偏远海岛多能互补智慧能源系统应用研究

2018-03-20李达非徐兴国

军民两用技术与产品 2018年1期

李达非徐兴国

（上海航天汽车机电股份有限公司，上海 200235）

在全球新一轮变革中，互联网信息技术与能源技术的深度融合推动了智慧能源产业新模式、新业态的兴起。智慧能源是推动我国能源生产和消费革命的重要战略支撑，对于提高可再生能源比重，促进化石能源清洁高效利用，提升能源综合效率，推动能源市场开放和产业升级，形成新的经济增长点，提升能源国际合作水平具有重要的意义。2016年，国家发布了《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》，其中明确指出，在海岛等偏远区域进行分布式能源或微电网等智慧能源系统建设，解决当地供电保障问题。本文在某偏远海岛上完成了一套光伏+储能的多能互补智慧能源系统示范工程建设，实现了光伏储能协调控制、电源稳定输出，满足了海岛部分用能需求，并完成了海岛智慧能源关键技术的研究。

1 系统方案

1.1 电气设计

该多能互补智慧能源系统电气设计图如图1所示，其采用260W光伏组件，共216块，配置2台33kW光伏逆变器，光伏系统的总容量为56.16kW，并网电压为单相AC220VAC/50Hz，配置96kWh储能电池，电气接入需要配电箱内安装防逆流控制器、断路器和电能计量表。

1.2 主要设备

（1）光伏组件

该多能互补智慧能源系统采用260W（±3%）多晶硅光伏组件。

（2）并网逆变器

该多能互补智慧能源系统采用单相输出的33kW并网逆变器。

（3）配电柜

该多能互补智慧能源系统采用标准配电柜，内置交流断路器。

（4）蓄电池系统

该多能互补智慧能源系统采用铅碳电池，由240个单体2V的电池串联组成，其额定电压等级为480V，允许电压范围为444V～528V，组成一组480V/200Ah的铅碳电池系统。电池组采用阵列式架柜安装方式，每个电池组由20个尺寸为（W）1000mm×（H）520mm×（D）400mm的机架组成一个方阵，方阵分前后两列、背靠背安装；机架与机架之间均用螺栓连接在一起，每个机架底部均设置有地脚螺丝安装孔，由此组成一个牢固、安全、整齐、美观的机架柜，如图2所示。

（5）储能变流器（PCS）

该多能互补智慧能源系统采用50kW储能双向变流器。（6）光储微网控制系统

由于该多能互补智慧能源系统用于偏远海岛，为实现光储系统孤网运行，系统配置了微网控制系统，微网控制柜与光伏逆变器、储能双向变流器、并网点表记连接采集数据，通过内设微网控制策略对光伏系统、储能系统进行功率调节、负载跟踪等操作。

1.3 微网控制策略

该多能互补智慧能源系统的能量管理系统选用主从控制法，在并网运行过程中，微电网中的各发电单元作为电流源输出功率，微网稳定运行；在孤立运行时，微电网控制系统采用主从控制策略，实现微电网稳定运行。

根据不同气候会出现以下几种工作模式：

光伏工作模式：通过光伏发电提供能量，多余电量存储进电池储能系统里；

无光模式：仅电池储能系统提供负荷所需电量；

混合放电模式：光伏和电池储能系统共同提供负荷所需电量；

备用柴油机发电模式：当储能电池能量也不够时，由柴油机发电提供负荷所需能量。

（1）离网控制策略

该多能互补智慧能源系统的离网控制策略如图3所示。

（2）并网

该多能互补智慧能源系统的并网控制策略如图4所示。

2 系统运行分析

该多能互补智慧能源系统的示范系统在某偏远海岛上通过建设和调试，开始运行数据统计分析和评估。其包括光伏系统（如图5所示）、储能系统（如图6所示），以及能源管理系统（如图7所示）等部分。

2.1 系统能量平衡

如图8所示，不论该多能互补智慧能源系统内的用电负载和光伏发电功率如何变化，整个微电网系统都能够通过能源管理系统运行策略，利用储能系统的快速反应机制，实现系统能力平衡。

图8中，绿色线为光伏总发电功率，蓝色线为电网侧用电功率，红色线为负载侧用电功率，黄色线为储能充放电功率。光伏、储能和电网功率之和基本上等于负载侧功率；当负载侧功率降低时，储能充电功率则升高，此时，将光伏输出多余的电量存储到储能电池里；当光伏发电功率降低时，则由储能放电来支撑负载运行；当负载用电量低时，光伏发的电量则储存到储能当中。该工作状态符合本文多能互补智慧能源系统的整体控制策略，光储系统运行正常。