园区光储充微电网典型方案及运行模式研究

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容量按 300kWp 考虑, 交流微电网包括 300kWp 分布
式 光 伏、 250kW / 500kWh 电 化 学 储 能 系 统、 2 台
120kW 直流充电桩、 重要负荷。 微电网接入系统方案
按照就近分散接入, 就地平衡消纳的原则进行设计,
交流微电网 0. 4kV 母线通过一回电缆线路接入园区中
级。 根据能量守恒原则, 确定互联点位置及其数量。
还需结合园区配电网络接入特点及各典型混合微网拓
扑结构的优缺点, 选定适宜的网架结构。
1. 2 设备容量配置方案
微电网系统各电源容量的配置主要遵循以下技术
原则: (1) 能量守恒原则。 分布式能源的容量及所
接配电网的容量和微电网内部的负荷容量相匹配; 微
优先为负荷供电, 当负荷用电量减少或进入检修状态,
多余的电量储存在储能电池内, 当阴雨天或晚上光伏
发电量不足以满足负荷用电时, 储能系统进行放电,
实现削峰填谷, 减少微电网和电网的功率交换波动,
提高用电安全可靠性和风光可再生能源自消纳比例。
1. 3 光储充微电网典型方案
针对某个产业园区的供电系统, 该用户配电系统
微电网网架结构设计流程、 设计分布式电源和微电网典型并网方案、 制定微电网不同场景运行模式,
提出采用负反馈控制器的新型平滑切换运行方案、 结合具体案例对微电网经济性进行建模分析。 为园
区光储充微电网规划及建设提供借鉴的技术方案。
关键词: 可靠供电; 光储充微电网; 运行模式; 经济性
0 引言
性, 对园区光储充微电网工程规划及建设提供建议。
场景 2 离网运行状态
当微电网在离网运行模式下, 微电网控制模式分
为主从控制模式、 对等控制模式和分层控制模式, 选
择采用主从控制模式, 在微电网处于离网运行时微电
网内必须有采用 V / f 控制的主控制单元, 提供微电网
电压参考值和频率参考值, 其余采用恒功率控制的为
从电源, 继续维持微电网系统的功率平衡。
包括专用中心配电室 1 座、 630kV 终端型专用箱变 1
台、 800kVA 终端型专用箱变 1 台、 1000kVA 环网型
专用箱变 2 台, 专用中心配电室电气主接线形式为单
母线分段接线, 专用箱变电气主接线形式为单母线接
线。 由于充电桩和重要负荷均为交流负荷, 总功率约
为 220kW, 根据微电网能量守恒原则, 微电网内光伏
务, 作为独立购售电主体按照市场规则参与电力市场
交易, 按照当地执行电价情况进行储能余电销售; 根
据当地需求响应激励制度, 微电网参与电力需求侧响
应, 从而获得的增量收益。
参考某个工业园区智慧能源项目, 园区微电网建
设规模包括 4. 7MWp 分布式光伏以及一套微电网系统
含 300kWp 分布式光伏、 250kW / 500kWh 电化学储能
电网、 交直流混合微电网。 本文归纳出微电网系统网
架设计的一般流程, 首先对负荷进行调研, 了解交流
负荷与直流负荷的分布, 按重要性对负荷进行分类;
了解拟建地气候概况, 现有分布式电源情况以及适宜
扩建光伏电池板的区域。 根据分区原则, 细化各子微
电网, 主要是分配输出直流电、 交流电的分布式电源
以及交直流负荷。 根据分层原则, 选定母线电 压 等
图 2 状态跟随主控制器结构图
图 3 运行模式平滑切换逻辑图
3 考虑分时电价园区微电网效益分析
本文选取湖北某园区, 对光伏储充微电网收益分
析, 主要分为三个部分: (1) 分布式电源消纳收益。
本项目选取园区平均负荷 2. 5MW, 年用电量约 1000
万 kWh, 厂区内全年生产日供电天数为 312 天, 生产
[5] 提出了几种产业园区新能源微电网供电模式。
上述研究成果存在推广应用困难、 经济性差等问
题, 基于已有研究成果, 本文搭建了园区光储充微电
网的系统架构, 对园区光储充微电网典型方案及运行
模式进行研究, 最后论述了园区光储充微电网的经济
1 园区微电网典型方案
1. 1 微电网拓扑结构设计原则
微电网典型拓扑结构可分为交流微电网、 直流微
和管理更加复杂, 同时太阳能的利用具有不可预测
性, 阴雨天或者晚上太阳能不具备发电能力, 或者在
园区负荷低谷期而太阳能处于大发时段, 导致电网潮
流波动异常, 严重时会导致供电崩溃。
基于此背景在园区建设微电网系统, 可以实现分
布式电源就地消纳, 具有更平稳的对外输出特性, 有
效减轻对园区电网的冲击性, 在电网严重故障时, 能
(2) 光伏发电量近似等于负荷用电量, 即微电
网系统内基本能实现自发自用, 在这种场景下储能模
块作为微电网系统供电备用单元, 日常处于浮充运行
状态下, 不进行深度循环充放电, 主要用于平抑光伏
发电波动性, 保障光伏发电量和负荷用电量实时平
衡, 提高微电网系统的调节能力。 当光伏发电低于负
荷用电量时, 控制储能放电, 当光伏发电高于负荷用
生双向流动, 大电网为微电网提供刚性支撑, 微电网
对储能和光伏均采用 PQ 控制, 需根据光伏发电量及负
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电气技术与经济 / 研究与开发
荷用电量差额灵活调整储能充放电策略, 具体如下:
(1) 光伏发电量远大于负荷用电量, 多余的光伏
状态不会发生跃变。 当微电网由并网运行切换至离网
运行时, S2 , S3 打开, S1 , S4 闭合, 此 时 P / Q 控 制
器断开, V / f 控制器投入运行, 由于加入了负反馈控
制器, 克服了切换瞬间电流内环控制器输入信号的跃
变, 微电网并网与离网运行模式的平滑切换控制逻辑
如图 2 所示。
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微电网系统内就地消纳, 需合理设计光伏接入微电网
的容量, 优先考虑光伏发电与负荷供电动态平衡, 微
电网内光伏容量可按 300kWp 考虑, 光伏发电出力高
峰时段集中在 10: 00 ~ 15: 00, 此时段内分布式电源
心配电房中 0. 4kV 母线Ⅱ段馈线柜旁扩建低压柜的备
用回路。 根据对园区屋顶资源调查, 园区屋顶光伏建
设总容量约 5MWp, 其中 300kWp 分布式光伏考虑接
入园区微电网系统, 剩下 4. 7MWp 屋顶分布式光伏发
电, 经逆变后形成 800V 集电线路, 经升压汇集后最
终以 1 回 10kV 出 线 线 路 接 入 园 区 中 心 配 电 室 Ⅰ 段
并通过实测数据证明了所设计系统的合理性。 文献
[3] 提出 1 类基于公共储能的微电网互联结构, 实现
不同 馈 线 下 电 压、 频 率 各 异 的 微 电 网 互 联。 文 献
[4] 研究园区光储充微电网的顺序控制策略, 包括
并网 模 式 和 离 网 模 式 以 及 并 离 网 切 换 技 术。 文 献
电气技术与经济 / 研究与开发园区光储充微电网典型Fra bibliotek案及运行模式研究
张云龙 康 慨 缪翼军 李启宏 唐 畅
( 湖北省电力勘测设计院有限公司)
摘 要: 为促进园区可再生能源高效应用, 满足园区重要负荷可靠供电及并网下的经济运行需求, 研
究适合工业园区推广应用的光储充微电网, 对微电网网架结构、 容量配置及运行模式进行研究, 提出
电网在孤网运行时, 分布式能源能为主要负载提供充
足电能, 并留有一定备用容量。 (2) 就近消纳, 提
高能源效率。 分布式能源在微电网系统内就地消纳,
白天光发电量大于负荷用电量时, 储能吸收多余的电
量, 在负荷高峰时段放出, 提高光伏利用率。
根据对 园 区 负 荷 进 行 调 研, 园 区 重 要 负 荷 约
日光伏消纳比例约为 80% , 由于非生产日负荷会降
低, 非生产日负荷约为 100kW, 非生产日光伏消纳比
例约为 5% , 全寿命周期内考虑光伏综合消纳比例约
为 65% , 5MWp 光伏系统总发电量为 491. 6kWp, 年
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发电量一部分存入储能单元, 另外一部分直接上网,
储能双向逆变器模块控制储能进行充电, 当储能充电
达到设置上限后, 停止充电, 控制储能系统的放电,
白天时平滑光伏出力的波动性, 增强光伏发电单元供
电的稳定性, 避免光伏出力骤减导致微电网与大电网
并网联络线功率波动, 降低微电网系统对大电网的风
险, 晚上, 由储能系统放电满足负荷的供电需求。
100kW, 充电负荷主要为 2 台 60kW 直流充电桩, 考
虑都接入园区微电网系统。 储能容量配置原则主要是
满足微电网离网运行, 储能作为主电源为充电桩和重
要负荷提供短时供电 ( 暂按 2h 供电时间考虑) , 结合
储 能 电 池 技 术 选 型, 储 能 容 量 配 置 为 250kW /
500kWh。 根据微电网能量守恒原则, 分布式能源在
够实现孤岛运行, 保证微电网内部重要负荷的供电安
全。 当前微电网技术理论研究较为成熟, 但技术商业
应用 尚 未 清 晰, 行 业 还 处 于 应 用 探 索 阶 段。 文 献
[1] 制定了离网有功协调控制策略和无功协调控制
策略, 构建了一种基于园区微电网的协调控制系统。
文献 [2] 开展了系统的容量配置和控制架构设计,
电气技术与经济 / 研究与开发
均收益约为 337 万元。 (2) 储能削峰填谷收益。 储能
系统 日 常 运 行 在 削 峰 填 谷 模 式, 储 能 系 统 容 量 为
500kWh, 每次满电可放电电量为容量的 90% , 放电
量约为 400kWh, 储能充电时间主要在谷时完成, 在
24h 内完成一充一放, 放电时间在尖峰或高峰完成。
示。 并网运行时, S2 , S3 闭合, S1 , S4 打开, 储能逆
变器并网运行时采用 PQ 控制, 离网运行则采用 V / f
控制, 将 PQ 控制器和 V / f 控制器与负反馈控制器连
接, 即保证 V / f 控制器与 P / Q 控制器的输出状态同
步, 确保控制器由 P / Q 控制过渡到 V / f 控制时, 输出
在社会发展和经济增长驱动下, 我国产业园区数
量和规模持续增长, 随着园区制造生产升级、 充电桩
等大功率负荷接入, 园区用户负荷日益增大、 峰谷之
间的负荷差额将会导致电力系统供需不平衡现象, 园
区也是能源浪费重灾区, 最大的能源消耗根本在电
力。 园区屋顶光伏并网方式较为普遍, 传统屋顶光伏
并网会影响园区电网稳态与暂态性, 使配电网的改造
电量时, 控制储能充电。
(3) 光伏发电量远小于负荷发电量, 即在阴雨天或
一年春冬季, 光伏发电量严重不足时, 储能单元可以在
晚上用电低谷时段进行充电, 将低价电储存, 在白天用
电高峰期配合光伏单元, 控制储能单元进行放电, 实现
削峰填谷, 一方面缓解电网供电压力, 另一方面利用峰
谷价差和光伏发电, 实现微电网经济效益的最大化。
现行市场储能用锂电池在适宜温度范围内满充满放
6000 次左右, 电池可使用容量会掉到原额定容量的
80% , 同时放电容量会下降, 整体寿命能够达到 12
年, 每年可产生节能效益约 12. 5 万元。 (3) 微电网
附加辅助服务收益。 当园区电网或大电网进入检修或
突发故障, 微电网运营主体承担电网内的保底供电服
系统、 2 台 120kW 直流充电桩。 综合考虑分布式电源
消纳、 峰谷电价差、 辅助服务等多种收益基础上, 项
场景 3 并离网切换运行状态
当微电网运行状态由并网切换至离网运行时, 由
于储能 V / f 控制器的输出信号瞬间被投入, 内环控制
器的输入信号瞬间变为零, 采用这种简单切换方式,
在暂态时刻将产生较大的电压、 频率和功率波动。 为
避免 P / Q 和 V / f 控制器切换过程中输出状态的跳变,
在外环控制器内加入负反馈控 制, 原 理 如 图 2. 1 所
10kV 母线 侧, 采 用 “ 自 发 自 用、 余 电 上 网” 模 式,
提升光伏发电效益。
图 1 园区光储充微电网主接线
2 运行模式分析
微电网运行模式需要结合实际运行工况和项目的
运行需求, 合理的运行策略是微电网可靠和经济运行
的保障, 制定不同场景运行模式如下:
场景 1 并网运行状态
微电网工作在并网运行模式下, 能量在 PCC 处发
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