智能微电网系统方案

作者：舜通智能 来源：www.sitcsys.com 发布时间：2022-09-24 热度：0

1.  工程概况

   1.1  微电网系统概述

        本项目建设一套光伏储能微电网系统，通过低压配电柜给厂区负荷供电，实现对各个设备接口采集相关信息，并通过智能配电柜对各个环节进行投切，在并网及孤岛情况下实现光伏发电，储能及负荷的控制，保持微电网系统的平衡运行。
        本项目建设的微电网系统，系统由分布式光伏发电系统、锂电池储能系统、充电桩及负荷控制系统、远程云监控系统以及EMS能源管理系统构成。其中远程云控制系统实现对分布式电源、负载装置和储能装置的远程控制，EMS能源管理系统对分布式电源实时运行信息、报警信息进行全面的监视并进行多方面的统计和分析、实现对分布式电源的全方面掌控，能源管理系统可控制分布式电源平滑出力与能量经济调度。

   1.2  系统拓扑图

        微电网系统由6个部分组成包括：微网配电系统、光伏系统23kWp、储能系统36.4kWh、电动车直流充电系统30kW、EMS能量管理系统、远程云平台系统。微电网配电系统实现对离网/并网的双切开关，光伏系统光伏板采用BIPV布置于GIS室屋顶，采用微逆变器将直流逆变为AC380V，储能系统选用磷酸铁锂电池组，通过30kW的PCS接入AC380V交流总线，布置于微网蓄电池室，充电桩安装于室外停车位，为新能源汽车提供30kW的直流快充。EMS及控制柜设备布置于微网控制室。
        该系统本地部署一套EMS系统，提供10寸可触摸的人机交互接口，可实现本地实时控制和能量调度，并通过4G实时传输到舜通云储能管理平台，通过远程进行控制系统切换，本地实现无人值守。

微电网系统拓扑图如下所示：

   1.3  系统运行策略

        微网系统为并离网型系统，离网独立运行情况下，白天光伏发电优先供给站用负荷使用，储能电池实时消纳多余光伏发电，当储能电池满电且光伏发电功率大于站内用电负荷时，停止部分光伏发电。夜间，储能电池执行放电策略，供给站内用电负荷。当储能电池电量低于下限值时，转换到由站内0.4kV市电为负荷进行供电。

2.  微电网配置及组成

   2.1  微网配电系统

微网配电柜规格如下：
        微网系统供电电源输出设备，含双切开关、3路变  电站内照明出线以及各柜体出线，分别出线接光伏柜、储能柜、直流充电柜。

电气主接线图如下所示：

   2.2  智慧储能系统

        配置储能系统容量为36.4kWh,选用磷酸铁锂电池。设备主要包含36.4kWh电池柜，智慧储能配电柜、直流连接线缆、交流连接线缆、辅材等。

        智慧储能柜安装于微网配置室，储能电池柜安装于微网蓄电池室。

储能系统主要技术参数：
        1）本电池系统由5个电池箱和1个高压箱组成的一个可活动机柜式384V95Ah电池系统；
        2）每个电池箱内由76.8V95Ah(24串1并)共24个电芯组成的电池模块；
        3）主控箱由输出接口、串联接口、断路器、接触器、熔断器、霍尔电流传感器、开关电源、锂电池管理模块构成。

储能系统电气参数：

BMS系统功能：
        1、总压、单体电压、总电流、温度等采集功能。常温下静态电压采样精度可达≤20mV。
        2、充电继电器、放电继电器、预充电继电器等控制功能。
           具有充、放电电流检测，充、放电过流告警及保护功能。充电电流显示为正，放电电流显示为负，常温下电流采样精度≤0.5%。
           具有电芯、环境、MOS温度检测，电芯高、低温告警及保护功能，MOS高温告警及保护功能，环境高、低温告警功能。常温下温度采样精度可达≤2℃
           短路保护功能。
        3、动态计算实际电池容量及SOC计算功能。
        4、智能被动均衡，最小均衡电流50mA。
        5、外部CAN、内部CAN、485多种通信功能，可传输采集信息、报警信息等。
        6、能量管理系统有完善的保护功能，能够延长电池的使用寿命，具备故障提示灯。
        7、监控单元控制功能，可通监控单元方便地对过充、过放、充放电过流、过温、欠温等保护参数，容量、休眠、均衡、存储等参数进行设置。
        8、具有多种休眠及唤醒方式。
        9、电池封置90天后，其荷电保持能力不低于85%。
        10、电池需具有较强的耐过充能力。蓄电池自放电率每月不大于4%。
  
储能PCS功能：

        蓄电池组连接至PCS装置，PCS装置通过智能配电单元与负载连接和并网。PCS装置通过Ethernet接口(或RS485接口)与EMS通讯，EMS通过RS485 接口与PCS装置、BMS以及智能电表通讯，实现储能系统的能量调度。

储能pcs系统结构图：
        储能系统结构图如下，储能PCS将数据实时推送至EMS 或其他上位机系统。

储能PCS技术参数：
        储能变流器（PCS）技术参数如下表所示：

   2.3  光伏系统

        光伏系统与微网系统的站用负荷用电功率相匹配，在变配电室高层楼顶建设光伏系统，装机容量约为23kWp；设备主要包含光伏组件（415W）、14台微型逆变器、1台汇流箱、光伏系统柜、光伏直流专用线缆、光伏交流线缆、电缆连接插头、固定檩条、防水扣板、密封胶条、辅材等设备。光伏系统柜安装于变配电室微网隔室内。光伏瓦、微型逆变器、汇流箱、交直流线缆安装于GIS室楼顶桥架内。

光伏系统主要技术参数：

   2.4  电动汽车直流充电系统

        电动汽车充电配置一台30kW一体式双枪直流充电终端，一台直流充电柜，设备主要包含一体式充电终端、交流连接线缆、直流连接线缆、模块化集控器、辅材、电动汽车充电云平台系统等设备，直流充电柜安装于变配电室微网隔室内，充电终端安装于站内充电车位处。

充电桩产品规格：

        1）采用了核安全级的大功率电源模块平台，安全可靠性更高;
        2）采用新型高效三相PFC电路拓扑结构，功率因数大于0.99，谐波畸变率低≤5%;
        3）高频开关电源模块采用了全桥移相软开关技术,执行效率高。先进的数字化均流技术，有效提高了均流精度和抗干扰性;
        4）首创模块休眠技术和轮动技术，保证系统高效率运行;
        5）智能化的充电过程控制和完善的充电过程监视及保护，傻瓜式操作;具有定时充电、定量充电、定金额充电和自动充满等多种充电方式可供选择;实时显示已充电量、充电时间、当前电价、充电价格等信息及运行状态;并提供选配的GPRS 组网方式;
        6）模块热插拔技术，使维护更方便;工作环境温度-25+50℃。

充电桩保护功能：
        1）充电桩输入与输出电气隔离;
        2）输出有防止电池组给充电桩输出滤波电容充电的装置，防止充电桩输出端在接通电池组时出现瞬间大电流:充电桩耐压等级、绝缘等级、EMC 符合国际《GB_ T20234. 3-2011电动汽车传导充电用接装置》相关规定;
        3）依据Q/GDW 485- -2010《电动汽车直流充电桩技术条件》及NB/T 33001-2010《电动汽车非车载传导式充电桩技术条件》的相关要求，并参照《电动汽车充电设施典型设计》的部分功能进行设计。该产品完全符合国家电网公司电动汽车充电站的建设要求。

充电桩产品参数：

   2.5  EMS能源管理系统

EMS能源管理系统的主要功能如下：
        1）配有一套微网光、储、充能量管理系统，实现对微网系统内各子系统进行调控管理。此系统不接入变电站调度系统，通过4G访问外网，可通过手机或者网线访问专用网址获取收据。
        2）设备硬件方面主要包含能量管理系统控制柜、微网控制器、路由器、通讯线缆、辅材等。软件方面主要包含微网控制器运行软件、执行策略制定、微网能量云平台。
        3）能量管理系统硬件设备安装于微网室内。

        QT281G是一款基于瑞芯微RK3568四核A55 1.8GHZ主频的嵌入式计算机。系统提供4路RS485通讯，带国网加密芯片的VPN网络通道，全网通4G/5G通道，2路以太网通道，具有体积小、功耗低、效率高等特点。

产品技术规格如下所示：

功能介绍：
智能多合一AGC终端采用电力系统标准进行框架设计，采用面向对象方式进行设备建模，能够有效兼容各种设备协议，可直接采集设备用电情况和状态信息。在接受AGC指令时，能够接收网络下发的AGC指令并自动匹配用户设备执行智能调节。终端具备以下特点：
        1） AGC功能。能够通过加密信道，通过5G VPN通道，接受调度AGC指令，能自动执行AGC对分布式光伏的功率调节指令。
        2） 强大的物联接入能力。终端设备采用多路 485 串口通道和以太网通道采集现场设备信息，支持多路信息共享和高并发采集。可支持至少4096个现场信息点，128个大型用能设备和128个计量表计。
        3） 多协议直联交互。终端支持 DL/T 1867、OpenADR、Q/GDW 376.1、IEC 104 等主站接入通迅规范，兼容 Modbus TCP/IP、Modbus RTU、Modbus ASCII、 EtherNet、BACNET-IP、BACNET MS/TP、DL/T 645－97\07 等多种协议采集数据，能以 Modbus TCP/IP、Modbus RTU 协议为第三方现场应用提供实时数据。
        4）  实时数据汇聚、缓存，数据冻结、历史数据查询。通过内置大容量硬件存储芯片和优选算法，可将实时采集数据进行集中汇总、记录，为末端应用提供历史数据查询功能。
        5）  实时边缘计算分析、策略智能构建、动态调节。终端能对现场接入设备进行工况和实时监控，可实时计算分析现场设备的运行状态；能根据线网动态自动根据策略进行多模式调节与响应。
        6）  数据加密传输，保障安全。数据与指令支持国网加密芯片和安全MD5认证传输，交互支持AES 128位传输加密，支持交互信息和数据进行硬件加密和数字安全认证。
        7）  简洁易用。终端提供本地与远程管理接口，支持远程配置工具进行工程配置、本地、远程维护、工作状态与运行数据监测，可在电力相关标准协议框架下进行远程参数维护和系统更新。
        8） 完备的日志。终端支持完备的事件日志记录功能，能够记录和导出所有的操作事件、运行日志、交互指令等相关日志信息，以便进行事件的快速捕获与定位，提高相关工作效率。

3.  EMS系统介绍

        EMS通讯拓扑分为两层结构，顶层为总集中监控系统，底层设备：储能变流器（PCS）、电池管理系统（BMS）、计量电表系统，空调系统等均接入监控系统。
        监控主机完成现场测控系统之间的网络连接、转换、数据采集、数据本地处理、协议转换和命令的交换、本地用户画面监视操作、控制策略，实现大容量实时数据的高速汇集传输，确保系统能够快速、准确地得到所有监测及监控信息，并及时反馈网络检测的系统异常与故障，确保快速定位与恢复。

4.  微电网云平台系统介绍

        1）光伏发电：光伏发电提供对当前光估发电监测点位的安装及计量监测，能够实时监测到当前功率、发电量收收益等多种参数统计。对当前光伏的光伏组件、汇流箱、逆变器、配电柜等相关设备提供动态监测，根据国家通用标准计划碳足迹等数据分析功能。可根据监测的光伏发电运行数据，支持任意时间段内历史数据进行查询。

        2）储能实时监测：提供对储能设备测点位的安装及计量监测，能够实时监测到储能、释能、当前功率、收益、负荷等多种参数统计。 同时支持任意时间内可查询到储能和释能的历史数据通过图表形式展示。

 
      3）电池组监测：提供可对电池组的基本状态、运行状态、功能参数等实时监测，对当前电池的使用功率情况图形化展示。通过功率的波动走势及收益情况走势，能有效的掌握电池组的使用情况。

        
        4）蓄电池监测：提供蓄电池的充电状态参数、实时数据、历史放电记录等实时监测，帮助和提高对蓄电池的管理情况动态掌握。

        5）光储充一体化：提供“光伏发电系统＋储能系统＋市电”的多电源供电模式，即便在夜间也能利用白天光伏发电后储存的电能为电动汽车充电。阴雨天光照不足或者充电车辆较多，系统将会自动切换到公共电网供电。系统可根据对一体化停车场的设备设施进行实施监测，并能通过对设备的基本运行状态、充电量、次数等实时统计。

        6）故障管理：提供一体化车棚历史故障管理功能，可有效对一体车棚的使用过程发现问题，并对问题及时排除，保障了一体化车棚的高效利用。系统可提供对一体车棚任意时间段内的相关条件（时间、编号、品牌、类型），进行多角度的故障查询、人工添加、编辑修订、删除等高级管理功能。

        7）报警信息：系统提供展示设备报警信息，列表展示报警设备的位置、报警时间、设备名称信息。

5.  总结

        依托微电网技术，采用储能作为黑启动能源，充分消纳光伏电源光伏发电作为可再生能源的重要组成部分，近年来取得了快速发展和长足进步,目前光伏发电成本在全球很多地区成为最为经济的电力能源来源。更为可喜的是,我国光伏发电不仅在市场应用方面全球领先，在产品供应端更是具备最完备的产业链，是我国为数不多的具备国际竞争力的产业之一，这也使我国具备了大力发展光伏发电的有利条件。从保障能源安全的角度来看，光伏发电具备就近消纳、因地制宜的特性，是根本解决我国能源对外依存度高、保障我国能源供应安全的主要形式。随着经济、社会的快速发展,我国对能源的总体需求量逐年上升,每年有大量的能源需求和缺口存在,在传统的以化石能源为核心的一次能源体系中,我国“富煤、缺油、少气”的一次能源禀赋,造成了我国对进口能源需求的日益增强。近年来,全球地缘政治形势日益纷乱复杂，非传统安全威胁日益凸显,加剧了我国的能源安全形势,政府工作报告再次强调了保障能源安全的重要性。太阳能作为最有发展潜力的新能源，是一种取之不尽、用之不竭的天然能源。太阳能资源对环境无任何污染，是满足可持续发展需求的理想能源之一。目前太阳能的广泛利用，可以说是一种永续利用、对环境影响极小的能源，不论是现在或是未来，开发利用太阳能资源，可以减少对化石能源的依赖以致达到替代部分化石燃料的目标，这对开发区经济发展、改善环境和满足人民生活用电要求，将会起到重要的作用。随着太阳能技术的不断成熟和完善，光伏与建筑物融合一体化是未来节能发展的重要方向，太阳能光伏将缓和世界的能源危机，光伏新能源将成为我们重要的能源之一。