姚文強，林辛烔，車 嘉，劉 濤

(沈陽電力勘測設(shè)計院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110021)

本項目以原有66 kV變電站為依托，創(chuàng)新建設(shè)模式，實現(xiàn)變電站、數(shù)據(jù)中心站、綜合能源站集成融合與友好互動，實現(xiàn)能源流、數(shù)據(jù)流、業(yè)務(wù)流合一，提升電網(wǎng)綜合效率效益，滿足城市建設(shè)對能源、環(huán)境的綜合要求。

項目建設(shè)方案為在沈陽某66 kV變電站建設(shè)由分布式光伏、儲能電站等元素組成的微電網(wǎng)系統(tǒng)，結(jié)合5G基站，實現(xiàn)分布式光伏、儲能電站、充電樁和5G基站的一體化智能應(yīng)用。

1 屋面分布式光伏工程建設(shè)方案

本方案光伏電站裝機容量為91.3 kWp，采用166塊單晶硅550 W光伏組件，按容配比1.3配置接入1臺70 kW組串式逆變器，以0.4 kV電壓等級并入變電站低壓母線[1]。

1.1 光伏系統(tǒng)整體方案

本方案裝機容量為91.3 kWp，18塊光伏組件1串，接入組串式逆變器，0.4 kV電壓等級并入變電站低壓母線。

本方案3樓屋面光伏采用固定傾角支架形式安裝，混凝土配重塊基礎(chǔ)。1樓采光棚以組件平鋪方式安裝光伏組件(見圖1、圖2)。

1.2 年發(fā)電量計算

圖3為光伏電站平面布置圖，根據(jù)光伏組件電池組件25年衰減率，綜合考慮陰影遮擋及系統(tǒng)損耗，計算得出25年分年發(fā)電量。年均發(fā)電量10.6×104kWh，25年總發(fā)電量265.07×104kWh。

2 儲能電站建設(shè)方案

2.1 儲能系統(tǒng)集成方案

儲能電站方案是以磷酸鐵鋰電池作為儲能器件，通過雙向變流器實現(xiàn)交/直流電能變換和電能流向控制[2]，圖4為儲能電站控制原理圖。

圖1 3樓屋面光伏安裝示意圖

圖2 采光棚改造后光伏安裝示意圖

圖3 光伏電站平面布置圖

儲能系統(tǒng)100 kW/400 kWh，安裝在室內(nèi)，包含3個電池柜、1個變流器柜(PCS)及1個匯流柜。每個電池柜由1套電池管理系統(tǒng)來管理，每個電池箱由1個電池監(jiān)測單元來管理，電池柜的高壓直流總線匯流到高壓電氣匯流柜上，控制柜為每個電池柜提供CAN通信匯總接口，同時也可以通過以太網(wǎng)向電站能源管理系統(tǒng)上傳電池數(shù)據(jù)和信息，也可接收電站能源管理系統(tǒng)下發(fā)的指令，并執(zhí)行下發(fā)的指令[3]。

圖4 儲能電站控制原理

2.2 電芯設(shè)計

目前針對不同領(lǐng)域、不同需求，有多種儲能技術(shù)目前可選電池包括鉛酸電池、鈉硫電池、液流電

池和鋰離子電池等，鋰電池性能對比如表1所示。

由表1可知，磷酸鐵鋰電池作為鋰離子電池中的一種，具有能量和功率密度高、可靠性高、安全性高和沒有污染等特點。本方案采用成熟的由全自動生產(chǎn)線生產(chǎn)的標準230 Ah磷酸鐵鋰(LFP)方形鋁殼電芯為基本單元電芯，單體電池參數(shù)如表2所示。

表1 鋰電池性能對比

表2 單體電池參數(shù)

2.3 電池箱設(shè)計

電池箱的設(shè)計是進行電池串聯(lián)設(shè)計，根據(jù)電池箱的尺寸和所選的電芯，電池箱以16個電芯進行串聯(lián)，串聯(lián)后電池箱為1P16S，電壓為51.2 V。

2.4 電池柜設(shè)計

電池柜內(nèi)部主要安裝電池箱、主控箱、配套電線電纜，主控箱包括電池管理系統(tǒng)、高低壓電器保護件等。電池柜的設(shè)計采用分組分層設(shè)計，機柜外觀采用免維護技術(shù)(見圖5)。

圖5 電池機柜組裝示意圖

2.5 BMS電池管理系統(tǒng)

圖6為儲能電站系統(tǒng)，圖7為儲能電站平面布置，400 kWh儲能單元配置一套電池管理系統(tǒng)(BMS)，與儲能變流器通信，對電池進行保護性充放電。BMS采用三級結(jié)構(gòu)，包含電池系統(tǒng)管理單元(BAMS)、電池組管理系統(tǒng)(BCM)、電池檢測單元(BMM)、電流傳感器、繼電器及附件等。每個電池柜由14個磷酸鐵鋰電池箱串聯(lián)而成，由1套電池管理系統(tǒng)來管理。每個電池箱由16個230 Ah電芯通過1P16S方式進行成組，由1個電池監(jiān)測單元來管理。3個電池柜的高壓直流總線匯流到高壓電氣匯流柜上?？刂乒駷槊總€電池柜提供CAN通信匯總接口，同時也可以通過以太網(wǎng)向上層管理系統(tǒng)上傳電池數(shù)據(jù)和信息，也可接收上級管理系統(tǒng)下發(fā)的指令，并執(zhí)行下發(fā)的指令[4]。

圖6 儲能電站系統(tǒng)

圖7 儲能電站平面布置圖

3 充電樁工程建設(shè)方案

3.1 主要技術(shù)原則

a.直流充電機功率為15 kW，1機1充。

b.乘用車車位按長6 m、寬2.8 m設(shè)計，通道尺寸應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求。

c.車位采用單列式布置。

d.充電樁優(yōu)先使用光伏發(fā)電，其次由儲能電站供電，當(dāng)儲能電站處于欠電狀態(tài)時，由變電站站用變提供電源。

3.2 充電系統(tǒng)布置

本方案配置4臺15 kW直流充電機，1機1充，同時為4輛電動乘用車進行充電。

3.3 供配電系統(tǒng)布置

配置1臺0.4 kV分線箱(1進5出)，布置于變電站靠近圍墻處。

充電樁電源引自儲能電站交流母線，采用ZC-YJV22-0.6/1 kV-4x35+1x16 mm2交流電纜，經(jīng)過1進5出0.4 kV交流出線箱，選用4根ZC-YJV22-0.6/1 kV-4x25+1x16 mm2電纜分別接至4臺直流充電樁。充電樁平面布置圖如圖8所示。

圖8 充電樁平面布置圖

4 5G通信基站建設(shè)方案

5G基站架構(gòu)體系圖如圖9所示，本方案配置1套5G基站設(shè)備，天線等室外設(shè)備布置在變電站樓頂屋面上，其他室內(nèi)設(shè)備布置在變電站1樓空余房間內(nèi)，設(shè)備電源由變電站低壓側(cè)提供[5]。

5G基站是5G網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備，本方案配置的5G基站主要為變電站及對外設(shè)備提供無線覆蓋服務(wù)，確保有線通信網(wǎng)絡(luò)和無線終端的無線信號傳輸。

圖9 5G基站架構(gòu)體系圖

圖10 系統(tǒng)組網(wǎng)圖

5 智慧能源綜合服務(wù)平臺建設(shè)方案

5.1 系統(tǒng)組網(wǎng)方案

本項目智慧能源綜合服務(wù)解決方案包括智慧能源綜合服務(wù)平臺、能源管理機、智能監(jiān)測終端等，系統(tǒng)組網(wǎng)如圖10所示。

智慧能源綜合服務(wù)解決方案主要實現(xiàn)以下三大功能：①基于全方位綜合能源監(jiān)控；②安全生產(chǎn)、高效運維；③能量管理。

5.2 光伏電站部分平臺管理方案

a.光伏電站概況及狀態(tài)展示，圖11為光伏系統(tǒng)顯示頁面示意圖。

圖11 光伏系統(tǒng)顯示頁面示意圖

b.光伏電站告警管理。

c.智能診斷。

5.3 儲能電站部分平臺管理方案

a.儲能數(shù)據(jù)采集

本方案通過RS485實現(xiàn)儲能系統(tǒng)中PCS、BMS等設(shè)備、系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)和狀態(tài)參數(shù)采集[6]，并實現(xiàn)PCS充放電控制。將PCS雙向變流器的信息上傳至智慧能源綜合管理系統(tǒng)，并對故障信息進行記錄和告警提示。將電池信息上傳至智慧能源綜合管理系統(tǒng)，并對故障信息進行記錄和告警提示。圖12為儲能系統(tǒng)顯示頁面示意圖。

圖12 儲能系統(tǒng)顯示頁面示意圖

b.儲能設(shè)備管理

將儲能設(shè)備中電池運行狀態(tài)、電池SOC、電池SOH、充放電模式、額定充電功率、電池SOC告警、當(dāng)日充放電電量等信息進行實時數(shù)據(jù)展示。

將儲能設(shè)備中儲能逆變器：包括運行狀態(tài)、電壓值、電流值、頻率、有功充放電功率、無功功率、功率因數(shù)、效率、充放電量統(tǒng)計及告警信息等進行展示。

根據(jù)儲能運行情況，計算與展示儲能充放電情況以及儲能收益。

c.儲能優(yōu)化策略

綜合分析光伏出力特性、負荷特性以及儲能系統(tǒng)特性，分布式光伏儲能的收益受其調(diào)度策略的影響。在每個時段，光伏功率首先供給負荷，建議經(jīng)開儲能充放電大致策略如下：①光伏出力充足且蓄電池處于欠電狀態(tài)，剩余功率先給儲能充電，如有多余則向電網(wǎng)售電；②光伏出力不足且是高峰時段，儲能向負荷放電，如不足從電網(wǎng)購電；③光伏出力不足且是平或谷價時段，儲能從電網(wǎng)購電。

5.4 充電樁部分平臺管理方案

本方案通過RS485實現(xiàn)充電樁數(shù)據(jù)采集，實時監(jiān)測、顯示充電樁運行狀態(tài)，同時對運行狀態(tài)、充電歷史數(shù)據(jù)進行存儲。

5.5 站用變部分平臺管理方案

本方案智慧能源綜合服務(wù)平臺可對站用變用能能效進行分析，智能分析功能主要針對站用變用能能效情況，給出一定的分析建議。

圖13為統(tǒng)計峰谷平時間段用電量以及電費，錯峰后節(jié)約用電以及電費顯示。

圖13 站用變用能能效分析示意圖

6 低壓并網(wǎng)接入系統(tǒng)

本項目分布式光伏、儲能電站和充電樁通過并網(wǎng)柜接入變電站站用變0.4 kV母線側(cè)。圖14為66 kV智慧能源站系統(tǒng)。

圖14 66 kV智慧能源站系統(tǒng)

7 結(jié)語

本項目充分利用現(xiàn)有變電站基礎(chǔ)設(shè)施，實現(xiàn)可再生能源的就地消納。通過示范項目探索一條充電場站、儲能電站、5G基站與傳統(tǒng)變電站有機融合的發(fā)展路徑，打造可復(fù)制推廣的節(jié)地、高效、綠色、友好的智慧能源站模式，將會產(chǎn)生顯著的社會效益與經(jīng)濟效益。智慧能源站多能互補供能形式對國內(nèi)其他變電站有著良好的示范作用，同時加快推動新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。