智能微電網系統方案

作者：舜通智能 來源：www.std-e-cards.com 發布時間：2022-09-24 熱度：0

1.  工程概況

   1.1  微電網系統概述

        本項目建設一套光伏儲能微電網系統，通過低壓配電柜給廠區負荷供電，實現對各個設備接口采集相關信息，并通過智能配電柜對各個環節進行投切，在并網及孤島情況下實現光伏發電，儲能及負荷的控制，保持微電網系統的平衡運行。
        本項目建設的微電網系統，系統由分布式光伏發電系統、鋰電池儲能系統、充電樁及負荷控制系統、遠程云監控系統以及EMS能源管理系統構成。其中遠程云控制系統實現對分布式電源、負載裝置和儲能裝置的遠程控制，EMS能源管理系統對分布式電源實時運行信息、報警信息進行全面的監視并進行多方面的統計和分析、實現對分布式電源的全方面掌控，能源管理系統可控制分布式電源平滑出力與能量經濟調度。

   1.2  系統拓撲圖

        微電網系統由6個部分組成包括：微網配電系統、光伏系統23kWp、儲能系統36.4kWh、電動車直流充電系統30kW、EMS能量管理系統、遠程云平臺系統。微電網配電系統實現對離網/并網的雙切開關，光伏系統光伏板采用BIPV布置于GIS室屋頂，采用微逆變器將直流逆變為AC380V，儲能系統選用磷酸鐵鋰電池組，通過30kW的PCS接入AC380V交流總線，布置于微網蓄電池室，充電樁安裝于室外停車位，為新能源汽車提供30kW的直流快充。EMS及控制柜設備布置于微網控制室。
        該系統本地部署一套EMS系統，提供10寸可觸摸的人機交互接口，可實現本地實時控制和能量調度，并通過4G實時傳輸到舜通云儲能管理平臺，通過遠程進行控制系統切換，本地實現無人值守。

微電網系統拓撲圖如下所示：

   1.3  系統運行策略

        微網系統為并離網型系統，離網獨立運行情況下，白天光伏發電優先供給站用負荷使用，儲能電池實時消納多余光伏發電，當儲能電池滿電且光伏發電功率大于站內用電負荷時，停止部分光伏發電。夜間，儲能電池執行放電策略，供給站內用電負荷。當儲能電池電量低于下限值時，轉換到由站內0.4kV市電為負荷進行供電。

2.  微電網配置及組成

   2.1  微網配電系統

微網配電柜規格如下：
        微網系統供電電源輸出設備，含雙切開關、3路變  電站內照明出線以及各柜體出線，分別出線接光伏柜、儲能柜、直流充電柜。

電氣主接線圖如下所示：

   2.2  智慧儲能系統

        配置儲能系統容量為36.4kWh,選用磷酸鐵鋰電池。設備主要包含36.4kWh電池柜，智慧儲能配電柜、直流連接線纜、交流連接線纜、輔材等。

        智慧儲能柜安裝于微網配置室，儲能電池柜安裝于微網蓄電池室。

儲能系統主要技術參數：
        1）本電池系統由5個電池箱和1個高壓箱組成的一個可活動機柜式384V95Ah電池系統；
        2）每個電池箱內由76.8V95Ah(24串1并)共24個電芯組成的電池模塊；
        3）主控箱由輸出接口、串聯接口、斷路器、接觸器、熔斷器、霍爾電流傳感器、開關電源、鋰電池管理模塊構成。

儲能系統電氣參數：

BMS系統功能：
        1、總壓、單體電壓、總電流、溫度等采集功能。常溫下靜態電壓采樣精度可達≤20mV。
        2、充電繼電器、放電繼電器、預充電繼電器等控制功能。
           具有充、放電電流檢測，充、放電過流告警及保護功能。充電電流顯示為正，放電電流顯示為負，常溫下電流采樣精度≤0.5%。
           具有電芯、環境、MOS溫度檢測，電芯高、低溫告警及保護功能，MOS高溫告警及保護功能，環境高、低溫告警功能。常溫下溫度采樣精度可達≤2℃
           短路保護功能。
        3、動態計算實際電池容量及SOC計算功能。
        4、智能被動均衡，最小均衡電流50mA。
        5、外部CAN、內部CAN、485多種通信功能，可傳輸采集信息、報警信息等。
        6、能量管理系統有完善的保護功能，能夠延長電池的使用壽命，具備故障提示燈。
        7、監控單元控制功能，可通監控單元方便地對過充、過放、充放電過流、過溫、欠溫等保護參數，容量、休眠、均衡、存儲等參數進行設置。
        8、具有多種休眠及喚醒方式。
        9、電池封置90天后，其荷電保持能力不低于85%。
        10、電池需具有較強的耐過充能力。蓄電池自放電率每月不大于4%。
  
儲能PCS功能：

        蓄電池組連接至PCS裝置，PCS裝置通過智能配電單元與負載連接和并網。PCS裝置通過Ethernet接口(或RS485接口)與EMS通訊，EMS通過RS485 接口與PCS裝置、BMS以及智能電表通訊，實現儲能系統的能量調度。

儲能pcs系統結構圖：
        儲能系統結構圖如下，儲能PCS將數據實時推送至EMS 或其他上位機系統。

儲能PCS技術參數：
        儲能變流器（PCS）技術參數如下表所示：

   2.3  光伏系統

        光伏系統與微網系統的站用負荷用電功率相匹配，在變配電室高層樓頂建設光伏系統，裝機容量約為23kWp；設備主要包含光伏組件（415W）、14臺微型逆變器、1臺匯流箱、光伏系統柜、光伏直流專用線纜、光伏交流線纜、電纜連接插頭、固定檁條、防水扣板、密封膠條、輔材等設備。光伏系統柜安裝于變配電室微網隔室內。光伏瓦、微型逆變器、匯流箱、交直流線纜安裝于GIS室樓頂橋架內。

光伏系統主要技術參數：

   2.4  電動汽車直流充電系統

        電動汽車充電配置一臺30kW一體式雙槍直流充電終端，一臺直流充電柜，設備主要包含一體式充電終端、交流連接線纜、直流連接線纜、模塊化集控器、輔材、電動汽車充電云平臺系統等設備，直流充電柜安裝于變配電室微網隔室內，充電終端安裝于站內充電車位處。

充電樁產品規格：

        1）采用了核安全級的大功率電源模塊平臺，安全可靠性更高;
        2）采用新型高效三相PFC電路拓撲結構，功率因數大于0.99，諧波畸變率低≤5%;
        3）高頻開關電源模塊采用了全橋移相軟開關技術,執行效率高。先進的數字化均流技術，有效提高了均流精度和抗干擾性;
        4）首創模塊休眠技術和輪動技術，保證系統高效率運行;
        5）智能化的充電過程控制和完善的充電過程監視及保護，傻瓜式操作;具有定時充電、定量充電、定金額充電和自動充滿等多種充電方式可供選擇;實時顯示已充電量、充電時間、當前電價、充電價格等信息及運行狀態;并提供選配的GPRS 組網方式;
        6）模塊熱插拔技術，使維護更方便;工作環境溫度-25+50℃。

充電樁保護功能：
        1）充電樁輸入與輸出電氣隔離;
        2）輸出有防止電池組給充電樁輸出濾波電容充電的裝置，防止充電樁輸出端在接通電池組時出現瞬間大電流:充電樁耐壓等級、絕緣等級、EMC 符合國際《GB_ T20234. 3-2011電動汽車傳導充電用接裝置》相關規定;
        3）依據Q/GDW 485- -2010《電動汽車直流充電樁技術條件》及NB/T 33001-2010《電動汽車非車載傳導式充電樁技術條件》的相關要求，并參照《電動汽車充電設施典型設計》的部分功能進行設計。該產品完全符合國家電網公司電動汽車充電站的建設要求。

充電樁產品參數：

   2.5  EMS能源管理系統

EMS能源管理系統的主要功能如下：
        1）配有一套微網光、儲、充能量管理系統，實現對微網系統內各子系統進行調控管理。此系統不接入變電站調度系統，通過4G訪問外網，可通過手機或者網線訪問專用網址獲取收據。
        2）設備硬件方面主要包含能量管理系統控制柜、微網控制器、路由器、通訊線纜、輔材等。軟件方面主要包含微網控制器運行軟件、執行策略制定、微網能量云平臺。
        3）能量管理系統硬件設備安裝于微網室內。

        QT281G是一款基于瑞芯微RK3568四核A55 1.8GHZ主頻的嵌入式計算機。系統提供4路RS485通訊，帶國網加密芯片的VPN網絡通道，全網通4G/5G通道，2路以太網通道，具有體積小、功耗低、效率高等特點。

產品技術規格如下所示：

功能介紹：
智能多合一AGC終端采用電力系統標準進行框架設計，采用面向對象方式進行設備建模，能夠有效兼容各種設備協議，可直接采集設備用電情況和狀態信息。在接受AGC指令時，能夠接收網絡下發的AGC指令并自動匹配用戶設備執行智能調節。終端具備以下特點：
        1） AGC功能。能夠通過加密信道，通過5G VPN通道，接受調度AGC指令，能自動執行AGC對分布式光伏的功率調節指令。
        2） 強大的物聯接入能力。終端設備采用多路 485 串口通道和以太網通道采集現場設備信息，支持多路信息共享和高并發采集�？芍С种辽�4096個現場信息點，128個大型用能設備和128個計量表計。
        3） 多協議直聯交互。終端支持 DL/T 1867、OpenADR、Q/GDW 376.1、IEC 104 等主站接入通迅規范，兼容 Modbus TCP/IP、Modbus RTU、Modbus ASCII、 EtherNet、BACNET-IP、BACNET MS/TP、DL/T 645－97\07 等多種協議采集數據，能以 Modbus TCP/IP、Modbus RTU 協議為第三方現場應用提供實時數據。
        4）  實時數據匯聚、緩存，數據凍結、歷史數據查詢。通過內置大容量硬件存儲芯片和優選算法，可將實時采集數據進行集中匯總、記錄，為末端應用提供歷史數據查詢功能。
        5）  實時邊緣計算分析、策略智能構建、動態調節。終端能對現場接入設備進行工況和實時監控，可實時計算分析現場設備的運行狀態；能根據線網動態自動根據策略進行多模式調節與響應。
        6）  數據加密傳輸，保障安全。數據與指令支持國網加密芯片和安全MD5認證傳輸，交互支持AES 128位傳輸加密，支持交互信息和數據進行硬件加密和數字安全認證。
        7）  簡潔易用。終端提供本地與遠程管理接口，支持遠程配置工具進行工程配置、本地、遠程維護、工作狀態與運行數據監測，可在電力相關標準協議框架下進行遠程參數維護和系統更新。
        8） 完備的日志。終端支持完備的事件日志記錄功能，能夠記錄和導出所有的操作事件、運行日志、交互指令等相關日志信息，以便進行事件的快速捕獲與定位，提高相關工作效率。

3.  EMS系統介紹

        EMS通訊拓撲分為兩層結構，頂層為總集中監控系統，底層設備：儲能變流器（PCS）、電池管理系統（BMS）、計量電表系統，空調系統等均接入監控系統。
        監控主機完成現場測控系統之間的網絡連接、轉換、數據采集、數據本地處理、協議轉換和命令的交換、本地用戶畫面監視操作、控制策略，實現大容量實時數據的高速匯集傳輸，確保系統能夠快速、準確地得到所有監測及監控信息，并及時反饋網絡檢測的系統異常與故障，確�？焖俣ㄎ慌c恢復。

4.  微電網云平臺系統介紹

        1）光伏發電：光伏發電提供對當前光估發電監測點位的安裝及計量監測，能夠實時監測到當前功率、發電量收收益等多種參數統計。對當前光伏的光伏組件、匯流箱、逆變器、配電柜等相關設備提供動態監測，根據國家通用標準計劃碳足跡等數據分析功能�？筛鶕�監測的光伏發電運行數據，支持任意時間段內歷史數據進行查詢。

        2）儲能實時監測：提供對儲能設備測點位的安裝及計量監測，能夠實時監測到儲能、釋能、當前功率、收益、負荷等多種參數統計。 同時支持任意時間內可查詢到儲能和釋能的歷史數據通過圖表形式展示。

 
      3）電池組監測：提供可對電池組的基本狀態、運行狀態、功能參數等實時監測，對當前電池的使用功率情況圖形化展示。通過功率的波動走勢及收益情況走勢，能有效的掌握電池組的使用情況。

        
        4）蓄電池監測：提供蓄電池的充電狀態參數、實時數據、歷史放電記錄等實時監測，幫助和提高對蓄電池的管理情況動態掌握。

        5）光儲充一體化：提供“光伏發電系統＋儲能系統＋市電”的多電源供電模式，即便在夜間也能利用白天光伏發電后儲存的電能為電動汽車充電。陰雨天光照不足或者充電車輛較多，系統將會自動切換到公共電網供電。系統可根據對一體化停車場的設備設施進行實施監測，并能通過對設備的基本運行狀態、充電量、次數等實時統計。

        6）故障管理：提供一體化車棚歷史故障管理功能，可有效對一體車棚的使用過程發現問題，并對問題及時排除，保障了一體化車棚的高效利用。系統可提供對一體車棚任意時間段內的相關條件（時間、編號、品牌、類型），進行多角度的故障查詢、人工添加、編輯修訂、刪除等高級管理功能。

        7）報警信息：系統提供展示設備報警信息，列表展示報警設備的位置、報警時間、設備名稱信息。

5.  總結

        依托微電網技術，采用儲能作為黑啟動能源，充分消納光伏電源光伏發電作為可再生能源的重要組成部分，近年來取得了快速發展和長足進步,目前光伏發電成本在全球很多地區成為最為經濟的電力能源來源。更為可喜的是,我國光伏發電不僅在市場應用方面全球領先，在產品供應端更是具備最完備的產業鏈，是我國為數不多的具備國際競爭力的產業之一，這也使我國具備了大力發展光伏發電的有利條件。從保障能源安全的角度來看，光伏發電具備就近消納、因地制宜的特性，是根本解決我國能源對外依存度高、保障我國能源供應安全的主要形式。隨著經濟、社會的快速發展,我國對能源的總體需求量逐年上升,每年有大量的能源需求和缺口存在,在傳統的以化石能源為核心的一次能源體系中,我國“富煤、缺油、少氣”的一次能源稟賦,造成了我國對進口能源需求的日益增強。近年來,全球地緣政治形勢日益紛亂復雜，非傳統安全威脅日益凸顯,加劇了我國的能源安全形勢,政府工作報告再次強調了保障能源安全的重要性。太陽能作為最有發展潛力的新能源，是一種取之不盡、用之不竭的天然能源。太陽能資源對環境無任何污染，是滿足可持續發展需求的理想能源之一。目前太陽能的廣泛利用，可以說是一種永續利用、對環境影響極小的能源，不論是現在或是未來，開發利用太陽能資源，可以減少對化石能源的依賴以致達到替代部分化石燃料的目標，這對開發區經濟發展、改善環境和滿足人民生活用電要求，將會起到重要的作用。隨著太陽能技術的不斷成熟和完善，光伏與建筑物融合一體化是未來節能發展的重要方向，太陽能光伏將緩和世界的能源危機，光伏新能源將成為我們重要的能源之一。