微电网系统及储能逆变器技术介绍2015

独立型微电网
仅有小水电地区 供电能力下降的风光 互补地区
加入 光储系统 组建微网
柴油供电的地区 无电海岛
不与常规电网相联接，独立运行，利用电源发电满足微网内负荷需求的系统；
可以与柴油机等发电设备并列运行，可实现燃料节约；
基于综合能量管理系统，实现负荷的动态平衡。

柴油发电机污染大且度电成本高达4元/kWh；
40kW独立光储电站年久失修且容量太小； 目前的电源配置无法保障措勤县城全年连续可靠供电。

西藏阿里光伏储能微网系统—项目特点
（1）电源的多样性：该项目是典型的可再生能源多能互补供电系统，包括的电源种类有：风电、光伏、小 水电、柴油发电，蓄电池储能，是目前同一项目中电源类型最多的，使项目的规划、运行和能量管理都 增加了难度。 （2）运行的复杂性：该项目中小水电、光伏、柴电和储能三个主电源容量基本相当，目前多能互补供电系 统中常用的主从控制方式难以适用，需要采取对等控制方式，尤其是逆变器与小水电的下垂控制难度很 大，极大增加了运行控制的复杂性。
光伏组件
光伏逆变器
光伏子系统
光伏子系统： 由25个光伏单元组成，每个单元含80个 225Wp组件、1台30kW逆变器和1个配电开
关。微网系统的主要能源。

西藏阿里光伏储能微网系统—系统组成
交流电流 直流电流 阳光电源设备 其他设备 变压器
储能逆变器
直流配电柜
蓄电池
水电
柴油机
升压变
升压变
降压变
用电负载
用电负载
用电负载
用电负载
交流配电柜 400V交流母线
光伏组件
光伏逆变器
交流汇流箱
变压器
储能逆变器
直流配电柜
蓄电池
光伏组件
光逆变器
光伏子系统
储能子系统
储能逆变器
蓄电池

西藏阿里光伏储能微网系统—系统组成
光伏组件
光伏逆变器
交流汇流箱
光伏和储能解耦设计，控制简单
具有带MPPT功能的DCDC控制器 通过智能配电柜协调控制 建议适用于500KW以下的微网和离网系统
微电网系统介绍 西藏阿里微网系统 关键设备
8
8
西藏阿里光伏储能微网系统—项目概况
项目背景：位于西藏自治区阿里地区，海拔4700米，该
满足相关国家和地区的认证要求
子系统信息
功率分配
IEC-61850
输出电流谐波小

虚拟同步电机VSG技术
将储能逆变器虚拟为同步发电机特性
主要优势 多机并联 弱网控制 并离网无缝切换
结合蓄电池SOC参与控制

实现控制策略和模式选择
交流母线微网系统方案
大型村落
集中型交流微网 系统
功能：


光储系统独立供电
与柴油机组、市电并联运行 高效、更灵活、更适合于多种可再生能源发电系统的接入 供电半径宽，易于扩容，适合长线传输 通过能量管理系统可以做到实时的供需平衡，供电稳定性高 建议适用于MW级微网系统
设备 储能逆变器 光伏逆变器 能量管理系统
县城最大负荷670kW，年用电量140万kWh，距拉萨和 阿里主网均超过900km，短期内无法与主网相联。县城 独立供电系统原有电源主要包括：3台350kW小水电机 组、1台500kW柴油发电机组和40kW独立光储电站。 原供电系统存在的问题：

小水电站供电质量差且冬季枯水期基本无出力；
储能子系统
储能逆变器
蓄电池
储能子系统： 由2.7MWh高原专用胶体蓄电池、300KWh锂电池、2套直 流配电柜，2台500kW逆变器、1台315/400 1MW双分裂变 压器组成。 直流配电柜和500kW储能采用集装箱的方式，便于安装、维 护、以及系统调试。

西藏阿里光伏储能微网系统—系统组成

西藏阿里光伏储能微网系统—系统组成
能量管理柜
SCADA监控
能量管理系统
能量管理系统： 由能量管理柜和SCADA监控组成，调度和监控 整个系统的运行，实现系统能量匹配，电池电 压平衡及保护，实时数据显示等功能

西藏阿里光伏储能微网系统—运行模式
跟踪计划曲线，改善预测精度，提高可再生能源渗透率；
“友好互动”
“峰谷电价”
微电网
用户侧管理系统，与大电网的灵活互动；实现新能源自发自用及分时电价； “应急供电”
应用于分布式可再生能源渗透率较高地区

与大电网联接，主要是并网运行，也可以离网运行的区域配电网；
小水电发电单元 —— 只能组网运行提供电压支撑
水力发电机 3*350KW——两台机组以电压源模式组网运行，另一台 作为应急备用电源

交流线路 直流线路 网口通信
阳光电源设备
其他设备
串口通信 能量管理柜 SCADA监控
能量管理系统 配电子系统 传统发电系统
10KV交流母线
微网发电，是指由分布式电源、储能装置、相关负
荷和监控、保护装置汇集而成的发配电系统，是一个
能够按照预定目标，实现自我控制、保护和管理的自 治系统。 微电网一般分为联网型和独立型 系统方案主要分为共交流母线和共直流母线

联网型微电网
大电网
“跟踪计划曲线”
“提高预测精度”
柴油 发电 机控 制系 统
协调 控制系统
G
光伏发电系统 柴油发电机
储能
储能系统
储能
光伏发电系统
联合供电模式 小水电站与“风—光—储—柴”微电 网并联运行组成联合发电系统向负载供电
小型水电站
~ ~
风力发电系统
负荷 原有电站 新建示范电站

西藏阿里光伏储能微网系统—运行模式

西藏阿里光伏储能微网系统—运行模式
50.4Hz 235V
49.55Hz
水电独立运行频率波动（0.85Hz）
225V
水电独立运行电压波动（10V）
50.14Hz
236V
49.76Hz
微网和水电并联运行频率波动（0.38Hz）

独立供电模式
基于功率预测的能量管理系统
小水电独立供电——两台水力发电机 组并联组网（另一台作为应急备用电源） 向负载供电 微电网独立供电——两台储能逆变器 （PCS）以下垂模式组网与光伏、风机并 联（柴油发电机作为应急备用电源）向负 载供电
G
小水电与 混合储能 协调控制 系统
小水 电机 组控 制系 统
Pm
Pe
1 J 0s
ref
1 s
ref
uok
U
d
iLk
i
Ld
计算
Q Q
Qref
U0
VSG控制 算法
n
U-Q下垂控制
Uref
参考 电压 生成 + dq 坐标 变换
U
q
ref
电 压 环 PI 控 制
i
Lq
ref
电 流 环 PI 控 制
ua ub uc
SVPWM 调制
1 Pm Pref (0 ) m
一次调频

d Pm Pe J dt 惯性模拟
U ref U 0 n(Qref Q)
一次调压
西藏阿里光伏储能微网系统—运行模式
不同电池采用不同的下垂系数 基于小信号分析理论及实验结果，对现场两台PCS下垂系数的设计方法：
方法：锂电PCS：铅酸PCS=3:1——避免大下垂系统不稳定性 铅酸下垂曲线上移——保证在同一频率处按容量进行充放电 结论： 通过选择变比小的下垂系数及曲线上移的办法实现容量配比

西藏阿里光伏储能微网系统—运行模式
不同电池采用不同的下垂系数
应用场合——具有电压支撑的微电网或弱电网
变下垂 传统下垂
适用产品——带有储能的并网/并联逆变器 技术难点——如何实现下垂（电压源）与电流源之间的无 缝模式切换 重要作用——根据系统频率自动限制储能电池的出力防止 其长时间出现过冲与过放，延长其使用寿命
结论：从实测小水电独立供电时，负载侧输出电压的幅值与频率值可以看出， 其输出电压的幅值和频率都存在较大的波动——电能质量较差

西藏阿里光伏储能微网系统—运行模式
采用VSG控制
W-P下垂控制
虚拟惯性环节
Pref
电压、电流环控制
0

uok
iok
0
1 m
PQ
P
P
西藏阿里光伏储能微网系统—电气参数
分布式发电单元 —— 只能依赖于电网运行无法提供电压支撑 光伏 440KW——以电流源模式并网运行 柴油发电机 500KW——备用或降容50%以电流源模式并网 风机 2*30KW——以电流源模式并网运行 储能逆变器单元 —— 既可组网又可并网运行提供电压支撑 铅酸储能逆变器500KW——容量为2.7MWH以下垂控制模式运行 锂电储能逆变器500KW——容量为300KWH以下垂控制模式运行
超级电容
液流电池

更好的满足电网接入的相关要求
1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -1 2 时间(s) 曲线1
并网点电压(pu)
0 0.15
0.625
低电压穿越2s，零电压穿越150ms
调度依据 调度指令 AGC AVC
配电子系统
降压变
用电负载
用电负载
用电负载
用电负载
交流配电柜
配电子系统： 配电子系统由储能系统配电子系统、站内配电子系统和负荷配 电子系统组成。

西藏阿里光伏储能微网系统—系统组成
传统发电系统
水电
柴油机
升压变
传统发电系统： 由3台350KVA的水电机组和1台500KVA的柴 油发电机组组成，能够独立组网，也能够与微 网系统共同组网或作为备用电源
SC1000TS
储能产品

储能逆变器发展趋势
功率密度逐渐增大 效率不断提高，系统不断优化 >98.6%
交流直并
更精细化的内部管理：风扇等关键部件精细化管理，直流配电管理，散热管理…

支持多种电池接入
锂电池
铅酸电池
电网及负荷
基于VSG多机并联技术
采用先进的并联技术，能够实现至少10台的多机并网和离网并联。 能够有效的提高系统的扩容性和灵活性。
Байду номын сангаас

微电网系统介绍 西藏阿里微网系统 关键设备
25
25
储能产品是微网中不可或缺的单元 其中最关键的设备是储能逆变器和能量管理系统

阳光电源储能产品
SC30/50
SC100
SC250
SC500TL
储能逆变器
能量管理系统
DCDC控制器

型号 SC500TL SG500MX MEMS1000
直流母线离网系统方案
海岛地区
偏远地区
直流母线微网/离网方案
功能：


设备 储能逆变器 DC/DC控制器 智能配电柜

光储系统独立供电
与柴油机组、市电并联运行
型号 SC30/50/100 SD220200/220300 PMD-AI100/500K

微电网系统方案及关键设备

演讲人：曹伟 日 期： 2015/9/22 地 点： 烟台
1
微电网系统介绍

西藏阿里微网系统 关键设备

2
2
2
什么是微电网发电
234V
微网和水电并联运行电压波动（2V）
西藏阿里光伏储能微网系统—结论
微电网的配置及性能指标——控制方案的选择 下垂控制参数的选择与配比——保证系统稳定的根本 水电弱网特性的认识与分析——微电网与水电并联成功的关键 微电网与水电为负荷供电策略——项目成功的奠定与科研价值的体现

（3）集成的高难性：该项目不仅涉及到新建的风、光、储电源，还需要对原有只能独立运行的柴电和小水
电进行改造，并将其纳入到统一的监控和能量管理中。 （4）高海拔设备运行困难性：该地区海拔高达4700米，小水电、储能系统、柴油发电机等都存在降容运 行问题，逆变器设备存在绝缘、耐压、散热等一系列困难。