田 軍 吳建東

（東方電氣中央研究院，成都 610054）

隨著智能電網(wǎng)的大力推廣，風(fēng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)在并網(wǎng)模式下高效運(yùn)行，可以提高綠色能源生活小區(qū)、新能源廠區(qū)、風(fēng)電場、光伏電站等新能源利用率，增加發(fā)電效益；風(fēng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)在孤島模式下穩(wěn)定運(yùn)行為我國解決邊遠(yuǎn)山區(qū)、海上鉆井平臺、遠(yuǎn)離大陸的島嶼等傳統(tǒng)電網(wǎng)無法覆蓋地區(qū)的缺電問題提供了最佳的解決方案，有著非常好的市場前景和經(jīng)濟(jì)效益[1-10]。

東方電氣結(jié)合自身成套設(shè)備優(yōu)勢，自主研發(fā)了微網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性構(gòu)建軟件、穩(wěn)定性分析測試平臺、智能能量管理系統(tǒng)，可根據(jù)當(dāng)?shù)刎?fù)荷特性和自然資源，以及業(yè)主需求，得到微網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，結(jié)合豐富的電氣設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、完備的產(chǎn)品供應(yīng)鏈、卓越的工程總承包業(yè)績，東方電氣在風(fēng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)領(lǐng)域具有從需求側(cè)分析，到方案設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)、設(shè)備供應(yīng)、工程施工及電站服務(wù)等全產(chǎn)業(yè)鏈的一體化解決能力，積極開拓市場，并成功應(yīng)用在杭州新能源風(fēng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)、印度阿薩姆州綠色能源生活小區(qū)、泰國光伏電站儲能系統(tǒng)等項(xiàng)目。

通過工程項(xiàng)目驗(yàn)證，東方電氣的風(fēng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)解決方案具有較大的產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢：一體化解決能力、微網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性構(gòu)建軟件、穩(wěn)定性分析測試平臺、智能能量管理系統(tǒng)、完備的產(chǎn)品供應(yīng)鏈、工程總承包（EPC）業(yè)績卓越。

1 系統(tǒng)組成及功能

風(fēng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)一體化解決方案如圖1所示，包括3 個部分：系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、工程施工及驗(yàn)收。

圖1 風(fēng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)一體化解決方案示意圖

1.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的功能是：根據(jù)負(fù)荷特性、當(dāng)?shù)刈匀毁Y源，以及業(yè)主需求，通過微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性構(gòu)建軟件、穩(wěn)定性分析測試平臺得到業(yè)主滿意的微網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

1）微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性構(gòu)建軟件

微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性構(gòu)建軟件功能如圖2所示，根據(jù)負(fù)荷特性、當(dāng)?shù)刈匀毁Y源、約束條件，以及設(shè)計(jì)目標(biāo)如缺電率、成本等，通過自主開發(fā)的微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性構(gòu)建軟件（MODER），評估可利用的自然資源（如風(fēng)能、太陽能），確定裝機(jī)容量和可接入負(fù)荷；根據(jù)業(yè)主對供電安全性和供電質(zhì)量的要求，確定儲能設(shè)備的容量及種類，從而設(shè)計(jì)出兼顧度電成本最優(yōu)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

圖2 微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性構(gòu)建軟件

2）微網(wǎng)穩(wěn)定性分析測試平臺

根據(jù)經(jīng)濟(jì)性微網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，利用東方電氣RTDS 實(shí)時仿真技術(shù)，結(jié)合實(shí)際產(chǎn)品控制器，建立風(fēng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)硬件在環(huán)測試平臺，驗(yàn)證微網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及性能滿足業(yè)主需求。東方電氣RTDS 實(shí)時仿真系統(tǒng)如圖3所示，具有4 套RACK，在發(fā)電設(shè)備商中處于領(lǐng)先。

圖3 RTDS 實(shí)時仿真系統(tǒng)

1.2 系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)功能：通過系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，得到業(yè)主認(rèn)可的微網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，東方電氣擁有新能源發(fā)電/風(fēng)力發(fā)電設(shè)計(jì)資質(zhì)，可完成微網(wǎng)系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)；通過微網(wǎng)系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)，根據(jù)自主開發(fā)的智能能量管理系統(tǒng)（包括：監(jiān)控系統(tǒng)、發(fā)電管理、功率預(yù)測、儲能系統(tǒng)管理、智能調(diào)度等），使微網(wǎng)系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

1.3 工程施工及驗(yàn)收

通過系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)，得到微網(wǎng)系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)、能量管理、設(shè)備選型等方案，可依靠東方電氣“六電并舉”完備的產(chǎn)品鏈，以及豐富的海內(nèi)外工程總承包經(jīng)驗(yàn)完成設(shè)備供應(yīng)以及工程施工。東方電氣已形成“六電并舉”的產(chǎn)品格局，約占國內(nèi)火電市場份額的三分之一和水電市場的一半左右，核電、燃?xì)獍l(fā)電、風(fēng)電、光伏居于國內(nèi)領(lǐng)先，海水淡化裝備及儲能系統(tǒng)正在逐步走向市場。

東方電氣積極拓展海外業(yè)務(wù)，產(chǎn)品運(yùn)行在世界各地，從1994年起連年入選全球最大工程承包商之列，2013年“ENR（Engineering News-Record，《工程新聞記錄》）排名第92 位。嚴(yán)格參照傳統(tǒng)電站運(yùn)行測試規(guī)范，微網(wǎng)系統(tǒng)須通過168h 運(yùn)行測試，驗(yàn)證系統(tǒng)滿足業(yè)主目標(biāo)，使微網(wǎng)系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行。

通過上述的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、工程施工及驗(yàn)收，東方電氣具有從需求側(cè)分析，到方案設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)、設(shè)備供應(yīng)、工程施工及電站服務(wù)等全產(chǎn)業(yè)鏈的一體化解決能力。

2 產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢

東方電氣在風(fēng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)領(lǐng)域具有全產(chǎn)業(yè)鏈的一體化解決能力，其產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢主要表現(xiàn)為：一體化解決方案、微網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性構(gòu)建軟件、穩(wěn)定性分析測試平臺、智能能量管理系統(tǒng)、完備的產(chǎn)品供應(yīng)鏈、工程總承包（EPC）業(yè)績卓越。

2.1 微網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性構(gòu)建軟件

自主開發(fā)的微網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性構(gòu)建軟件（MODER）如圖4所示，從業(yè)主需求側(cè)出發(fā)，根據(jù)當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷特性、自然資源、電源類型，確定微網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，建立微網(wǎng)各子系統(tǒng)電氣、成本模型（風(fēng)電、光伏、儲能、水輪機(jī)組、柴發(fā)機(jī)組等），綜合考慮微網(wǎng)構(gòu)建的投資成本、電源發(fā)電的等效成本、 新能源發(fā)電比例、負(fù)荷功率需求增長等因素進(jìn)行分布式發(fā)電電源的選取以及容量配置，以業(yè)主需求為目標(biāo)構(gòu)建微網(wǎng)系統(tǒng)，為業(yè)主提供備選微網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

圖4 微網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性構(gòu)建分析軟件

2.2 微網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析測試平臺

自主開發(fā)的微網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性測試平臺如圖5所示，利用東方電氣RTDS 實(shí)時仿真系統(tǒng)，搭建風(fēng)電、光伏、儲能，以及配電線路和變壓器仿真模型，并結(jié)合實(shí)際產(chǎn)品控制器，形成風(fēng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)硬件在環(huán)測試平臺，驗(yàn)證在不同工況下，各備選微網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及性能，從而選出既滿足業(yè)主經(jīng)濟(jì)性要求，又滿足穩(wěn)定性及性能要求的最佳微網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

圖5 微網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性測試平臺

在RTDS 實(shí)時仿真系統(tǒng)上，模型的精確性直接影響驗(yàn)證微網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的可信度，而模型的精確性需通過產(chǎn)品實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行效驗(yàn)和優(yōu)化。依靠東方電氣在發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域完備的產(chǎn)品鏈，結(jié)合產(chǎn)品現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)，對已有產(chǎn)品模型進(jìn)行RTDS 仿真效驗(yàn)，現(xiàn)已完成模型包括：光伏機(jī)組、風(fēng)電機(jī)組、儲能系統(tǒng)，以及常規(guī)發(fā)電機(jī)組等。

2.3 智能能量管理系統(tǒng)

通過自主開發(fā)和工程驗(yàn)證，智能能量管理系統(tǒng)如圖6所示，其關(guān)鍵技術(shù)包括：

1）監(jiān)控系統(tǒng)。實(shí)時對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測與控制。

2）發(fā)電管理。對系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電設(shè)備工作狀態(tài)及出力進(jìn)行自動分配，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

3）功率預(yù)測。對未來系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電設(shè)備出力進(jìn)行有效的短期、長期預(yù)測，其預(yù)測結(jié)果用于優(yōu)化發(fā)電管理控制以及調(diào)度參考。

4）儲能控制。根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電設(shè)備出力與負(fù)載需求，控制儲能系統(tǒng)用于波動平抑、消峰填谷、主電源等功能。

5）系統(tǒng)保護(hù)。分為設(shè)備級保護(hù)、系統(tǒng)級保護(hù)，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行工況，減小故障影響范圍，確保系統(tǒng)能安全穩(wěn)定運(yùn)行。

6）智能調(diào)度。根據(jù)功率預(yù)測、負(fù)荷預(yù)測、儲能系統(tǒng)功能，對系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化控制，提高系統(tǒng)發(fā)電效益。

通過智能能量管理系統(tǒng)，使微網(wǎng)系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

2.4 完備的產(chǎn)品鏈及卓越的EPC 業(yè)績

東方電氣在發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域擁有完備的產(chǎn)品鏈，已形成“六電并舉”的產(chǎn)品格局，約占國內(nèi)火電市場份額的三分之一和水電市場的一半左右，核電、燃?xì)獍l(fā)電、風(fēng)電、光伏居于國內(nèi)領(lǐng)先地位，海水淡化裝備及儲能系統(tǒng)正在逐步走向市場。

東方電氣積極拓展海外業(yè)務(wù)，產(chǎn)品運(yùn)行在世界各地，從1994年起連年入選全球最大工程承包商之列，2013年“ENR”排名第92 位。

圖6 智能能量管理系統(tǒng)

3 解決方案案例

東方電氣在風(fēng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)領(lǐng)域具有全產(chǎn)業(yè)鏈的一體化解決能力，積極開拓市場，并成功應(yīng)用在杭州新能源風(fēng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)試驗(yàn)平臺上，正在為光熱電站風(fēng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)、印度阿薩姆州綠色能源生活小區(qū)、泰國光伏電站儲能系統(tǒng)等項(xiàng)目進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，為后續(xù)應(yīng)用于綠色能源生活小區(qū)、新能源廠區(qū)、海上鉆井平臺、遠(yuǎn)離大陸的島嶼等打下良好基礎(chǔ)。

3.1 完成案例

1）杭州新能源風(fēng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)試驗(yàn)平臺

東方電氣新能源設(shè)備（杭州）有限公司是中國東方電氣集團(tuán)直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研究、生產(chǎn)、試驗(yàn)基地，現(xiàn)已批量生產(chǎn)1.5MW、2.5MW、3MW 直驅(qū)型機(jī)組。在東方電氣新能源設(shè)備（杭州）有限公司廠區(qū)內(nèi)建立 1.5 MW 直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組、125kWh/500 kW 儲能裝置、100 kW 光伏機(jī)組、100 kW 柴油發(fā)電機(jī)，構(gòu)成風(fēng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)試驗(yàn)平臺，如圖7所示，微網(wǎng)系統(tǒng)于2014年3月通過168 小時運(yùn)行測試，完成項(xiàng)目目標(biāo)，通過業(yè)主驗(yàn)收；系統(tǒng)于2014年4月正式并網(wǎng)發(fā)電，每月發(fā)電量5 萬度左右，可為廠區(qū)節(jié)省電費(fèi)約50 萬元/年。

杭州新能源風(fēng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行，體現(xiàn)了東方電氣擁有風(fēng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)一體化解決方案的能力；通過試驗(yàn)測試，驗(yàn)證了微網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性構(gòu)建軟件、穩(wěn)定性分析測試平臺、智能能量管理系統(tǒng)的有效性，為方案應(yīng)用于綠色能源生活小區(qū)、新能源廠區(qū)、海上鉆井平臺、遠(yuǎn)離大陸的島嶼等提供了試驗(yàn)測試平臺，進(jìn)一步驗(yàn)證方案的可行性。

3.2 進(jìn)行案例

1）光熱電站風(fēng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)

在50MW 光熱電站周圍建立10.5MW 風(fēng)電系統(tǒng)、20MW 光伏系統(tǒng)、20MWh/5MW 儲能系統(tǒng)，構(gòu)成風(fēng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)，如圖8所示，微網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行模式分為孤島模式、并網(wǎng)模式。

孤島模式：風(fēng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)給光熱電站廠區(qū)負(fù)荷、施工供電，當(dāng)光熱電站啟動時，給5MW 廠用負(fù)荷供電4h；施工供電包括生活區(qū)、組裝區(qū)、施工區(qū)，總負(fù)荷小于2MVA，考慮負(fù)荷不平衡、沖擊負(fù)荷。

圖7 杭州新能源風(fēng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)

圖8 光熱電站風(fēng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

并網(wǎng)模式：光熱電站并網(wǎng)發(fā)電后，微網(wǎng)運(yùn)行在并網(wǎng)模式，向大電網(wǎng)送電。

東方電氣按照業(yè)主需求，通過自主開發(fā)的微網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性構(gòu)建軟件、穩(wěn)定性分析測試平臺，分析了風(fēng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)在孤島、并網(wǎng)模式穩(wěn)定運(yùn)行的邊界條件，設(shè)計(jì)了微網(wǎng)的智能能量管理系統(tǒng)，使微網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，滿足業(yè)主目標(biāo)。

2）印度阿薩姆州綠色能源生活小區(qū)

印度阿薩姆州生活小區(qū)有250 棟房屋，每個屋頂安裝太陽能板，共安裝1MW 光伏系統(tǒng)，配置適當(dāng)?shù)膬δ茈姵?，組成光儲系統(tǒng)，保證電網(wǎng)沒電時，光儲系統(tǒng)能給小區(qū)負(fù)荷供電4h，系統(tǒng)如圖9所示，業(yè)主需求：白天，電網(wǎng)有電，光伏發(fā)電，儲能裝置平衡能量，電網(wǎng)給住宅負(fù)荷供電；白天，電網(wǎng)沒電，光伏發(fā)電，光儲系統(tǒng)給住宅負(fù)荷供電（4h）；夜間，電網(wǎng)有電，光伏不發(fā)電，電網(wǎng)給住宅負(fù)荷供電，給儲能充電；夜間，電網(wǎng)沒電，光伏不發(fā)電，光儲系統(tǒng)給住宅負(fù)荷供電（4h）。

東方電氣按照業(yè)主需求，根據(jù)當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷特性、光照資源，通過自主開發(fā)的微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性構(gòu)建軟件、微網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性測試平臺，得到微網(wǎng)設(shè)計(jì)方案，并結(jié)合現(xiàn)場工況，完成光儲系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、智能能量管理系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)控制等，使光儲系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，滿足業(yè)主目標(biāo)。

圖9 印度阿薩姆州綠色能源生活小區(qū)示意圖

3）泰國光伏電站儲能系統(tǒng)

泰國對光伏電站的發(fā)電功率是限制的，超出限制功率，電網(wǎng)不支付電費(fèi)。由于光伏發(fā)電量受陽光直射影響，早晚的發(fā)電量低，中午發(fā)電量高，而中午發(fā)電量超過上限的功率不能收取電費(fèi)，造成電站經(jīng)營的損失?？刹捎脙δ苎b置將超出限制功率的電能存入，低谷時放電， 提高可再生能源的利用率。一年內(nèi)光伏電站超出限值的發(fā)電量如圖10所示。

圖10 泰國光伏電站一年內(nèi)超出限值發(fā)電量

東方電氣按照業(yè)主需求，根據(jù)光照資源，通過自主開發(fā)的微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性構(gòu)建軟件、微網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性測試平臺，確定儲能設(shè)備的容量及種類，并結(jié)合現(xiàn)場工況，完成光儲系統(tǒng)的設(shè)備選型、智能能量管理系統(tǒng)等，使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，滿足業(yè)主目標(biāo)。

3.3 后續(xù)應(yīng)用

通過上述完成項(xiàng)目和正在進(jìn)行的案例，東方電氣自主開發(fā)的微網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性構(gòu)建軟件、穩(wěn)定性分析測試平臺、智能能量管理系統(tǒng)的有效性得到充分驗(yàn)證，為方案應(yīng)用于海上鉆井平臺、遠(yuǎn)離大陸的島嶼、新能源廠區(qū)、綠色能源小區(qū)等打下良好基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

通過工程項(xiàng)目驗(yàn)證，東方電氣風(fēng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)一體化解決方案的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢主要表現(xiàn)如下。

1）系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。根據(jù)負(fù)荷特性、當(dāng)?shù)刈匀毁Y源，以及業(yè)主需求，通過自主開發(fā)的微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性構(gòu)建軟件、穩(wěn)定性分析測試平臺，得到業(yè)主滿意的微網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

2）系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)。根據(jù)方案設(shè)計(jì)，依托東方電氣的豐富設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、自主開發(fā)的智能能源管理器，完成微網(wǎng)系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)和智能能量管理系統(tǒng)。

3）工程施工及驗(yàn)收。根據(jù)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)，依托東方電氣在發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域擁有完備的產(chǎn)品鏈、 卓越的EPC 業(yè)績，完成微網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)、系統(tǒng)施工、168h 運(yùn)行測試，使微網(wǎng)系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行，滿足業(yè)主驗(yàn)收目標(biāo)。

東方電氣的風(fēng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)一體化解決方案，可應(yīng)用在新能源廠區(qū)、綠色能源生活小區(qū)、風(fēng)電場、光伏電站等，提高新能源利用率，增加發(fā)電效益；也可為我國解決邊遠(yuǎn)山區(qū)、邊疆海防哨所、海上鉆井平臺、遠(yuǎn)離大陸的島嶼等傳統(tǒng)電網(wǎng)無法覆蓋地區(qū)的缺電問題提供了最佳的解決方案，有著非常好的市場前景和經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 楊占剛. 微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究[D].天津:天津大學(xué),2010.

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