高效率 平稳运行；当风速继续增大，风轮转速提高，桨叶在离心锤的作用下，向负 角度转变，迫使风轮恢复并维持在额定转速附近运行，最高转速不超过 360r/min。 塔体塔体选型选型 此类塔体采用多棱形锥度结构，选用优质钢材制作而成，具备牢固地抗 大风能力；外表进行热镀锌防腐工艺处理，外观简洁、美观；占地面积小等 特点。 防腐防腐处理处理 所有外露机件均采取了长效防腐蚀表面处理，保证风力机在露天使用不 锈蚀。 2.2.32.2.3 风机技术参数表风机技术参数表 表 2-4 风机技术参数表 技术参数表技术参数表 额定功率（W） 5000 叶片材料增强玻璃钢 额定风速 m/s) 9 限速方式离心变桨限速 启动风速 m/s) 3 发电机型式永磁三相交流发电机 工作风速(m/s)325塔架高度 (m) 48 安全风速(m/s) 50 停车方式后掠变桨 额定转速 (r/min) 360 主机重量(kg)约 130 风轮直径(m) 4 拉索塔杆重量 (kg) 100 工作电压（v） DC48V/240/AC220V 工作环境(C) -4085 年发电量(KWH) 2000/6000 绝缘等级 F 2.2.42.2.4 风机逆变器风机逆变器技术设计技术设计 逆变器控制功能主要是把通过风机控制器整流的的直流电通过单相全桥 电路进行逆变，将输入的直流电压变换为高频的斩波电压，并通过滤波器滤 波变成正弦波电压接着 通过变压器隔离升压后 电流馈入电网 (如图2-8)。 为了使风力发电机以最大功率发电，逆变器使用了先进的MPPT算法。 图2-8 并网逆变器原理结构示意图 端子定义： RS485：RS485A/B通讯线通过 RS485/RS232转换器和PC机相连。 DC+：直流输入正极端子 ,最多允许两路接入。 DC-：直流输入负极端子，最多允许两路接入。 AC OUTPUT：交流输出L、N和接地端子 待机 在运行后，如果直流侧电流过小 (近似于0A)并保持3分钟后，逆 变器从运行转为待机状态，停止工作。在待机模式下逆变器不断检测小风机 控制器是否有足够的能量并网发电，当直流电压在 20V-40V之间时，逆变器 从待机模式转入运行模式。 运行 在此模式下，逆变器将控制器输出的直流电变换为交流电并入电 网。同时在此模式下逆变电源一直以最大功率点跟踪（MPPT）方式使小风 机输出的能量最大，故并网发电模式一般也称 MPPT模式。 故障 当小风机发电系统出现故障时，逆变电源会停止工作，将交流侧 的接触器立即断开。系统此时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， 5分钟以后重新并网发电。 表 2-5 DMIV-W6/5K 特性参数 连续过载能力 110% 瞬时过载能力130%，20 秒 输入直流电压范围 230400V 并网启动电压(V DC) 180V 额定功率电压点(V DC) 240V 额定交流输出功率 5KW 总电流波形畸变率 0.99 最大效率 94% 欧洲效率 92% 允许电网电压范围（单相）180V260V AC(可设定) 允许电网频率范围4752Hz/5762Hz(可设定) 交流电网接入方法直插式端子 夜间自耗电 10W 噪音 40dB 防护等级 IP65 冷却自然冷却 通讯接口 RS485/Ethemet 使用环境温度 -20+40 尺寸（宽 X 高 X 深） 490385177mm 重量 44kg 2.2.52.2.5 风机控制器功能风机控制器功能设计设计 选用DMEC-5kW型风机并网控制器，其原理如图 2-9所示，基本结构如图 2-10所示，主要有三个功能： (1)将风机输出的单相交流电整流为直流供后级逆变器输入； (2)当风机输出功率过大时，根据内部控制信号，接入功率连续可调（最 大5.5kW）的卸荷负载，消耗多余能量，在不停机的情况下保护系统。 (3)当紧急情况发生或维修等其他用户需要的时候，手动闭合刹车开关， 风机单相输出短路使得风机停机，保护整个系统。 图2-9 风机并网控制器原理图 A B C 手动停机开关 整流器 电子卸荷 负载 5kw 外部刹车信号 风机 图2-10 电子负载控制箱原理结构示意图 当直流电压超过 380V且小于450V时或者输出功率超过 5kW时，系统将输 出卸荷负载控制信号，卸荷负载控制信号共有两级，首先输出1级刹车信号， 当输出1级刹车信号五分钟后，输出 2级刹车信号，可以根据需要选择使用 一级或两级刹车信号，此信号为干结点信号，驱动能力220VAC/1A.。卸荷 负载的接入为与输出功率相对应的反时限保护，即输出功率越高，所需的接 入卸荷负载的保持时间越短。系统发生故障时，也将自动接入卸荷负载以保 护风机和系统。 表2-6 DMEC-5K技术参数 型 号DMEC- 5K 三相交流输入电压范围(线电压)0V-550V 直流输出电压范围0V-780V 卸荷负载最大功率5kW 卸荷负载工作方式功率连续可调（0- 5kW） 尺寸（宽高深）348 x 580 x 248 mm 重量25kg 防水等级IP20 工作环境温度范围-20C - 40C 散热方式风扇散热 2.2.62.2.6 风机防雷设计风机防雷设计 为了运行安全，风机做防雷保护措施。风机机仓和杆塔均是金属质地， 且和电机及线缆间有良好的绝缘。风机采用主体安装防雷针，通过接地线引 入接地网，按目前风机防雷标准，防雷接地电阻要求小于4。并网逆变器 侧也加装防雷接线盒。 图 2-11 风机防雷保护效果示意图 2.2.72.2.7 地面风机的安装选型地面风机的安装选型 根据不同的风机安装环境，方案将选取合理的风机塔杆，风机塔杆的类型 主要有以下 5 种： （1）独立塔杆 图 2-12 独立塔杆示意图 独立杆塔特点：多棱钢管塔杆，特殊防腐，外形美观，牢固，安装方便，占地 面积小。 （2）杠杆式独立塔杆 图 2-13 杠杆式独立塔杆示意图 杠杆式塔杆特点：特殊防腐，便于安装、维护是小型风力机塔杆的首选，适用 于高度在七米以下的塔杆。 （3）桁架式塔杆 图 2-14 桁架式塔杆示意图 桁架式塔杆特点：能拆卸、便于运输、安装，特别适合于交通运输极为不便的 地区或岩石土质的地区。 （4）拉索塔杆 图 2-15 拉索塔杆示意图 拉索塔杆特点：成本低，安装、运输方便，特殊防腐，适合渔船、屋顶等地方 安装使用。 （5）液压塔杆 2-16 液压塔杆示意图 液压塔杆特点：成本低，安装、运输方便。相对轻巧，便于楼顶搬运及安装。 2.3 柴油机供电系统柴油机供电系统 2.3.12.3.1 柴油机的基本参数柴油机的基本参数 输出功率：30kW /37VA； 电流：54A; 缸数：4 缸； 排气量：3.9L； 润滑油容量：11L; 油耗：208g/kwh； 机组重量 800kg。 2.3.22.3.2 柴油机的基本参数柴油机的基本参数 操作简便、设计小巧、结构紧凑，具有极高的性能价格比； 运行稳定性和可靠性高，抗冲击负荷强； 体积小、重量轻、低噪音、维修简单、保养费用低； 拥有高扭矩、低燃料消费、低振动的基本性能。 2.4 储能系统储能系统 2.4.12.4.1 储能系统总体描述储能系统总体描述 1) 设计原则 结合本项目的实际情况，储能系统的设计原则主要包括： 能够改善风能接入质量。 能够改善电能质量，任何单个负荷或分布式发电机的投入和退 出均不能引起电压、频率波动。 在孤岛运行情况下能满足重要负荷持续供电约 80 个小时的供电。 能够存储光伏、风力发电机一天的发电量。 2) 储能系统规划设计 储能功率需求按能够在极度恶劣的天气条件下，10kW 负载不间断供电 72 个小时计算。考虑负载用电的不均衡性，因此配备的储能容量为 600kWh。2 套光伏太阳能按 100kW 计算，每天上午 9下午 5 点按平均 50%发电，同时考 虑天气因素系数按照 0.7 计算，则平均每天的发电量为 100*8*0.5*0.7 = 280kWh，在不带任何负载的条件下，用 2 天半可以把完全放电状态下的储能系 统充满，如果风速风向可以的话 2 天则可把其充满。 充电站配电室储能系统选用 100kW/600kWh 电池储能装置，储能装置包括 电池系统和双向控制装置、工频隔离变压器，输入侧采用工频变压器实现电气 隔离，降低了电池对地绝缘的要求，系统运行更加安全，同时也能更好的匹配 电池组运行电压范围，同时可通过在隔离变压器低压侧通过并联设备来扩展容 量。系统构成如图 2-17 所示。 100kW PCS600kWh储能 图 2-17 储能系统示意图 储能系统用于实现电池与电网间能量双向交换，可工作在蓄电池充电模式 和蓄电池能量回馈电网模式。可采用远程、本地等控制方式，设备具有存储分 时段工作模式功能，当与后台管理系统出现故障时，设备可按照本地存储的分 时段工作模式进行工作。 网侧 AC/DC 功率变换单元采用全控三相高频 SPWM 整流（逆变）模块接入电 网，该模块可四象限运行，既可以从电网吸收有功，也可将电池能量回馈到电 网。具有节能，输入功率因数高，电流谐波畸变率低等特点。 为实现大容量应用，电池一般需要进行分组，因此储能装置需要同时提供 多组电池的充放电管理，本方案 100kW 储能装置可同时提供 12 组蓄电池的充 放电接口，各模块可独立运行，因此可支持电池组的在线更换，即在不影响其 它组电池正常充放电工作的情况下，对其中某组的蓄电池进行更换，在停运某 组运行的过程中还可实现并网功率的基本恒定。 本方案采用多组并联运行，集中监控管理的运行模式。集中监控单元通过 通讯接口与蓄电池组和 AC/DC 模块进行接口，可实现“遥测、遥信、遥控、遥 调”等功能。 A. 基本功能 系统用于实现电池与电网间能量双向交换，可工作在蓄电池充 电模式和蓄电池能量回馈电网模式。 各组电池的功率交换由集中监控协调控制，支持恒功率运行， 其中任意一组进行更换电池过程中，可自动增加另外几组的功率交换， 维持与系统交换功率的基本稳定。 可采用远程、本地等控制方式，设备具有存储分时段工作模式 功能，当与后台管理系统出现故障时，设备可按照本地存储的分时段工 作模式进行工作。 具有完善的保护系统，包括输入欠压、缺相检测、输出过压、 输出过载、温度保护等必要的保护功能。 装置能满足 GB10236-88 规定的变流器抗电网干扰的要求。 系统注入电网的谐波应当得到有效地控制，满足国家相关标准。 装置需满足工程对电磁兼容性的要求。 B. 保护功能 系统既需要防止电网严重异常时对电池造成损害，同时也要防止系统故障 时对电网系统造成影响，系统应具有至少以下保护功能： 低电压保护 过电压保护 缺相保护 低频率保护 过频率保护 过电流保护 器件异常保护 电池组异常工况保护 过温保护 具有完善的防雷功能 C. 人机接口的显示和操作功能 3) 蓄电组设计 充电站储能系统电池组部分由 1 个 600kWh 磷酸铁锂电池模块电池模块组成。 选用 100kW PCS 单元实现电池的充放电控制。 电池的循环寿命在 2000 次左右，每个电池包含有电池管理系统，每一个组 串含有电池组串管理系统，整个电池系统包含一个电池监控系统。各级电池管 理系统采用 CAN 总线结构通讯，并配置以太网方式。 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 BMS 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 BMS 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 9三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 CAN三 三 三 三 CAN三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 BMS BMS 105三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 105三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 图 2-18 600kWh 磷酸铁锂电池柜工作示意图 储能单元由 945 个 200Ah 单体电池，先 105 串组成一个电池簇，再由 9 个这样的电池簇并联组成，系统容量设计及验算如下： 客户要求额定容量：Q=600KWh 电池簇及串并联参数：单串电池数 S=105、并联数 P=1、电池簇数 C=10 单体电芯容量：Ah=200Ah 单体电芯额定电压值：Vi=3.2 变流器直流输入电流范围为：300V380V 电池串联后的工作电压范围：300V378V 根据如上参数设定经计算可得： 电池组配组后标称总容量： Q1=CSPViAh=910513.2200/1000=604.8kWh 由以上分析计算可知，在考虑了配组冗余可靠系数及成组后的实际容量及 结合实际运行转换效率后，电池组的实际运行容量为600kWh，同时电池串联 后的电压范围 300V378V 满足 PCS 直流侧输入电压范围 300V380V 要求。600kWh 微网储能单元含 1365 节 200Ah 储能电池及配套的 BMS、电池柜体。 要保证电池系统的正常工作，需要保证以下基本条件： 电池系统需要安装在室内，防止雨淋或暴晒； 环境温度控制在-5-40 度； 电池柜上部以及前后需要保留至少 400mm 的通风空间； 要保持室内干燥及清洁。 图 2-19 600kWh 磷酸铁锂电池架 占地面积约 20 平方米，总重量约 6000kg。 2.4.22.4.2 100kW100kW 双向智能控制成套装置双向智能控制成套装置(PCS)(PCS) 充电站配电室双向智能控制成套装置(PCS)由一套构成，屏体采用宽深 高=800mm600mm2260mm 标准屏体，前面板设置有人机接口单元、操作按 钮等。单屏重量 1800kG。 主要引用标准如下表： 表 2-7 双向智能控制成套装置引用标准 GB/T 3859.1-1993 半导体变流器基本要求的规定 GB/T 17478-2004 低压直流电源设备的性能特性 JB/T 8456-1996 低压直流成套开关设备 DL/T 856-2004 电力用直流电源监控装置 DL/T 5044-2004 电力工程直流系统设计技术规程 DL/T 857 -2004 发电厂、变电所蓄电池用整流逆变设备技术条件 GB 10236-1988 半导体电力变流器与电网互相干扰及其防护方法导则 GB/T 17626.2-1998 电磁兼容试验和测量技术 静电放电抗扰度试验 GB/T 17626.12-1998 电磁兼容试验和测量技术 振荡波抗扰度试验 DL/T 459-2000 电力系统直流电源柜订货技术条件 DL/T 5120-2000 小型电力工程直流系统设计规程 DL/T 781-2001 电力用高频开关整流模块 GB/T 7260-2003 不间断电源设备 GB/T 14549-1993 电能质量公用电网谐波 GB 50171-92 电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范 DL 724-2000 电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程 PCS双向智能控制装置 1500 图 2-20 双向智能控制成套装置屏柜体布置图 1) 双向智能控制成套装置设计 A. PCS 功率回路设计 本方案中 PCS 的功率回路由两套 AC/DC 模块组成，AC/DC 模块采用三相 高频 SPWM 整流（逆变）电路，主功率回路由三相逆变桥、驱动电路、直流电 容、电抗器、控制电路等组成。如图 2-21 所示，装置交流输入设置有软启动电 路，装置启动前，首先通过软启动电阻对直流侧充电，当电压建立后再闭合主 接触器，随后装置并网运行。AC/DC 模块可四象限运行，当电池充电时，将网 侧交流电整流成直流电给蓄电池充电，当电池放电时，则将直流电逆变成交流 回馈到电网。 图 2-21 AC/DC 三相高频整流电路电气原理图 本方案中 IGBT 采用高速低损耗型 IGBT，额定功率 30kW 对应的交流侧输入 额定电流为 135A，具备短时 1.5 倍电流过载能力，选用 EUPEC 公司的 FF450R17ME3 作为开关元件。 AC/DC 交流输入侧安装有三只单相电抗器，由于输入交流电流中存在开关 频率成分的高频交流分量，为提高效率选用适合高频应用的电抗器。 交流进线侧和直流侧均安装有熔断器，用于短路故障的保护。 表 2-8 AC/DC 模块主要元件明细 序号名称型号数量备注 1IGBTFF450R17ME33 低损耗型 2 驱动板 自制3 光线接口 3 直流电容 SHC-1000- 3500，1000V/3500F 1 4 高频单相电抗器 150A/0.5mH3 5 电流霍尔 LT208-S73 6 高频吸收电容 1200V/1F3 7 铝型材散热器热管散热器 1 8 风扇 3 AC220V 线包 9 辅助电源输入：AC220V，输出： 5V，15V 1 10交流接触器3 11熔断器4 12 交流电容 400V/25uF3 13 绕线功率电阻 50W/13 14 绕线功率电阻 50 W/513 AC/DC 模块主要技术参数如下： 交流侧工作电压：380V15%，48Hz52Hz，三相三线制； 额定容量：100kW; 额定直流电压：310V-380V； 额定工况时交流侧电能质量指标：功率因数0.98；电流谐波 畸变率5%； 变换效率：97%； 工作噪声：65dB； 过载能