分布式光儲微電網設計及應用研究

2017-10-25 15:29:15 新材料產業　點擊量：評論 (0)

微電網作為實現大規模分布式光伏利用的重要途徑，規劃建設分布式光儲微電網，可降低用能系統對大電網的依賴。總體來說，發展分布式光儲微電網的意義主要有以下4個方面：第一，平滑光伏發電的輸出功率波動。由于光

(1)光伏發電系統

光伏發電系統主要包括光伏組件和光伏逆變器。光伏組件是光伏系統的主要發電來源。光伏組件的種類有很多，如單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池和多元化合物太陽電池等。一般應用，“多晶硅”是首選。光伏逆變器是實現交直流能量轉換的核心部分。光伏逆變器主要有組串式逆變器和集中型逆變器，小型電力系統一般選用組串式逆變器。

(2)電池儲能系統

電池儲能系統主要包括儲能電池、電池管理系統和儲能變流器。儲能電池作為能量存儲的載體，既可實現能量搬移，也可實現功率補償。其中，鋰離子電池儲能技術是一種大規模高效電化學儲能新技術，相比于其他電池儲能技術，鋰離子電池具有如下優勢：電壓高、能量密度高、輸出功率高，能量效率高;電池使用壽命長，自放電低、環保無污染等，因此大規模儲能系統中得到越來越廣泛的應用。電池管理系統可以對電池陣列組進行全方位的監控、管理、保護、報警等，最大化延長儲能電池堆使用壽命。大型儲能系統一般采用三層模塊化結構，包括電池堆管理系統(BAMS)、電池簇管理系統(BCMS)、電池模塊管理單元(BMU)等組件。

(3)能量管理系統(EMS)

EMS是整個光伏微網系統的控制器，其能量管理功能包括系統運行模式判斷、功率調度及設備運行狀態控制，具體而言就是根據電網狀態判斷系統處于獨立運行還是并網運行，在獨立運行時需要根據功率動態平衡原則完成光伏發電和儲能系統的功率調度，根據系統狀態及設備狀態完成光伏并網逆變器的啟停控制和雙模式逆變器的組網控制;在并網運行時根據蓄電池的狀態完成雙模式逆變器的充電控制及并網逆變器的啟停控制。

2.設計原則

筆者設計的光伏混合微電網系統，應考慮如下幾個關鍵問題：

①蓄電池(如鉛酸電池)應具有較高的運行壽命。一般情況下，在100%放電深度下，鉛酸電池的充放電循環次數為600～1000 次，80%放電深度下為800～1200 次。②微電網系統的設計本著簡單、可靠，自動化程度高。微電網系統的各種電源及設備的運行控制應完全采用無人值守的設計運行，整個系統維護工作量少。③在保證系統安全、可靠的前提下，提供高品質的電能質量，保證當地居民的用電需求。④結合當地自然資源及負荷側需求響應特性，盡可能高的利用太陽能資源，減少棄光的同時，要保證在連續陰雨天2天內，50%的重要負荷供電需求。⑤系統采用模塊化設計，后期擴容方便，滿足即插即用的設計需求。

3.典型運行狀態

光儲微電網主要分為以下4種運行狀態。

(1)系統并網運行

系統并網運行時，PCS處于并網運行狀態，EMS根據蓄電池的荷電狀態判斷PCS是否需要對蓄電池進行充電以及以何種方式充電;對于不需要接受功率調度的微網電站，光伏并網逆變器最大功率發電，對需要接受調度指令的微網電站，EMS將調度指令發送給光伏并網逆變器按照指令控制發電功率。

(2)并網向獨立切換

在并網狀態下如果EMS檢測到電網失電或電網故障則控制并網開關斷開，同時PCS自動切換到獨立運行，以電壓源形式啟動組建系統電壓;光伏并網逆變器因失電停機，EMS在PCS啟動完成之后，控制并網逆變器重新啟動，系統進入獨立運行模式。

(3)系統獨立運行

系統獨立運行時，EMS的管理原則是通過電源和負荷的管理來維持微網功率的動態平衡，保證母線電壓和頻率的穩定。此時PCS電壓源運行，輸出三相交流電壓組網，光伏并網逆變器并聯運行。此時根據負荷大小與光伏發電等電源的發電功率大小EMS需要對電源和負荷進行管理。

這種情況下系統分為2種運行方式，一是負荷功率大于分布式電源的輸出功率，此時各電源最大功率發電，PCS補充負荷剩余部分的功率需求，蓄電池釋放電能，EMS實時監測蓄電池狀態，當蓄電池放電到截止電壓時，EMS應啟動負荷管理。負荷管理需要根據實際情況對不同負荷進行分類，優先重要敏感負荷的供電，首先切除不重要負荷直到蓄電池停止放電;二是負荷消耗的功率小于電源輸出的功率，此時PCS會給蓄電池充電，同樣EMS實時檢測蓄電池狀態，當蓄電池電量充滿后EMS限制電源的功率輸出，對可以接受調度的光伏發電系統，根據負荷大小控制其輸出，對不能接受調度的發電系統，EMS通過控制其開關機實現對發電功率的控制。對于由多組并網逆變器構成的系統，為降低光伏并網逆變器同時啟動對母線電壓的沖擊，需要根據實際情況(光伏逆變器的控制性能、數量、功率等級等)對其進行分步控制。

(4)獨立向并網切換

在獨立運行狀態下EMS檢測到電網電壓正常后，首先將PCS運行模式切換為并網運行，PCS自動調整輸出電壓與大電網的電壓同步，然后EMS閉合并網開關，所有設備并網運行，系統進入并網運行模式。

三、應用案例設計分析

1.應用場景描述

具體應用的分布式光儲微電網拓撲如圖2所示，光伏陣列通過DC/DC智能充電控制器給儲能系統充電，后經過DC/AC變流器接入交流母線，該方案廣泛應用于光儲微電網、光儲一體化可控型并網系統以及電動汽車光伏直流充電樁等應用場合。