安科瑞 師晴晴
江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405
摘要：本文介紹了ANPCS儲(chǔ)能變流器的定義、方案、技術(shù)參數(shù)以及產(chǎn)品特點(diǎn)，結(jié)合在嘉興光伏科技展示館儲(chǔ)能系統(tǒng)中的應(yīng)用案例，說明了儲(chǔ)能變流器在微電網(wǎng)系統(tǒng)中改善分布式能源的間歇性、波動(dòng)性，提高電網(wǎng)的可靠性，以及對(duì)重要負(fù)載的應(yīng)急保電起到了至關(guān)重要的作用。
關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能變流器，微電網(wǎng)，儲(chǔ)能電站，光伏
引言
分布式能源具有間歇性、波動(dòng)性、孤島保護(hù)等特點(diǎn)，分布式能源電能質(zhì)量差，分布式能源設(shè)備利用率沒有被充分發(fā)掘。微電網(wǎng)是為整合分布式發(fā)電的優(yōu)勢、削弱分布式發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的沖擊和負(fù)面影響而提出的一種新的分布式能源組織方式和結(jié)構(gòu)，能分布式能源電能質(zhì)量差、分布式能源設(shè)備利用率不能被充分發(fā)掘等分布式能源的不足。
微電網(wǎng)通過整合分布式發(fā)電單元與配電網(wǎng)之間關(guān)系，在一個(gè)局部區(qū)域內(nèi)直接將分布式發(fā)電單元、電力網(wǎng)絡(luò)和終端用戶在一起，可以方便地進(jìn)行結(jié)構(gòu)和配置以及電力調(diào)度的優(yōu)化，優(yōu)化和提高能源利用效率，減輕能源動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的影響，推動(dòng)分布式電源上網(wǎng)，降低大電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)，改善可靠性，并社會(huì)向綠色、環(huán)保、節(jié)能方向發(fā)展。微電網(wǎng)是當(dāng)前能源和電力普遍認(rèn)可的解決方案。
本項(xiàng)目擬建設(shè)一套含分布式光伏、電池儲(chǔ)能的微電網(wǎng)系統(tǒng)，通過低壓配電柜給負(fù)載供電，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)設(shè)備接口采集相關(guān)信息，并通過智能配電柜對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行投切，在并網(wǎng)及孤島情況下實(shí)現(xiàn)發(fā)電、儲(chǔ)能及負(fù)荷的控制，保持微電網(wǎng)系統(tǒng)的平衡運(yùn)行。
1、項(xiàng)目概述
嘉興秀洲高新區(qū)建設(shè)了一個(gè)2.9平方公里、建筑面積1.99平方公里的“光伏小鎮(zhèn)”，該小鎮(zhèn)圍繞“光伏概念”主題進(jìn)行編制，專門規(guī)劃了文化休閑服務(wù)區(qū)，設(shè)置光伏科技展示館、小鎮(zhèn)旅游集散服務(wù)中心等設(shè)施。
其中光伏科技展示館總建筑面積8555平方米，這座建筑還將擁有靚麗多功能的外墻，墻面由碲化鎘光伏薄膜玻璃和多晶硅光伏板組成，不僅看上去非常現(xiàn)代化，而且還能夠利用太陽能進(jìn)行發(fā)電，太陽能發(fā)電總功率達(dá)到350千瓦，一部分用于建筑本身用電負(fù)荷及并網(wǎng)，一部分進(jìn)行儲(chǔ)能，增加儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠有效提高新能源參與調(diào)峰調(diào)頻能力，使新能源電站在無光情況下仍能夠參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)，提高電網(wǎng)運(yùn)行可靠性，降低調(diào)頻調(diào)峰成本。同時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的增加能夠有效緩解能源消納問題，提高新能源利用率，提高新能源電站效益。同時(shí)大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用技術(shù)可進(jìn)一步在低壓配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中做進(jìn)一步推廣應(yīng)用，平抑新能源波動(dòng)，改善并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量，帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
2、儲(chǔ)能變流器的定義
電池儲(chǔ)能作為大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的重要形式之一，具有調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、事故備用等多種用途。與常規(guī)電源相比，大規(guī)模儲(chǔ)能電站能夠適應(yīng)負(fù)荷的快速變化，對(duì)提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行水平、電網(wǎng)供電質(zhì)量和可靠性起到了重要作用，同時(shí)還可以優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保，達(dá)到電力系統(tǒng)的總體節(jié)能降耗，提高總體的經(jīng)濟(jì)效益。
儲(chǔ)能變流器（Power Conversion System，簡稱PCS）電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)中，連接于電池系統(tǒng)與電網(wǎng)（和/或負(fù)荷）之間的實(shí)現(xiàn)電能雙向轉(zhuǎn)換的裝置，可控制蓄電池的充電和放電過程，進(jìn)行交直流的變換，在無電網(wǎng)情況下可以直接為交流負(fù)荷供電。
PCS 由 DC/AC 雙向變流器、控制單元等構(gòu)成。PCS 控制器通過通訊接收后臺(tái)控制指令，根據(jù)功率指令的符號(hào)及大小控制變流器對(duì)電池進(jìn)行充電或放電，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)有功功率及無功功率的調(diào)節(jié)。 同時(shí)PCS 可通過CAN接口與BMS通訊、干接點(diǎn)傳輸?shù)确绞剑@取電池組狀態(tài)信息，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的保護(hù)性充放電，確保電池運(yùn)行。
3、方案設(shè)計(jì)
根據(jù)嘉興光伏科技展示館要求，配置了一臺(tái)50kW的儲(chǔ)能變流器。
4、產(chǎn)品基本控制功能及保護(hù)功能
4.1基本控制功能
● 并網(wǎng)恒功率充、放電控制
● 并網(wǎng)恒壓限流充電
● 離網(wǎng) V/F 控制
● 無功調(diào)節(jié)控制
● 并網(wǎng)-離網(wǎng)平滑切換控制
● 防孤島保護(hù)功能及孤島檢測進(jìn)行模式切換功能
● 故障穿越控制功能
4.2基本保護(hù)功能
● 電池性反接保護(hù)
● 直流過壓保護(hù)
● 直流過流保護(hù)
● 網(wǎng)側(cè)過/欠壓保護(hù)
● 網(wǎng)側(cè)過流保護(hù)
● 網(wǎng)側(cè)過/欠頻保護(hù)
● IGBT 模塊過流保護(hù)
● IGBT 模塊過溫保護(hù)
● 變壓器/電抗器過溫保護(hù)
● 防雷保護(hù)
● 非計(jì)劃性孤島保護(hù)
5、產(chǎn)品優(yōu)勢
模*的模式切換平滑控制技術(shù)，保證并網(wǎng)-離網(wǎng)兩種模式相互切換無沖擊，確保變流器可靠運(yùn)行。保證變流器并網(wǎng)時(shí)按要求增減有功功率、無功功率；獨(dú)立運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定負(fù)荷電壓、頻率。
● 充電、放電一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)的能量雙向流動(dòng)；
● 的矢量控制算法，實(shí)現(xiàn)有功、無功的解耦控制；
● 功率因數(shù)任意可調(diào)，在容量范圍內(nèi)可以全發(fā)無功，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償；
● 在MEMS（微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)）的調(diào)度下，主動(dòng)參與電網(wǎng)的調(diào)峰，有效緩解大電網(wǎng)的壓力；
● 支持并網(wǎng)運(yùn)行、離網(wǎng)運(yùn)行；并可以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)與離網(wǎng)的平滑無縫切換；
● 支持微網(wǎng)運(yùn)行，可為微網(wǎng)提供穩(wěn)定的電壓和頻率支撐；
● 主動(dòng)式與被動(dòng)式孤島檢測方法相結(jié)合，滿足 UL1741 標(biāo)準(zhǔn)；
● 完善的繼電保護(hù)功能，有效防止逆變器的異常損壞；
● 支持多種儲(chǔ)能電池，不同的型號(hào)僅控制器的軟件不同；
● 提供 CAN 、485，可與電池管理系統(tǒng)（BMS）、上層監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通訊；
● 多臺(tái)PCS可實(shí)現(xiàn)多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行；
● 支持交流側(cè)短時(shí)短路運(yùn)行模式；
● 支持自同期功能；
● 高可靠性機(jī)柜設(shè)計(jì)，滿足不同運(yùn)行區(qū)域需要。
● 主功率回路采用高可靠性功率模塊。
6、應(yīng)用案例
嘉興光伏科技展示館現(xiàn)場圖片如圖所示：
儲(chǔ)能變流器廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、軌道交通、、石油機(jī)械、新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電、太陽能光伏等領(lǐng)域，在電網(wǎng)削峰填谷、平滑新能源波動(dòng)，能量回收利用等場合實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)電壓頻率主動(dòng)支撐，提高供電電能質(zhì)量。
儲(chǔ)能平滑光伏波動(dòng)
儲(chǔ)能削峰填谷（利用峰谷電價(jià)錯(cuò)峰用電）
儲(chǔ)能參與電網(wǎng)調(diào)頻
● 可用于風(fēng)能、太陽能等分布式發(fā)電系統(tǒng)中，保證分布式電源供電的均衡性和連續(xù)性，有效地改善其電能輸出質(zhì)量，提高接入電網(wǎng)的能力。
● 可用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定中，可以通過快速的電能存儲(chǔ)來響應(yīng)負(fù)荷的波動(dòng)，吸收多余的能量或補(bǔ)充缺額的能量，實(shí)現(xiàn)大功率的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，很好地適應(yīng)頻率調(diào)節(jié)和電壓功率因數(shù)的校正，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
● 可作為應(yīng)急電源，在大電網(wǎng)或其他電源掉電期間向用戶提供電能，提高供電的可靠性。
● 可用于電網(wǎng)削峰填谷，可以緩解用戶側(cè)的供需矛盾，減少發(fā)電設(shè)備的投資，提高電力設(shè)備的使用率，減小線路損耗。
● 可用于微網(wǎng)中，作為主電源，提供微網(wǎng)的電壓和頻率支撐，使風(fēng)電和光伏在微網(wǎng)中出力，給區(qū)域性負(fù)荷供電。
● 可用于各種類型的儲(chǔ)能元件，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能與電網(wǎng)的柔性接口，能滿足獨(dú)立或并網(wǎng)運(yùn)行的要求。
7、結(jié)束語
嘉興光伏科技展示館通過增加儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠有效提高新能源參與調(diào)峰調(diào)頻能力，使新能源電站在無風(fēng)/光情況下仍能夠參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)，提高電網(wǎng)運(yùn)行可靠性，降低調(diào)頻調(diào)峰成本。同時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的增加能夠有效緩解能源消納問題，提高新能源利用率，提高新能源電站效益。同時(shí)大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用技術(shù)可進(jìn)一步在低壓配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中做進(jìn)一步推廣應(yīng)用，平抑新能源波動(dòng)，改善并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量，帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
【參考資料】
［1］ 安科瑞儲(chǔ)能樣本資料。
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