1、word某驻地海岛型微电网项目典型案例初设方案(风、光、柴、储)目 录一、项目背景- 1 -二、整体建设方案- 2 -2.1 光伏发电系统- 4 -2.1.1 组件倾角设计- 4 -2.1.2 太阳能电池阵列设计- 4 -2.1.3 太阳能光伏方阵直流防雷汇流箱设计- 6 -2.1.4 直流配电柜设计- 7 -2.1.5 太阳能光伏并网逆变器的选择- 8 -2.1.6 光伏系统防雷接地装置- 10 -2.1.7 光伏施工组织设计- 11 -2.2 风力发电系统- 12 -2.2.1 风力发电系统描述- 12 -2.2.2 风机主体选型- 13 -2.2.3 风机技术参数表- 14 -2.2.4
2、 风机逆变器技术设计- 15 -2.2.5 风机控制器功能设计- 16 -2.2.6 风机防雷设计- 19 - 19 -2.3 柴油机供电系统- 22 - 22 -2.3.2 柴油机的根本参数- 22 -2.4 储能系统- 23 - 23 -2.4.2 100kW双向智能控制成套装置(PCS)- 27 -2.4.3 储能监控- 33 -2.5 微电网控制管理中心- 34 - 34 -2一、 项目背景微电网是指将一定区域内分散的小型发电单元分布式电源、储能装置以与当地负荷组织起来形成的配用电系统。它可以与常规电网并网运行，也可以独立运行。孤岛微电网是指仅具备独立运行功能的微电网，例如对偏远地区或
3、者海岛供电的微电网。孤岛系统通常远离陆地并且岛屿面积也比拟小，长期柴油运输和消消耗用制约了传统系统的开展；另一方面，由于一次能源日益枯竭和人类生存环境日益恶化世界各国都把开发新的可再生能源作为能源开展的方向。孤立岛屿传统采用柴油机自给自足供电，近几年来发电量越来越难满足用户要求。现以某某岛某驻地为项目实施地点，对海岛型微电网系统进展优化设计。某某岛位于中国最南端，北隔琼州海峡与某某相望，南临广阔的南海，地处热带，位于东经1083711105，北纬18102010之间，与美国夏威夷处在相近纬度。某某是中国最具热带海洋气候特色的地方，全年暖热，雨量充沛，干湿季节明显，常风较大，热带风暴和台风频繁，
4、气候资源多样。某某岛年太阳总辐射量约 110-140千卡/平方厘米，年日照时数为1750至2650小时，光照率为50- 60%。根据该岛的地形地貌和自然条件加之用电增长预测，不得不采用一种更为经济的发电方式。而在众多可再生能源技术开发中潜力最大、最具开发价值的是风能和太阳能，它们是一种取之不尽，用之不竭的可再生能源。风- 光- 柴- 蓄混合互补发电系统由风力发电单元、太阳能发电单元、蓄电池充放电单元和柴油发电机组成。配置的主要目标是，满足孤立岛屿72h用电的同时要求发电效率高，系统运行本钱低。其优化配置思想就是从一系列混合电源配置方案中找出一种最为理想的配置，该配置能尽可能多地利用太阳能和风能
5、减少柴油机的运行，提高整个系统的发电量。图1-1某某岛航空全景图二、 整体建设方案某某岛海岛型微电网建设项目，设计负荷容量不小于10kWh，负荷类型为单相负荷和三相负荷混合用电接入。按当地最小日照辐射量的日照时数，和年平均风速建设当地工程方案如下： 结合驻地建设特点，利用屋顶和坡地建设发电峰值容量50kWp的光伏发电系统2套； 沿驻地周围一侧布置安装具有微风启动、轻风发电特点的5kW小型风力发电系统6台，形成安装容量为30kW的小型风力发电系统，连同充电站屋顶光伏发电系统一起接入充电站供电网络； 为保证系统连续供电的可靠性，配置30kW的电启动电子调节阀门柴油发电系统，作为冷后备电源，可一键
6、启动也可在交流母线失电后自动启动； 该项目配置100kW PCS，600kWh磷酸铁锂储能系统接入海岛型微电网系统； 部署包含了二次测控保护、通讯与数据采集在内的设备和微电网集中管理系统，实现孤岛微电网供电网络的协调运行，最终建成一个包含风、光、柴、储、微一体的智能化供电系统，利用微电网的实时调度与控制实现整个系统的高效、安全运转。在完全没有大电网接入的情况下，规划了风、光、柴、储一体的孤岛型微网系统的一次接线布置方案，如图2-1所示。图2-1风光柴储一体化海岛型微电网电网一次系统设计展示图由图2-1可以看出该系统的配置解析如下： 分布能源(50kW光伏发电2套、600kWh储能1套、30kW
7、柴油发电系统1套、15kW风力发电系统2套)通过三相并网设备接入交流母线；潮汐发电系统和海浪发电系统作为二期建设项目，其容量待定； 单相负荷为洗衣机、空调、冰箱、照明等生活用设备，三相负荷有海水淡化系统等，日负荷平均用电量约为10kW； 由于储能电池容量太大，所以风光柴的容量设计的远比用户实际负荷大，这样才能保证短时间内把储能系统充满，以应对海上的极端天气。该驻地规划2套光伏发电峰值容量为100kWp，根据现在光伏技术的开展情况，可采用单晶硅光伏组件，经三相逆变器直接接入380V母线。2套50kWp光伏板总占地面积约1000平方米。2.1.1 组件倾角设计为使光伏阵列最有效地承受太阳能辐射能量
8、确定光伏阵列安装的方位角和倾角非常重要。图 2-2 以某某市为例的地区年度月辐射情况上图为辐射量统计框图，根据当地太阳辐射量数据和当地经纬度，光伏组件的方位角取正南方向，由设计软件得倾角设计为15。2.1.2 太阳能电池阵列设计1) 太阳能光伏组件选型采用单晶硅光伏电池组件DSPV800-240WP。太阳能光伏组件该光伏板在出厂时已经进展过防盐雾工艺处理，可适应内地与沿海地区使用。其主要技术参数见表2-1，组件的安装尺寸见图2-3。表2-1 DSPV800-200WP太阳能电池组件性能参数表组件参数最大额定功率 Wp200功率公差 %3最大功率时电压 V组件转化效率 %最大功率时电流 A开路
9、电压温度系数 %/开路电压 V功率温度系数 %/短路电流 A短路电流温度系数 %/系统最大电压 V1000标准组件发电条件 462长*宽*厚 mm1581*809*402) 太阳能光伏组件串并联方案本方案采用DMPV-S7/50K3型号的并网逆变器，50kW并网逆变器的直流工作电压X围为：450Vdc820Vdc，为防止温度的变化导致直流输入电压的变化，一般取最优直流电压工作点为电压X围的中间值考虑，以取最优工作电压为600Vdc考虑。太阳能光伏组件串联的组件数量：16。单列串联功率：P=16200Wp=3200 Wp。单台50kW逆变器需要配置太阳能电池组件单列并联的数量：Ns=50000/
10、320016。太阳能光伏电伏阵列单元设计为17列支路并联，共计256块太阳能电池组件，实际功率达到51.2kWp。考虑光伏电池板的一致性，单支路光伏阵列的工作电压为600V,单支路光伏阵列的开路电压为732.8V。从逆变器的输入X围和整个回路的绝缘水平来说，器件的选型和计算符合工程实际要求。3) 太阳能光伏阵列的布置 光伏电池组件阵列间距设计为了防止阵列之间遮阴,光伏电池组件阵列间距应不小于:式中为当地地理纬度(在北半球为正，南半球为负)，为阵列前排最高点与后排组件最低位置的高度差。根据上式计算，求得：实际工程应用时取光伏电池组件前后排阵列间距1.56米。具体光伏阵列示意图如图2-3所示。图2
11、3 光伏组件间距设计参考 总占地面积计算太阳能50Wp光发电场由16组并列太阳能光伏阵列构成，前后排阵列间距1.56米。占地面积约530平方米。4) 土建设计 方阵支架根底考虑顶棚的结构强度和防腐蚀性，采用全钢架结构设计，钢架结构全部采用冷镀锌处理钢材。 采用屋顶或坡地安装结构，无需安装防护栏； 工程实施时，考虑安装防直接雷的措施，安装接闪器，接闪器的设计方法采用滚球半径法。2.1.3 太阳能光伏方阵直流防雷汇流箱设计如图2-4所示，光伏阵列防雷汇流箱具有以下特点： 满足室外安装的使用要求； 同时可接入6路太阳电池串列，每路电流最大可达10A； 接入最大光伏串列的开路电压值可达DC900V；
12、 熔断器的耐压值不小于DC1000V； 每路光伏串列具有二极管防反保护功能； 配有光伏专用高压防雷器，正极负极都具备防雷功能； 采用正负极分别串联的四极断路器提高直流耐压值，可承受的直流电压值不小于DC1000V。图2-4 光伏阵列防雷汇流箱按照每6个太阳电池串列单元需要配置1台光伏方阵防雷汇流箱，50kW并网逆变器需配置3个汇流箱。实际应用时，可考虑防雷汇流箱按4个支路输入进展设计，因此工程应用配备4个直流汇流箱即可。2.1.4 直流配电柜设计每台直流配电柜按照50kWp的直流配电单元进展设计。每个直流配电单元可按接入6路光伏方阵防雷汇流箱设计，每台直流配电柜分别接入1台50kW逆变器，如如
13、下图所示：图2-5光伏阵列直流配电柜实际应用时，直流配电柜可按接入4个直流汇流箱考虑。2.1.5 太阳能光伏并网逆变器的选择此太阳能光伏并网发电系统设计为50kWp的光伏并网发电单元，并网发电单元需要1台容量为50kW的光伏并网逆变器。选用性能可靠、效率高、可进展多机并联的逆变设备，本方案选用额定容量为50kW的逆变器，主要技术参数列于下表：表2-2 50kW并网逆变器性能参数表容 量50kW隔离方式工频变压器最大太阳电池阵列功率55kWp最大阵列开路电压880Vdc太阳电池最大功率点跟踪MPPTX围450Vdc820Vdc最大阵列输入电流130AMPPT精度99额定交流输出功率50kW总电流
14、波形畸变率2%额定功率时功率因数效率96%允许电网电压X围三相38010%允许电网频率X围50 Hz夜间自耗电30保护功能极性反接保护、短路保护、孤岛效应保护、过热保护、过载保护、接地保护、欠压与过压保护等通讯接口选配RS485或以太网使用环境温度2555使用环境湿度095%,不结露尺寸深宽高mm600*720*1085噪音50dB防护等级IP20室内电网监控按照 UL1741标准电磁兼容性EN50081,part1；EN50082,part1电网干扰EN61000-3-4性能特点选用光伏并网逆变器采用32位专用DSP控制芯片，主电路采用先进的智能功率IPM模块组装，运用电流控制型PWM有源逆
15、变技术和优质进口高效隔离变压器，可靠性高，保护功能齐全，且具有电网侧高功率因数正弦波电流、无谐波污染供电等特点。该并网逆变器的主要技术性能特点如下： 采用32位DSP芯片进展控制； 采用智能功率模块IPM； 太阳电池组件最大功率跟踪技术(MPPT)； 50Hz工频隔离变压器，实现光伏阵列和电网之间的相互隔离； 具有直流输入手动分断开关，交流电网手动分断开关，紧急停机操作开关。 有先进的孤岛效应检测方案； 有过载、短路、电网异常等故障保护与告警功能； 直流输入电压X围(450V820V)，整机效率高达95%以上； 人性化的LCD液晶界面，通过按键操作，液晶显示屏(LCD)，可清晰显示实时各项运行
16、数据，实时故障数据，历史故障数据大于50条，总发电量数据，历史发电量按月、按年查询数据。 逆变器支持按照群控模式运行，并具有完善的监控功能； 可提供包括RS485或Ethernet以太网远程通讯接口。其中RS485遵循Modbus通讯协议；Ethernet以太网接口支持TCP/IP协议 ，支持动态(DHCP)或静态获取IP 地址； 逆变器具有CE认证资质部门出具的CE安全证书。电路结构50kW并网逆变器主电路的拓扑结构如图3-8所示，并网逆变电源通过三相全桥变换器，将光伏阵列的直流电压变换为高频的三相斩波电压，并通过滤波器滤波变成正弦波电压接着通过三相变压器隔离升压后并入电网发电。为了使光伏阵
17、列以最大功率发电，在直流侧参加了先进的MPPT算法。图2-6 逆变器主电路结构2.1.6 光伏系统防雷接地装置为了保证本工程光伏并网发电系统安全可靠，防止因雷击、浪涌等外在因素导致系统器件的损坏等情况发生，系统的防雷接地装置必不可少。n 接地线接地线是避雷、防雷的关键，在进展配电室根底建设和太阳电池方阵根底建设的同时，选择接地扁钢，添加降阻剂并引出地线，引出线采用35mm2铜芯电缆，接地电阻应小于4欧姆。n 直流侧防雷措施电池支架应保证良好的接地，太阳能电池阵列连接电缆接入光伏阵列防雷汇流箱，汇流箱内含高压防雷器保护装置，电池阵列汇流后再接入直流防雷配电柜，经过多级防雷装置可有效地防止雷击导致
18、设备的损坏。n 交流侧防雷措施每台逆变器的交流输出经交流防雷柜内含防雷保护装置接入电网，可有效地防止雷击和电网浪涌导致设备的损坏，所有的机柜要有良好的接地。n 防直接雷 整个系统应具有防直接雷的措施，原如此上一般安装外部接闪器作为防直接雷的首选设备。该设备防止外部雷击直接击坏相关设备。2.1.7 光伏施工组织设计1 施工条件 拟建的50kWP太阳能光伏并网发电系统位于屋顶或坡地，工程施工地势开阔为良好的施工场地。 本工程推荐方案计划安装太阳能光伏组件256块，总装机容量51.2kWp。根本布置为1个光伏阵列，施工特点为单体光伏阵列分散进展。2 工程占地本期工程占地为国有岛屿建设用地，无需额外征
19、用土地。3 主体工程施工主体工程为光伏阵列根底施工。施工需架设模板、绑扎钢筋并浇筑混凝土，混凝土在施工中经常测量，以保证整体阵列的水平、间距精度。施工完毕后混凝土外表必须立即遮盖并洒水养护，防止外表出现开裂。一般情况尽量防止冬季施工。施工过程中，待混凝土强度达到28天龄期以上方可进展安装。4 太阳能光伏阵列安装 施工准备安装支架运至相应的阵列根底位置，太阳能光伏组件运至相应的根底位置。 阵列支架安装支架分为根底底梁、立柱、加强支撑、斜立柱。支架按照安装图纸要求，采用镀锌螺栓连接。安装完成整体调整支架水平后紧固螺栓。 太阳能电池组件安装细心打开组件包装，禁止单片组件叠摞，轻拿轻放防止外表划伤，用
20、螺栓紧固至支架上后调整水平，拧紧螺栓。7 施工总体进度依据项目实施计划，从项目开始实施之日起，3个月左右工程实施完毕，并并网发电。2.2.1 风力发电系统描述根据整体规划，在该驻地安排总容量为30kW的风机。某某年平均风速为2.23 m/s(全年数据参见表2-3。由于该驻地靠近沿海，周围无任何遮挡物，因此风速会略高于某某平均风速。平均风速以3.0m/s计，3.020.0m/s有效风能利用小时数在2700小时以上。表2-3 某某全年平均风速统计表(国际通用卫星数据库得到以下气象信息)月份风速大气压力月平均温度(米/秒)(KPa)()一月二月三月四月五月六月七月29八月2九月十月十一月23十二月年
21、平均可选择启动风速为2.5m/s的5kW小型风力发电机组，安装数量6台，安装位置设置驻地周围向风处。小型并网风力发电机系统由风力机、发电机、并网控制器、并网逆变器、隔离变压器组成。并网控制器由斩波器和泄荷负载组成，起整流和保护作用，并网逆变器将直流变换成交流输出，并经隔离变压器上网。图2-7 小型并网风力发电系统构成2.2.2 风机主体选型风力机的风轮把风能转化为机械能，风力机的尾翼作为调向机构实现风轮旋转面垂直于风向。机械能驱动永磁式交流发电机产生交流电。并网控制器起整流和保护作用，把不规如此的交流电变成直流电。并网逆变器再将直流电逆变成交流电输出后并入电网。桨叶选型优选高升阻比翼型，兼顾宽
22、尖速比和降噪进展气动优化设计，经装机运行试验和检测，气动效率高于0.4，噪音低于65 db。采用兆瓦级风力机桨叶专用的胶衣树脂和增强玻璃纤维制品制作的桨叶，结构强度高，能保证在高转速下安全运行。发电机选型采用强磁材料，优级轴承，F级绝缘IP54防护，按免维护技术设计，保证使用寿命30000小时以上，寿命期内无需解体保养。风轮选型采用机械离心变桨距机构，风轮不旋转时，桨叶处于易于起动的角度，风速高于3m/s，风轮即转动；411m/s风速下，风轮旋转桨叶受离心锤作用，其角度随转速变化，跟踪在利于加速的高升阻比状态，风轮保持高效率平稳运行；当风速继续增大，风轮转速提高，桨叶在离心锤的作用下，向负角度
23、转变，迫使风轮恢复并维持在额定转速附近运行，最高转速不超过360r/min。塔体选型此类塔体采用多棱形锥度结构，选用优质钢材制作而成，具备结实地抗大风能力；外表进展热镀锌防腐工艺处理，外观简洁、美观；占地面积小等特点。防腐处理所有外露机件均采取了长效防腐蚀外表处理，保证风力机在露天使用不锈蚀。2.2.3 风机技术参数表表2-4 风机技术参数表技术参数表额定功率W5000叶片材料增强玻璃钢额定风速m/s)9限速方式离心变桨限速启动风速m/s)3发电机型式永磁三相交流发电机工作风速(m/s)325塔架高度 (m)48安全风速(m/s)50停车方式后掠变桨额定转速(r/min)360主机重量(kg)
24、约130风轮直径(m)4拉索塔杆重量(kg)100工作电压vDC48V/240/AC220V工作环境(C)-4085年发电量(KWH)2000/6000绝缘等级F2.2.4 风机逆变器技术设计逆变器控制功能主要是把通过风机控制器整流的的直流电通过单相全桥电路进展逆变，将输入的直流电压变换为高频的斩波电压，并通过滤波器滤波变成正弦波电压接着通过变压器隔离升压后电流馈入电网 (如图2-8)。为了使风力发电机以最大功率发电，逆变器使用了先进的MPPT算法。图2-8 并网逆变器原理结构示意图端子定义： RS485：RS485A/B通讯线通过RS485/RS232转换器和PC机相连。 DC+：直流输入正
25、极端子,最多允许两路接入。 DC-：直流输入负极端子，最多允许两路接入。 AC OUTPUT：交流输出L、N和接地端子 待机 在运行后，如果直流侧电流过小(近似于0A)并保持3分钟后，逆变器从运行转为待机状态，停止工作。在待机模式下逆变器不断检测小风机控制器是否有足够的能量并网发电，当直流电压在20V-40V之间时，逆变器从待机模式转入运行模式。 运行 在此模式下，逆变器将控制器输出的直流电变换为交流电并入电网。同时在此模式下逆变电源一直以最大功率点跟踪MPPT方式使小风机输出的能量最大，故并网发电模式一般也称MPPT模式。故障 当小风机发电系统出现故障时，逆变电源会停止工作，将交流侧的接触器
26、立即断开。系统此时持续监测故障是否消除，如果故障未消除，如此保持故障状态；如果故障消除，5分钟以后重新并网发电。表2-5 DMIV-W6/5K特性参数连续过载能力110%瞬时过载能力130%，20秒输入直流电压X围230400V并网启动电压(V DC)180V额定功率电压点(V DC)240V额定交流输出功率5KW总电流波形畸变率3%功率因数最大效率94%欧洲效率92%允许电网电压X围单相180V260V AC(可设定)允许电网频率X围4752Hz/5762Hz(可设定)交流电网接入方法直插式端子夜间自耗电10W噪音40dB防护等级IP65冷却自然冷却通讯接口RS485/Ethemet使用环境
27、温度-20+40尺寸宽X高X深490385177mm重量44kg2.2.5 风机控制器功能设计选用DMEC-5kW型风机并网控制器，其原理如图2-9所示，根本结构如图2-10所示，主要有三个功能：(1)将风机输出的单相交流电整流为直流供后级逆变器输入；(2)当风机输出功率过大时，根据内部控制信号，接入功率连续可调最大5.5kW的卸荷负载，消耗多余能量，在不停机的情况下保护系统。(3)当紧急情况发生或维修等其他用户需要的时候，手动闭合刹车开关，风机单相输出短路使得风机停机，保护整个系统。图2-9 风机并网控制器原理图图2-10 电子负载控制箱原理结构示意图当直流电压超过380V且小于450V时或
28、者输出功率超过5kW时，系统将输出卸荷负载控制信号，卸荷负载控制信号共有两级，首先输出1级刹车信号，当输出1级刹车信号五分钟后，输出2级刹车信号，可以根据需要选择使用一级或两级刹车信号，此信号为干结点信号，驱动能力220VAC/1A.。卸荷负载的接入为与输出功率相对应的反时限保护，即输出功率越高，所需的接入卸荷负载的保持时间越短。系统发生故障时，也将自动接入卸荷负载以保护风机和系统。 表2-6 DMEC-5K技术参数型 号DMEC- 5K三相交流输入电压X围(线电压)0V-550V直流输出电压X围0V-780V卸荷负载最大功率5kW卸荷负载工作方式功率连续可调0- 5kW 尺寸宽高深348 x
29、 580x 248 mm重量25kg防水等级IP20工作环境温度X围-20C - 40C散热方式风扇散热2.2.6 风机防雷设计为了运行安全，风机做防雷保护措施。风机机仓和杆塔均是金属质地，且和电机与线缆间有良好的绝缘。风机采用主体安装防雷针，通过接地线引入接地网，按目前风机防雷标准，防雷接地电阻要求小于4。并网逆变器侧也加装防雷接线盒。图2-11风机防雷保护效果示意图根据不同的风机安装环境，方案将选取合理的风机塔杆，风机塔杆的类型主要有以下5种：1独立塔杆图2-12 独立塔杆示意图独立杆塔特点：多棱钢管塔杆，特殊防腐，外形美观，结实，安装方便，占地面积小。2杠杆式独立塔杆图2-13 杠杆式独
30、立塔杆示意图杠杆式塔杆特点：特殊防腐，便于安装、维护是小型风力机塔杆的首选，适用于高度在七米以下的塔杆。3桁架式塔杆图2-14 桁架式塔杆示意图桁架式塔杆特点：能拆卸、便于运输、安装，特别适合于交通运输极为不便的地区或岩石土质的地区。4拉索塔杆图2-15 拉索塔杆示意图拉索塔杆特点：本钱低，安装、运输方便，特殊防腐，适合渔船、屋顶等地方安装使用。5液压塔杆2-16 液压塔杆示意图液压塔杆特点：本钱低，安装、运输方便。相对轻巧，便于楼顶搬运与安装。输出功率：30kW /37VA；电流：54A;缸数：4缸；排气量：3.9L；润滑油容量：11L;油耗：208g/kwh；机组重量800kg。2.3.2
31、 柴油机的根本参数操作简便、设计小巧、结构紧凑，具有极高的性能价格比；运行稳定性和可靠性高，抗冲击负荷强；体积小、重量轻、低噪音、维修简单、保养费用低；拥有高扭矩、低燃料消费、低振动的根本性能。储能系统总体描述1) 设计原如此结合本项目的实际情况，储能系统的设计原如此主要包括： 能够改善风能接入质量。 能够改善电能质量，任何单个负荷或分布式发电机的投入和退出均不能引起电压、频率波动。 在孤岛运行情况下能满足重要负荷持续供电约80个小时的供电。 能够存储光伏、风力发电机一天的发电量。2) 储能系统规划设计储能功率需求按能够在极度恶劣的天气条件下，10kW负载不连续供电72个小时计算。考虑负载用电
32、的不均衡性，因此配备的储能容量为600kWh。2套光伏太阳能按100kW计算，每天上午9下午5点按平均50%发电，同时考虑天气因素系数按照0.7计算，如此平均每天的发电量为100*8*0.5*0.7 = 280kWh，在不带任何负载的条件下，用2天半可以把完全放电状态下的储能系统充满，如果风速风向可以的话2天如此可把其充满。充电站配电室储能系统选用100kW/600kWh电池储能装置，储能装置包括电池系统和双向控制装置、工频隔离变压器，输入侧采用工频变压器实现电气隔离，降低了电池对地绝缘的要求，系统运行更加安全，同时也能更好的匹配电池组运行电压X围，同时可通过在隔离变压器低压侧通过并联设备来扩
33、展容量。系统构成如图2-17所示。图2-17 储能系统示意图储能系统用于实现电池与电网间能量双向交换，可工作在蓄电池充电模式和蓄电池能量回馈电网模式。可采用远程、本地等控制方式，设备具有存储分时段工作模式功能，当与后台管理系统出现故障时，设备可按照本地存储的分时段工作模式进展工作。网侧AC/DC功率变换单元采用全控三相高频SPWM整流逆变模块接入电网，该模块可四象限运行，既可以从电网吸收有功，也可将电池能量回馈到电网。具有节能，输入功率因数高，电流谐波畸变率低等特点。为实现大容量应用，电池一般需要进展分组，因此储能装置需要同时提供多组电池的充放电管理，本方案100kW储能装置可同时提供12组蓄
34、电池的充放电接口，各模块可独立运行，因此可支持电池组的在线更换，即在不影响其它组电池正常充放电工作的情况下，对其中某组的蓄电池进展更换，在停运某组运行的过程中还可实现并网功率的根本恒定。本方案采用多组并联运行，集中监控管理的运行模式。集中监控单元通过通讯接口与蓄电池组和AC/DC模块进展接口，可实现“遥测、遥信、遥控、遥调等功能。A. 根本功能 系统用于实现电池与电网间能量双向交换，可工作在蓄电池充电模式和蓄电池能量回馈电网模式。 各组电池的功率交换由集中监控协调控制，支持恒功率运行，其中任意一组进展更换电池过程中，可自动增加另外几组的功率交换，维持与系统交换功率的根本稳定。 可采用远程、本地
35、等控制方式，设备具有存储分时段工作模式功能，当与后台管理系统出现故障时，设备可按照本地存储的分时段工作模式进展工作。 具有完善的保护系统，包括输入欠压、缺相检测、输出过压、输出过载、温度保护等必要的保护功能。 装置能满足GB10236-88规定的变流器抗电网干扰的要求。 系统注入电网的谐波应当得到有效地控制，满足国家相关标准。 装置需满足工程对电磁兼容性的要求。B. 保护功能系统既需要防止电网严重异常时对电池造成损害，同时也要防止系统故障时对电网系统造成影响，系统应具有至少以下保护功能： 低电压保护 过电压保护 缺相保护 低频率保护 过频率保护 过电流保护 器件异常保护 电池组异常工况保护 过
36、温保护 具有完善的防雷功能C. 人机接口的显示和操作功能3) 蓄电组设计充电站储能系统电池组局部由1个600kWh磷酸铁锂电池模块电池模块组成。选用100kW PCS单元实现电池的充放电控制。电池的循环寿命在2000次左右，每个电池包含有电池管理系统，每一个组串含有电池组串管理系统，整个电池系统包含一个电池监控系统。各级电池管理系统采用CAN总线结构通讯，并配置以太网方式。图2-18 600kWh磷酸铁锂电池柜工作示意图储能单元由945个200Ah单体电池，先105串组成一个电池簇，再由9个这样的电池簇并联组成，系统容量设计与验算如下：客户要求额定容量：Q=600KWh电池簇与串并联参数：单串
37、电池数S=105、并联数P=1、电池簇数C=10单体电芯容量：Ah=200Ah变流器直流输入电流X围为：300V380V电池串联后的工作电压X围：300V378V根据如上参数设定经计算可得：电池组配组后标称总容量：Q1=CSPViAh=91051由以上分析计算可知，在考虑了配组冗余可靠系数与成组后的实际容量与结合实际运行转换效率后，电池组的实际运行容量为600kWh，同时电池串联后的电压X围300V378V满足PCS直流侧输入电压X围300V380V要求。600kWh微网储能单元含1365节200Ah储能电池与配套的BMS、电池柜体。要保证电池系统的正常工作，需要保证以下根本条件： 电池系统需
38、要安装在室内，防止雨淋或暴晒； 环境温度控制在-5-40度； 电池柜上部以与前后需要保存至少400mm的通风空间； 要保持室内枯燥与清洁。图2-19 600kWh磷酸铁锂电池架占地面积约20平方米，总重量约6000kg。2.4.2 100kW双向智能控制成套装置(PCS)充电站配电室双向智能控制成套装置(PCS)由一套构成，屏体采用宽深高=800mm600mm2260mm标准屏体，前面板设置有人机接口单元、操作按钮等。单屏重量1800kG。主要引用标准如下表：表2-7 双向智能控制成套装置引用标准半导体变流器根本要求的规定GB/T 17478-2004低压直流电源设备的性能特性/T 8456-
39、1996低压直流成套开关设备DL/T 856-2004电力用直流电源监控装置DL/T 5044-2004电力工程直流系统设计技术规程DL/T 857 -2004发电厂、变电所蓄电池用整流逆变设备技术条件GB 10236-1988半导体电力变流器与电网互相干扰与其防护方法导如此电磁兼容试验和测量技术 静电放电抗扰度试验电磁兼容试验和测量技术 振荡波抗扰度试验DL/T 459-2000电力系统直流电源柜订货技术条件DL/T 5120-2000小型电力工程直流系统设计规程DL/T 781-2001电力用高频开关整流模块GB/T 7260-2003不连续电源设备GB/T 14549-1993电能质量公
40、用电网谐波GB 50171-92电气装置安装工程盘、柜与二次回路结线施工与验收规XDL 724-2000电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程图2-20双向智能控制成套装置屏柜体布置图 1) 双向智能控制成套装置设计A. PCS功率回路设计本方案中PCS的功率回路由两套AC/DC模块组成，AC/DC模块采用三相高频SPWM整流逆变电路，主功率回路由三相逆变桥、驱动电路、直流电容、电抗器、控制电路等组成。如图2-21所示，装置交流输入设置有软启动电路，装置启动前，首先通过软启动电阻对直流侧充电，当电压建立后再闭合主接触器，随后装置并网运行。AC/DC模块可四象限运行，当电池充电时，将网侧
41、交流电整流成直流电给蓄电池充电，当电池放电时，如此将直流电逆变成交流回馈到电网。图2-21 AC/DC三相高频整流电路电气原理图本方案中IGBT采用高速低损耗型IGBT，额定功率30kW对应的交流侧输入额定电流为135A，具备短时1.5倍电流过载能力，选用EUPEC公司的FF450R17ME3作为开关元件。AC/DC交流输入侧安装有三只单相电抗器，由于输入交流电流中存在开关频率成分的高频交流分量，为提高效率选用适合高频应用的电抗器。交流进线侧和直流侧均安装有熔断器，用于短路故障的保护。表2-8 AC/DC模块主要元件明细序号名称型号数量备注1IGBTFF450R17ME33低损耗型2驱动板自制
42、3光线接口3直流电容SHC-1000-3500，1000V/3500F 14高频单相电抗器35电流霍尔LT208-S736高频吸收电容1200V/1F37铝型材散热器热管散热器18风扇3AC220V线包9辅助电源输入：AC220V，输出：5V，15V110交流接触器311熔断器412交流电容400V/25uF313绕线功率电阻50W/1314绕线功率电阻50 W/513AC/DC模块主要技术参数如下： 交流侧工作电压：380V15%，48Hz52Hz，三相三线制； 额定容量：100kW; 额定直流电压：310V-380V； 额定工况时交流侧电能质量指标：功率因数0.98；电流谐波畸变率5%；
43、变换效率：97%； 工作噪声：65dB； 过载能力：1.5倍额定电流，允许过载1min； 冷却方式：强制风冷。B. PCS控制电路设计每个AC/DC功率回路的控制由底层控制器和上层控制配合完成充放电功能的实现，上层控制由集中监控装置通过通讯接口与底层控制器实现协调控制，充放电指令通过通信CAN或485通信对并联运行的PCS系统发出控制指令，PCS底层控制器承受到指令后通过PWM控制脉冲实现对本柜的输出控制。底层控制器采用低压产品控制器1/3的6U机箱，此控制器具有16路模拟量接口、16路开关量输入接口和16路开关量输出接口和12个PWM脉冲输出接口，2个232/485接口和1个CAN2.0B接
44、口，可以同时控制两个PCS系统。本产品采用可编程操作显示器TD220作为本装置的人机接口单元，外观如如下图2-22所示。显示模块通过RS232接口与低压控制器通讯。图2-22 人机接口显示单元外观C. 人机接口的显示和操作功能 显示功能：PCS具有显示功能，显示菜单为中文菜单，人机界面友好，容易操作。 操作功能：PCS具有输入输出显示界面、告警显示界面、历史记录显示界面、运行状态显示界面、参数设置显示界面，通过这些显示界面能清楚的知道PCS的运行状态、各输入输出量的数值、历史记录等，同时可以通过参数设置界面对相关参数进展设置来灵活配置PCS系统的充放电电压电流限值等。2) 双向智能控制成套装置技术参数A. 环境要求 环境温度：-1050(工作温度) 相对湿度：5%95%40 海拔：2
