多能互补型微网电站在内河航运场站的应用探索

卢胜利，刘仲良

（山东水运发展集团有限公司济宁分公司，山东 济宁 272113）

经过多年发展，我国已经成为世界上最具影响力的水运大国，在内河货运量方面，我国更是连续多年位居世界第一位。我国内河通航里程超过13 万公里，居世界第一，水上交通运输科技创新也达到世界先进水平。在港口、水上服务枢纽等区域建设多能互补的微电网，将有力助推水运事业的绿色低碳可持续高质量发展。与传统电力相比，微电网的建设实现了分布式能源、柴油发电机组、储能设备、用电负荷的综合管理，成为集发电、配电、经济调控于一体的电力交换系统。水运枢纽微电网的建设，在提高供电质量、减少电网建设成本、解决偏远地区供电困难、保护生态环境、提高水运服务质量等方面效益显著。

1 多能互补微电网简介

水域枢纽微电网既可作为一个独立系统运行，为水上枢纽提供办公生活用电；也可作为一个可控单元并网运行，将多个分布式电源并网问题转化为一个可控微电网并网，削弱了单个分布式能源的波动性、间歇性给电网的安全运行造成的不利影响。多能互补微电网系统运行控制方式复杂，要求具有良好的控制逻辑，以保持微电网运行的稳定性。

离网型水上枢纽微电网将风电、光伏、柴油发电机（柴发）、储能进行组网，适用于无电网接入的较为偏远的场所；并网型水上枢纽微电网通过交流400V 或10KV 接入电网并网运行，可用于保证离网后重要负荷的不间断运行，为水运提供更好的、持续性的服务。

2 应用案例分析

本文以山东水运发展集团有限公司济宁分公司微山船闸上游远调站多能互补离网电站为例，对离网型微网电站进行分析。

2.1 项目介绍

山东水运发展集团有限公司济宁分公司微山船闸是连接上、下级湖的重要交通枢纽，年服务过闸船舶7万余艘，通过量8000 多万吨。微山船闸远调站位于湖区，有开阔的水面作为船舶待闸停泊区，是船闸安全运行的第一道防线，因距离闸口相对较远，地理位置比较特殊，一直未能接入市电。办公、生活用电主要来源为原建设于水泥趸船上的一套离网光伏发电系统，另有一台柴油发电机组作为备用电源供电，离网光伏电站老化且无储能配置，发电量远远不能满足日常办公生活使用，柴油发电机组运行燃油、维护成本均较高，且给生态环境造成一定的影响，一旦出现问题，将给船闸的正常运行调度造成影响。

为解决远调站用电难题，降低运行费用，同时响应国家绿色低碳交通可持续发展要求，在微山船闸上游远调站建设多能互补+储能的离网电站，具有较高的经济效益和社会效益。微山船闸上游远调站微网电站由光伏发电系统、风力发电系统、柴油机发电系统、储能系统、能源管理系统、用电负荷组成。能源管理系统通过研发设计的控制策略对微电网进行智能控制，在日间使用光伏、风力发电系统供电及对储能系统进行补充，夜间由风力发电系统及储能系统供电，在长期阴雨天气及风力、光伏系统检修时，以柴油发电机组作为备用电源供电。

2.2 系统设计

2.2.1 运行策略

（1）风、光发电优先供负载，多余给电池充电，电池满电状态的话直接限发。

（2）风、光给负载供电不足时，电池补充，电池再有不足，柴发补充。

图1 系统方案拓扑结构

2.2.2 系统配置

本项目系统配置72KW 光伏发电系统，10KW 风力发电，235.52KW 锂电储能系统，50KW 柴油发电机组，方案主要配置见下表：

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2.3 系统方案

2.3.1 光伏发电系统

本光伏发电系统选用550Wp 单晶硅电池组件，合计装机容量为72kWp。安装位置为靠泊钢制趸船上，构成部件由太阳能电池板（组件）、光储一体机、支架等组成。

图2 光伏发电系统安装图

2.3.2 风电系统

风机塔机主要参数：

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图3 风机安装实物图

2.3.3 储能系统

（1）系统特点：①双向变流；②具有多种保护措施，保证系统能够正常稳定运行；③配有监控系统，实行全数字化控制，可以查看储能变流器运行状态信息，且具有诊断、复位功能，可实现无人值守，全自动化运行。

（2）储能系统方案。储能系统内设备包括1 套253.52kWh 锂电池储能系统（含2 架电池、BMS 系统）、2 台30kW 储能双向变流器、1 套能量管理系统（EMS）和相关辅助系统组成。

2.3.4 电池管理系统（BMS）设计

（1）BMS 主要包括电池状态监控、运行控制、事件记录存储功能、绝缘监测、动态均衡管理、保护报警、通讯等功能，保证系统正常、稳定、可靠的运行。本项目所用BMS 采用三层架构进行设计，分别是电池采集均衡单元（BMU）、电池簇管理单元（BCMS）、电池阵列管理单元（BAMS）。系统基本构架如下图：（2）控制保护策略BMS 电池安全保护方案含有三级软件保护功能、自诊断功能、软件失效情况下的熔断器配置和断路器配置等，全方位保障系统的安全稳定运行。

图4 BMS 系统基本构架

2.3.5 能量管理系统（EMS）

2.3.5.1 系统功能简介

EMS（能量管理系统）是整个系统的大脑，能够实时监控整个系统的运行状态，保存运行数据，并能上传故障信息。它为系统调度控制中心提供数据管理、监视、控制和优化，保障系统的稳定高效运行。

系统由独立的户外模块机组成，模块支持多机并联，模块内部由能量控制器完成各个模块之间的数据采集与控制。储能控制器通过4G 模块上传到云端，云端提供管理平台及APP。

2.3.5.2 组网架构

微网储能系统中，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：1 台储能双向变流器、1 台风能变流器、1 台光伏逆变器、电池管理系统（BMS）、柴油发电机、各级智能电表等均接入站级监控系统。

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2.3.6 柴油发电机组

远调站用电负荷最大约在30KW，考虑未来用电增长需求，系统配置50KW 柴油发电机组，根据用能特性柴油发电机组与风光储发电系统进行自动切换。

3 效益分析

风光柴储一体式离网电站在微山船闸上游远调站的建成，减少了发电机运行保养产生的废弃机油、滤芯等危险废弃物，每年可减少柴油消耗量约50 吨，每年减排工业废气约60 万立方，二氧化碳约150 吨，具有良好的节能环保效益；每年可以节约用电费用20 多万元，具有良好的经济效益；在远调站靠泊趸船建设岸电装置，可以为过往船员提供用电服务，具有良好的社会效益。

4 结束语

通过上述多能互补离网微网电站的案列分析可得知：多能互补微网电站在内河航运场站中应用是切实可行的。通过多种保护措施，优化设计控制策略，保证系统能够正常稳定运行，配有运行监控系统，实行全数字化控制，可实现无人值守，全自动化运行。多能互补微网电站的应用可最大程度的利用可再生资源，助力国家绿色低碳交通可持续发展，同时，为内河航运偏远场所提供了一种可靠的供电解决方案，以绿色电力助推水运事业高质量发展。