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儲能技術系統解決方案

日期: 2017-06-30 瀏覽次數: 700

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儲能技術系統解決方案

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隨著大量的風電、光伏等間歇性、不穩定電源并入發電側,特別是大量的分布式小容量電源并入用電側,將導致未來的電力系統不確定性增強,發電與用電的平衡協調矛盾加劇,急需研究針對這些問題的解決辦法。能源互聯網是解決未來發電與用電平衡協調矛盾的有效手段,其機理就是橫向多能互補,縱向源、網、荷、儲協調。現如今,儲能技術已經成為所有微電網適用的關鍵技術,相關技術研究越來越受到重視。

建設大規模高效儲能裝置,可以解決“發電與用電的時差矛盾”和“間歇式可再生能源發電直接并網對電網沖擊”等問題,起到調節電能品質的作用。例如,將“谷電”存儲在儲能電池中,在高峰期放出應用于生產、運營,不僅可以減輕電網負擔,還可以降低運營成本;將儲能系統用作政府、醫院、軍事指揮部等重要部門的備用電站,可在非常時期保證穩定、及時的應急電力供應;儲能系統還可以為實現資源的優化配置(燃料、太陽能和風能)、資源整合(太陽能和風能)、電網穩定性(頻率和電壓)以及負載管理服務提供支持。無論對于微電網還是傳統電網,這些應用模式都十分適用。具體解決方案可以分為以下三種:

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2.1 微電網儲能解決方案

微電網是儲能重要的應用領域,作為微電網中必不可少的部分,儲能在微電網中發揮了至關重要的作用。

微電網的一般結構如下圖1所示,由電力線路構成的能源流和通訊線路構成的信息流相互融合而成,主要組成部分有:分布式發電單元、儲能系統、本地用戶負荷、監控保護系統和微電網能源管理系統組成,也可根據實際應用情況進行增減。

儲能技術系統解決方案

微電網儲能系統構成:

(1)微電網儲能變流器(PCS)

變流器可以實現電池與電網間的交直流轉換,完成兩者間的雙向能量流動,是微電網儲能系統的主要執行機構。微電網儲能PCS通過高級控制策略實現對電池系統的充放電管理、電池儲能系統充放電功率控制、并網/離網兩種運行模式和模式切換功能。

智光電氣研制的微電網儲能變流器ZG-PCS具有高轉換效率、寬電壓輸入范圍、并離網模式無縫切換、功率變化快速響應和抽屜式模塊化設計方便維護等特點,同時具備完善的保護功能,如孤島保護、直流過壓保護和低電壓穿越等,滿足系統并、離網要求。

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儲能技術系統解決方案

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(2)高功率密度和大容量儲能電池

微電網儲能系統電池一般選用鋰離子電池和超級電容。他們具有循環壽命長、充放電倍率大、無記憶效應、耐高溫、容量大、綠色環保等優點;儲能蓄電池的額定容量、額定充放電功率、循環壽命、電池組串并聯方式等技術參數可根據具體系統要求進行定制配置。

(3)高精度電池管理系統(BMS)

電池管理系統是對電池儲能單元的電池進行監視、預測和保護的二次設備,電池管理系統檢測電池的電壓、電流、溫度和SOC等信息,對電池的狀態進行實時評估,并將信息上傳至狀態監控系統和能量管理系統,避免使用不當或者各類故障引起電池儲能單元出現損壞甚至安全事故,是電池儲能單元安全運行的主要保障措施。蓄電池管理系統主要由如下設備單元組成:電池管理模塊(BMU)、電池組控制單元(GCU)和系統管理單元(SMU)以及充/放電保護單元。

智光儲能系統可根據需要,提供全面的電池信息管理、在線SOC監測、系統保護功能、熱管理功能、自我故障診斷與容錯技術、靈活的模塊化設計等功能。

(4)實時狀態監控系統

狀態監控系統是儲能系統的神經,是負責信息處理、數據通訊和人機交互的二次設備。對微電網儲能系統來說,通過數據總線與其他設備相連,負責收集內部各個設備的數據信息和運行狀態,形成各類型的數據報表供運維人員查詢,并可將控制指令下發到各個設備;對上級調度系統來說,可將儲能系統的關鍵信息進行上傳,并可接收調度下發的運行指令。

(5)智能化能量管理系統(EMS)

能量管理系統作為微電網儲能系統的大腦,具備負荷預測、發電預測、電壓頻率穩定控制、能量調度、電池系統上層均衡控制、安全保護等作用。具體如下:

離并網工作模式切換:可以使得儲能系統工作于并網狀態,也可以運行于離網狀態,并能實現安全可靠的離并網無縫切換;

發電預測:可以對系統內的光伏等分布式發電系統進行日前預測(24小時、15分鐘/點)和實時預測(4小時、15分鐘/點);

負荷預測:實現系統內用電負荷的日前預測(24小時、15分鐘/點)和實時預測(4小時、15分鐘/點);

能量調度:通過對系統內的負荷預測和分布式能源的發電預測,考慮專變容量和核準需求容量等限制條件,進行分鐘級實時優化能量調度,保證儲能系統能夠滿充滿放,且不會增加額外的用電費用,提高用戶的用電經濟性;

孤島檢測:在電網掉電情況下,可以快速實現對電能質量沒有影響的被動孤島檢測,完成非計劃的并離網切換,保證負荷不斷電。

電池上層均衡控制:可以實現高壓直掛式儲能拓撲結構的相內和相間均衡控制,提高儲能電池的容量一致性;

安全保護機制:實現儲能系統在并網或離網狀態下故障的快速、可靠切除。

(6)配套電氣設備

為滿足儲能系統的接入電網系統的要求,儲能系統相關配套電氣設備,包括開關、避雷器和互感器等,形成符合電網規范要求的電氣成套裝置。為了滿足電池安全性要求,配有相應的消防設備和溫度、濕度控制設備等。

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儲能技術系統解決方案

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主要功能

微電網通常有兩種運行模式:并網運行模式和孤島運行模式。儲能在這兩種運行模式中都起到不可或缺的作用:

并網運行模式時,大量的分布式小容量電源并入用電側,導致電力系統的不確定性增強,發電與用電的平衡協調矛盾加劇,儲能是解決發電與用電平衡協調矛盾的有效手段,微電網中的分布式光伏或者風電等具有隨機性、波動性和間歇性等特點,儲能系統可以平滑這些分布式電源的功率輸出,保持微電網的穩定,配合EMS的優化調度還可實現微電網的經濟運行。

孤島運行模式時,微電網失去了大電網的參考,儲能系統可以承擔起電壓和頻率基準的主電源作用。孤島時微電網的能量來源于分布式電能和儲能系統,分布式能源的出力波動性使其很難匹配負荷需求,因此在微電網系統中配備一定容量的儲能系統來抑制波動性提高供電可靠性。 ? ??

用戶側分布式儲能:提高分布式能源消納、削峰填谷、平抑負荷、抑制需量、降低用電費用、提高供電可靠性和電能質量。

提高電能質量:可以根據系統負荷和電網對于頻率和電壓的要求,調節儲能系統的有功無功,實現微電網頻率和電壓的穩定控制;

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技術特點

模式靈活,可運行在給定有功無功電流模式、并網恒功率控制模式、并網恒流充電模式、離網恒壓恒頻控制模式等。

性能優異,具有優異高效的性能:低于5%的電流諧波含量,低于3%輸出電壓失真率,全局響應時間不超過10ms;具有很低的整機運行損耗,滿載效率高達98%。

技術領先,具有多模式并離網啟動、有功無功解耦控制、調壓調頻控制、高精度鎖相、開關死區補償技術從而保證設備的安全性、精確性。支持RS232、RS485和CAN口等通訊,可實現PCS裝置與外部裝置靈活通訊,實現現場監控。

設計專業,儲能系統內部工藝、結構、散熱到外形及安裝都體現了智光電氣多年積累的大功率電力電子設備結構的設計經驗,內部器件多但不失結構的緊湊,體積小但能保證散熱的高效。

一體化,便于設計、施工、調試及運維;

智能化監控,實時在線監測及預警,系統安全可靠,具備優異的通風散熱、防逆風、隔熱保溫和內部溫度控制能力;

模塊化構建,即插即用,安裝周期短,運行維護方便,擴展性強,可根據需求組合標準模塊擴展不同容量產品。

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2.2工商業儲能解決方案

工商業儲能系統的解決方法相對于微電網要簡單,主要集中于儲能系統本身的設計。儲能系統的核心是PCS,智光電氣基于多年來大功率電力電子變流技術的深厚積累,契合儲能市場的需要,研制了電壓等級為0.4kV~35kV的 ZG-PCS系列儲能變流器,將儲能變流器的技術水平及容量水平推向了新的高度,滿足了絕大多數工商業儲能的需求。

儲能技術系統解決方案

工商業儲能系統構成:

工商業儲能解決方案主要可以分為:低壓儲能系統和中高壓級聯式儲能系統。

低壓儲能系統

低壓儲能系統的拓撲如圖2所示,由隔離升壓變壓器(選裝)、LCL濾波器、四象限運行變流器、電池組和其他電氣配套設備構成。

儲能技術系統解決方案

圖2 低壓儲能系統ZG-PCS拓撲結構

中高壓級聯式ZG-PCS儲能系統

中高壓級聯式儲能系統的拓撲如圖3所示,由并網電抗器、級聯式功率單元、電池模塊、以及相應的控制和保護設備構成。相比于上述低壓拓撲,該方案可以實現無變壓器高壓直掛10-35KV電網,目前是唯一一套實際運行中的高壓直掛式大容量儲能系統,獲得過國際領先的科技鑒定成果。

儲能技術系統解決方案

儲能電池

采用鋰離子或者鉛碳電池,具有超長的循環壽命和很高的運行可靠性,特別適用于工商業中平滑負荷曲線、減小報裝核準容量、減小或延緩變壓器擴容、減少電力公司罰款以及電力削峰填谷系統環境下的循環使用。

主要功能

發電側儲能:負荷調節、平滑間歇性能源、提高新能源消納、提高電網備用容量、參與調頻。

輸配電儲能:提高電能質量、降低線路損耗、提高電網的備用容量、提高輸配電設備利用效率、延緩增容需求.

用戶側儲能:平滑負荷曲線、負荷轉移、削峰填谷。

緊急電源系統:電網正常時其處于備用狀態,電網故障時其即可啟動,保障負荷的連續供電。

消防供電、應急照明、能量回饋等。

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儲能技術系統解決方案

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技術特點

級聯式拓撲結構等效開關頻率很高,輸出電壓電流諧波含量較小,電能質量高,并網狀態下,輸出電流的畸變率低于3%,近似于完美無諧波狀態;離網狀態下,輸出電壓的畸變率低于0.6%,電壓偏差低于1%,可與低壓UPS相媲美。

單機容量大,風冷型10kV裝置容量可達15M,風冷型35kV裝置容量可達50M,可支持10臺以內的系統并聯,滿足超大容量的應用需求。

適用電壓范圍廣,220V、380V、10KV乃至35KV均適用。

通過電子開關進行切換控制,確保切換過程快速,供電無中斷;配置沖擊阻尼和吸收裝置,將切換影響降至最低,防止切換沖擊損壞設備。

系統效率高,額定功率下不低于97%,最佳效率可達98%以上。

實現四級均衡和鏈節冗余控制,提高電池利用率和使用壽命,保證儲能系統整體的穩定性。

保護功能完善,具有電池狀態、PCS狀態和電網狀態的采樣和分析功能,準確的識別各類電量和非電量故障,快速實現故障定位和切除,并發出故障報警和記錄故障事件,全面保障設備和人員的安全。

具有強大的電網實時狀態檢測能力和完善的切換控制策略,確保備用電源不會“誤動”,也不會“拒動”。

功率鏈節發熱量少,有利于散熱設計和降低損耗。

在儲能變流器的基礎之上,結合具體的應用需求,可以形成多種具有強大功能的成套裝置。

模塊化設計,系統易于升級擴建,便于維護改造。

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2.3 移動式儲能解決方案?

儲能技術系統解決方案

移動式儲能系統解決方案采用鋰電池替代柴油發電機作為電源,將鋰電池、變流器(PCS)、配電裝置等集成安裝于底盤載體,提供多種電氣接口(交流輸出/直流輸出/快充),實現電池系統與車輛的移動式有機結合,配備電池狀態監測、PCS狀態監控、火災預警與自動滅火裝置等安全措施,具有“可移動、大容量、大功率、遠程調度、低噪音、節能減排、綠色環保”的特點。移動式儲能系統具有廣泛的應用前景,在電力搶險、通信維修、突發事件處理、搶險救災、軍事作戰演習、后勤保障、電網擴容等需要臨時使用電能的場所能提供快速、可靠、高質量的電能,滿足交流用戶用電需求,為設備的盡快恢復運行提供解決措施。

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主要功能

保障供電。為政治工作會議、經濟峰會、高考等需要電能不間斷保障的場所提供快速、可靠、高質量的電能。

搶險救災。除了能夠在常規搶險救災現場提供可靠穩定的應急電源,還能作為直流融冰裝置等技術手段抵御覆冰災害。

電動車應急服務。以移動充電站、應急充電救援車來緩解充電難,為電池耗盡而趴窩的車輛提供救援服務。當儲存電量耗盡后,新的充電車開過來又可以繼續為區域性的電動車提供充電服務。

軌道列車牽引救援。通過激活軌道交通列車司機室的應急牽引功能按鈕/開關,使牽引系統由移動式儲能系統供電,讓列車運行一段距離,駛出無電區,避免對后續車輛運營產生影響,。

電網臨時擴容。在用電陡增季節,靈活調配,將移動式儲能系統連接至臺區配變二次側,補償臺區配變供電能力以外的負荷需求,延緩對供電設施以及網架結構進行全面升級改造。

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技術特點

兼容性強,自動識別車型,按需分配功率。

電氣接口類型豐富,輸出電壓范圍寬,適用于各種使用場景和車型。

采用大功率快速直流放電技術,適用于電動汽車快速應急救援。

電壓與頻率穩定控制技術,保證供電電壓支撐與系統穩定運行。

采用遠程實時通信互聯技術,智能化通訊監控,可與后臺監控系統實時通信,遠程操作。

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2.4 核心技術

智光儲能解決方案采用多項核心技術,具備完善的控制和保護功能,其中部分技術為智光中高壓直掛式(無變壓器)儲能系統所特有的技術。

有功功率與無功功率實時四象限解耦與控制技術。此項技術可以有效解決儲能系統并網運行過程中有功功率和無功功率的獨立控制與快速調節問題,在削峰填谷、調峰調頻等應用場合,可以快速有效平抑有功波動、改善電能質量。

電壓與頻率穩定控制技術。此項技術主要用于解決接入微電網的儲能系統運行在離網模式下的黑啟動、獨立供電、微電網電壓支撐與系統穩定運行等問題。

虛擬同步發電機及“下垂控制”技術。該技術可實現多臺設備協調控制滿足超大容量儲能應用要求,可在并網和離網運行狀態間雙向無擾無縫切換,是儲能系統作為后備電源、應急電源的必備技術。

孤島檢測與反孤島保護技術。此技術實現了儲能系統對于電網故障或者掉電等孤島情況的自動快速檢測,一旦檢測到孤島可以根據設定實現并網切離網運行,或者停止儲能系統的電能輸出進行反孤島保護,從而提高了系統的供電可靠性和安全性。

高/低電壓穿越技術。此項技術可以增強儲能系統對接入電網電壓波動的適應能力,降低電網電壓短時波動引起儲能系統解列退出運行的概率,增強微電網穩定性。

相內相間電池簇SOC均衡控制技術。此項技術為級聯型拓撲結構儲能系統專有技術,應用于中高壓級聯式ZG-PCS儲能變流器,可最大程度上解決電池一致性問題,提高電池壽命、優化儲能系統運行。

變流器鏈節冗余控制技術。此技術為級聯型拓撲結構儲能系統專有技術,應用于中高壓級聯式ZG-PCS儲能變流器,可保證功率鏈節或與之連接的電池簇發生故障時,自動快速切除相關鏈接,實現儲能系統連續運行,增強系統魯棒性。

高低壓隔離與高速通信在線監測技術。此技術不僅實現了高低壓設備間的電氣隔離,而且實現了大電壓等級跨度(幾伏至上萬伏電壓)眾多設備(特別是電池數量眾多)間的快速通信功能,是級聯型拓撲專有技術,應用于中高壓級聯式ZG-PCS儲能變流器,滿足高級應用功能,實現最頂層系統與最底層單元的信息交互。

能量管理技術。EMS(能量管理系統)作為儲能系統的上層調度控制系統,具備負荷預測、發電預測、系統穩定控制、能量調度、電池系統上層均衡控制、安全保護等功能。


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