李想

摘 要：微電網(wǎng)是近年來出現(xiàn)的一種新型能源網(wǎng)絡(luò)化供應(yīng)與管理技術(shù)的簡(jiǎn)稱，它能夠便于將可再生能源和清潔能源系統(tǒng)接入，實(shí)現(xiàn)需求側(cè)管理以及現(xiàn)有能源的最大化利用。微電網(wǎng)將發(fā)電子系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)及負(fù)荷相結(jié)合，通過相關(guān)控制裝置間的配合，可以同時(shí)向用戶提供電能和熱能，并能夠適時(shí)有效地支撐大電網(wǎng)，起到消峰填谷的作用。所以微電網(wǎng)概念一經(jīng)提出，就引起世界能源專家和電力工業(yè)界的廣泛重視，世界很多國(guó)家都加強(qiáng)了相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)研究的力度，對(duì)微電網(wǎng)的認(rèn)識(shí)隨著研究的進(jìn)行在不斷地具體化、深入化和系統(tǒng)化。而微電網(wǎng)對(duì)于解決我國(guó)現(xiàn)有大電網(wǎng)運(yùn)行中凸顯的問題，以及能源危機(jī)等相關(guān)問題，無疑提供了一個(gè)好的解決途徑。

關(guān)鍵詞：并網(wǎng)光伏發(fā)電；儲(chǔ)能；微網(wǎng)

引言

隨著光伏、風(fēng)電等可再生能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，分布式發(fā)電日漸成為滿足負(fù)荷增長(zhǎng)需求、提高能源綜合利用效率、提高供電可靠性的一種有效途徑，并在配電網(wǎng)中得到廣泛的應(yīng)用。但分布式發(fā)電的大規(guī)模滲透也產(chǎn)生了一些負(fù)面影響，如單機(jī)接入成本較高、控制復(fù)雜、對(duì)大系統(tǒng)的電壓和頻率存在沖擊等。這限制了分布式發(fā)電的運(yùn)行方式，削弱了其優(yōu)勢(shì)和潛能。微網(wǎng)技術(shù)為分布式發(fā)電技術(shù)及可再生能源發(fā)電技術(shù)的整合和利用提供了靈活、高效的平臺(tái)。

文章結(jié)合某城市建筑學(xué)院金太陽示范工程，選擇該高校節(jié)能建筑樓共80kWp建設(shè)規(guī)模，進(jìn)行光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)和微網(wǎng)控制管理系統(tǒng)研究和設(shè)計(jì)，完成分布式光伏儲(chǔ)能發(fā)電接入工程總體技術(shù)方案，為實(shí)現(xiàn)綠色光伏電源無障礙并網(wǎng)提供技術(shù)指導(dǎo)。

以下對(duì)工程的發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)和微網(wǎng)控制管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行重點(diǎn)描述。

1 總體設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)將采用分布式并網(wǎng)的設(shè)計(jì)方案+儲(chǔ)能微網(wǎng)系統(tǒng)，將80kWp系統(tǒng)分成4個(gè)20kW并網(wǎng)發(fā)電單元，通過4臺(tái)20kW并網(wǎng)逆變器接入0.4kV交流電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。

2 發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 光伏電池陣列設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的電池組件選用功率為250Wp的多晶硅太陽電池組件，工作電壓約為29.6V，開路電壓約為37.1V。根據(jù)20kW并網(wǎng)逆變器的MPPT工作電壓范圍（300V～1000V），每個(gè)電池串列按照20塊電池組件串聯(lián)進(jìn)行設(shè)計(jì)，每個(gè)20kW的并網(wǎng)單元需配置4個(gè)電池串聯(lián)組并列，80塊電池組件，其功率為20kWp；整個(gè)80kWp系統(tǒng)需要16個(gè)電池串聯(lián)組并列，共320塊電池組件。

2.2 并網(wǎng)逆變器設(shè)計(jì)

發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)為4個(gè)20kWp的逆變器光伏并網(wǎng)發(fā)電，整個(gè)系統(tǒng)配置4臺(tái)該型號(hào)的光伏并網(wǎng)逆變器，組成80kWp并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。

3 儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用光伏和儲(chǔ)能混合供電，有市電情況下，由光伏和市電給負(fù)載供電，市電斷電時(shí)，由儲(chǔ)能系統(tǒng)和光伏繼續(xù)供電，電池備用時(shí)間為10h，負(fù)載為65KW。

3.1 系統(tǒng)一次圖：

3.2 電池選型和串并聯(lián)設(shè)計(jì)

由于系統(tǒng)負(fù)載65KW，備用10小時(shí)，則需要電量為650KWh，考慮0.7的電池放電深度，則需要電量大約為930KWh。

該儲(chǔ)能系統(tǒng)選用閥控密封免維護(hù)蓄電池（AGM膠體）：每節(jié)2V，1500Ah。采用310節(jié)串聯(lián)。電池端口電壓620V。這樣電池組的總?cè)萘繛椋?/p>

2×1500×310=930KWh

3.3 儲(chǔ)能變流器選型

對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)，設(shè)計(jì)采用雙向逆變器實(shí)現(xiàn)蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)與交流母線的能量交互。雙向逆變器采用逆變/充電一體機(jī)可以實(shí)現(xiàn)純正弦波輸出交流電壓，以及在交流逆變器中集合了蓄電池充電功能、交流自動(dòng)切換開關(guān)等。由于它具有與電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行或脫離電網(wǎng)單獨(dú)運(yùn)行的雙重功能，雙向逆變器能夠與光伏發(fā)電系統(tǒng)一起，提供全天候或備用電能。

設(shè)備容量：80KW

直流輸入電壓范圍：500-800V

交流輸出電壓：400Vac

選型說明：在離網(wǎng)狀態(tài)下，設(shè)備空載時(shí)，80KW光伏通過PCS給電池充電，考慮20%的系統(tǒng)容量，則需要80×1.2=100KW的PCS容量。

4 系統(tǒng)運(yùn)行說明

4.1 市電正常時(shí)，系統(tǒng)處于并網(wǎng)運(yùn)行模式，設(shè)備并網(wǎng)的啟動(dòng)和運(yùn)行過程如下：

（1）并離網(wǎng)控制柜內(nèi)的控制器會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)與市電連接的并離網(wǎng)開關(guān)上端的電壓和頻率，當(dāng)市電處于正常電壓范圍內(nèi)時(shí)，控制器控制并離網(wǎng)開關(guān)閉合。（2）光伏逆變器檢測(cè)到市電在允許正常工作的范圍內(nèi)后，根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，在一定的啟動(dòng)延時(shí)內(nèi)自動(dòng)開機(jī)運(yùn)行，發(fā)出的電能提供給負(fù)載，多余的電能會(huì)返送回電網(wǎng)。（3）儲(chǔ)能變流器（PCS）在并網(wǎng)運(yùn)行模式下，設(shè)定為充電狀態(tài)，使電池保持在浮充狀態(tài)。

4.2 市電故障時(shí)，系統(tǒng)處于離網(wǎng)運(yùn)行模式，設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和模式切換過程如下：

（1）并離網(wǎng)控制柜內(nèi)的控制器檢測(cè)到市電失電后，控制并離網(wǎng)開關(guān)斷開，同時(shí)發(fā)出并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)的控制信號(hào)給儲(chǔ)能變流器。（2）光伏逆變器檢測(cè)到市電掉電后，進(jìn)入孤島運(yùn)行保護(hù)，標(biāo)準(zhǔn)要求2S內(nèi)停機(jī)，假設(shè)300ms內(nèi)可停機(jī)，則此段時(shí)間內(nèi)交流母線還帶電。（3）PCS在接受到并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)指令后，同時(shí)檢測(cè)設(shè)備端口確實(shí)失電后，PCS先關(guān)機(jī)再啟動(dòng)并按離網(wǎng)模式運(yùn)行。如PCS不檢測(cè)端口電壓狀態(tài)，則整個(gè)切換過程約80ms；如為確保PCS可靠運(yùn)行，防止誤判斷，同時(shí)檢測(cè)端口電壓狀態(tài)，則整個(gè)切換過程需加上光伏逆變器孤島保護(hù)時(shí)間，約380ms。模式轉(zhuǎn)換過程中，負(fù)載會(huì)掉電一小段時(shí)間，離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)PCS的輸出功率由負(fù)載決定。（4）光伏逆變器檢測(cè)到PCS提供的支撐電壓在允許工作的正常范圍內(nèi)時(shí)，自動(dòng)開機(jī)運(yùn)行。當(dāng)光伏發(fā)出的電能小于負(fù)載的消耗時(shí)，光伏和PCS同時(shí)給負(fù)載供電；當(dāng)光伏發(fā)出的電能大于負(fù)載的消耗時(shí)，多余的電能可以通過PCS反灌給電池充電。

4.3 市電恢復(fù)時(shí)，系統(tǒng)恢復(fù)并網(wǎng)運(yùn)行模式，設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和模式切換過程如下：

（1）并離網(wǎng)控制柜內(nèi)的控制器檢測(cè)到市電恢復(fù)后，發(fā)出同期信息給儲(chǔ)能變流器，當(dāng)并離網(wǎng)開關(guān)上端和下端電壓幅值、頻率和相位一致時(shí)，控制并離網(wǎng)開關(guān)閉合，同時(shí)發(fā)出離網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)的控制信號(hào)給儲(chǔ)能變流器。（2）光伏逆變器保持運(yùn)行。（3）PCS在根據(jù)同期信息調(diào)整輸出電壓，并根據(jù)離網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)指令轉(zhuǎn)成并網(wǎng)模式，由于通訊的延遲，此時(shí)PCS會(huì)承受短暫的沖擊，PCS轉(zhuǎn)成并網(wǎng)模式后保持模式變換前設(shè)定的參數(shù)運(yùn)行，即充電狀態(tài)，負(fù)載供電不間斷。

5 結(jié)束語

本工程將建設(shè)一個(gè)真正包含光伏發(fā)電、電力儲(chǔ)能、并具有微網(wǎng)特性的實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)示范工程；能夠真正實(shí)現(xiàn)分布式光伏電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)友好接入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)與配電網(wǎng)并網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)雙向潮流環(huán)境下控制保護(hù)協(xié)調(diào)工作的系統(tǒng)；可體現(xiàn)分布式光伏電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)智能協(xié)調(diào)工作，凸顯智能微網(wǎng)能量?jī)?yōu)化調(diào)度控制的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]張建華，黃偉.微電網(wǎng)運(yùn)行、控制與保護(hù)技術(shù)[M].中國(guó)電力出版社，2010.

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