基于光储互补微网技术的微电网系统构建蒋日坤

蒋日坤

摘要：本文阐述利用光储互补微网技术构建微电网的过程。运用储能装置和控制保护装置实时调节以平滑系统的功率波动，维持网络内部的发电和负荷的平衡，保证电压和频率的稳定，能够有效克服分布式电源随机性和间歇性的缺点，解决可再生清洁能源的利用和分布式电源的大规模接入的问题，同时也为智能配电网中微电网的建设及接入提供理论、技术及实践依据。

关键词：智能电网，微网，在线监测，构建

1光储互补微网建设思路及原则

本文阐述了位于厦门五缘湾小区开发的微网中央运行监控平台和能量管理系统，建设光储互补微网，整合五缘湾小区一期B区商务楼60kWp屋顶光伏和小区庭园灯、草坪灯和地下停车场等部分公共照明负荷，配套建设50kWh储能系统，构成智能小区低压微网。

2总体建设方案

2.1工程建设总体方案

该示范项目工程整体建设方案如下包括：五缘湾微网由光伏发电系统、储能系统、测控保护系统、主控系统共四部分组成，在原有60kW光伏发电光伏发电基础上，配置储能及控制系统，实现微网并离网模式下系统的安全稳定运行，提高了突发情况下的应对能力，提高了系统的供电可靠性。

2.2光储互补微电网的储能系统构建

2.2.1储能系统的系统构成

储能系统由四大部分组成[1-2]：储能电池单元、DC/DC双向电源、DC/AC双向并网变流器、逆功率检测单元。储能电池用来存储电能；DC/DC用于给电池充电或在逆变时把电池电压升高到并网所需的直流电压；DC/AC双向并网变流器用于把交流电变成充电所需的直流电或把直流电变换成交流电反馈回电网。

2.2.2储能系统的电池组选型原则

在五缘湾试点工程中，建议采用锂离子电池作为储能主设备，容量配置为50kWh，经过双向并网逆变器馈入微网母线。

2.3.2储能系统的能量转换系统(PCS)

能量转换系统(PCS)通过快速开关与电网并联。基本工作原理如下：

1）电网有电时，所有负荷均可由电网供电。在用电高峰时储能系统也可向电网反送电；在用电低谷时，储能系统向蓄电池组充电；

2）电网停电时，快速开关在短时间内迅速将逆变系统与电网断开，逆变系统进入孤岛运行模式，向重要负荷供电，最长供电持续时间不小于1小时；

3）电网恢复供电后，快速开关导通，逆变系统与电网并联运行；

4）中交流接触器用于逆变系统检修时将重要负荷并回电网；

5)上述控制策略及对系统监控由主监控器完成。

2.2.3光储互补微网的保护配置

光储互补微网其主要的保护功能主要有：开机自检功能、直流电压过欠压保护、直流侧过流保护、交流电压异常保护、交流侧过流保护、频率异常保护、防孤岛保护、恢复并网保护、输出直流分量超标保护、功率翻转保护、过温保护。

2.3光储互补微网的运行与控制

2.3.1光储互补微网的运行控制总体策略

储能系统并网充放电控制策略，储能系统可作为主电源，工作模式由电流源模式转换为电压源模式，双向逆变器作为恒压/恒频的交流电源，给孤岛系统提供参考频率。储能系统根据光伏出力和负荷需求情况自动调节自身充放电状态和功率，实现微网中电源出力和负荷的实时平衡，并且在必要时候可采取切负荷/切机手段，以维持微网的频率和电压稳定。

2.3.2光储互补微网的运行管理系统

微网运行管理系统从配电网调度层、微网集中控制层、分布式电源和负荷就地控制层三个层面对微网进行综合控制和管理[1-2]。

2.3.3光储互补微网的运行管理系统

为了实现微网的运行控制以及运行数据的积累，需要对分布式电源和储能系统配置监控装置，采用RS485或以太网的通信方式，实时监测微网系统的运行参数和工作状态。实时对电源并网点及微网并网接口处的电能质量进行监测，包括电压偏差、电压波动与闪变、谐波、三相不平衡、直流分量，且最短每隔5分钟存储一次运行和环境数据。

环境监测：主要包括日照强度、风速、风向、室外温度、室内温度和电池板温度等参量。

2.3.4光储互补微网的中央控制器

微网控制器主要负责微网控制策略的运行、与电源/储能/负荷终端的信息交互、与后台服务器系统的信息交互，通过对分布式电源/储能/负荷的协调控制，实现微网在并网/孤岛模式下的稳定优质运行及运行模式间的切换。

2.3.5光储互补微网的能量管理系统

微网能量管理系统主要负责数据存储、实时监视与操作、微网经济调度，以及与配电网调度系统的接口。主界面主要包括6部分：微网总览、有功平衡控制、运行监视、优化调度、用电分析、发电分析、发电预测。

2.3.6光储互补微网的保护配置

储能系统保护：储能系统配置电网欠过电压保护、电网欠过频保护、孤岛效应保护、输出短路保护、直流反接保护、蓄电池过充过放保护（直流过欠压保护）、硬件故障保护、过温保护、接触器故障保护、三相不平衡保护、相位保护、过载保护。

3结论

1）原有光伏发电系统在配网故障时将退出运行，无法保障生活水泵、地下室车库照明等重要负荷的正常供电，居民正常生活受到干扰；光伏发电系统退出失败时将产生孤岛效应，对配网线路检修造成安全隐患。

2）以储能系统为支撑的微电网系统具有离网运行能力，可保障重要负荷的稳定运行，提高了系统供电可靠性和可再生能源利用率。

4展望

符合国情省情市情的分布式电源典型接入模式。从接入规模、接入配电网的电压等级、分布式电源的类型与电源组合、电网供电方式（专线、T接、内网接入等）、并网点位置、PCC点设置、设备选型等方面总结提炼，研发升级相关设备与系统。

参考文献

[1]刘振亚．智能电网技术[M]．北京：中国电力出版社，2010：1-11．LiuZY．Smartgridtechnology[M]．Beijing：ChinaElectricPowerPress，2010：1-11(inChinese)．

[2]许晓慧．智能电网导论[M]．北京：中国电力出版社，2009：27-43．XuXiaohui．SmartGridIntroduction[M]．Beijing：ChinaElectricPowerPress，2009：27-43．

作者简介：

蒋日坤(1985-),男，工学硕士，工程师，通信作者，从事智能电网管理及研究工作；E-mail：[e-mail]