新闻

智能微电网并网运行关键技术及工程应用

作者:pt游戏官网 发布时间:2021-01-07 00:09 点击数:

  1智能微电网并网运行关键技术及工程应用2018年11月南方电网科学研究院 2目录政策背景 1关键技术与成果 2工程应用与成效 3建议与展望 4 3截至2017年12月,南方电网各省区新能源并网装机容量27.17GW,其中风电并网装机容量17.5GW,占比64.43%;光伏并网装机容量7.8GW,占比28.7%。主要分布在云南、广东和贵州。分布式新能源主要以分布式光伏为主,截至2017年底分布式光伏装机容量为1573.5MW,同比增长了44%。风电64%光伏29%生物质7%风电 光伏 生物质云南39%广东26%广西10%贵州20%海南3%广州1%深圳1%政策背景 4微电网是分布式能源并网消纳的重要形式,可作为智能电网...

  1智能微电网并网运行关键技术及工程应用2018年11月南方电网科学研究院 2目录政策背景 1关键技术与成果 2工程应用与成效 3建议与展望 4 3截至2017年12月,南方电网各省区新能源并网装机容量27.17GW,其中风电并网装机容量17.5GW,占比64.43%;光伏并网装机容量7.8GW,占比28.7%。主要分布在云南、广东和贵州。分布式新能源主要以分布式光伏为主,截至2017年底分布式光伏装机容量为1573.5MW,同比增长了44%。风电64%光伏29%生物质7%风电 光伏 生物质云南39%广东26%广西10%贵州20%海南3%广州1%深圳1%政策背景 4微电网是分布式能源并网消纳的重要形式,可作为智能电网在配用电侧的具体化,是新能源综合高效利用的重要途径。电力市场环境综合能源利用微电网角色定位售电侧市场主体之一多能源互联入口政策背景 5 对新能源微电网的定位、目标、类型、技术标准、项目程序等逐一做出了规定,不仅细化了新能源微电网的下一步发展,对我国新能源乃至未来能源整体结构的布局与调整有重要意义。《关于推进新能源微电网示范项目建设的指导意见》 有力推进电力体制改革,切实规范、促进微电网健康有序发展,建立集中与分布式协同、多元融合、供需互动、高效配置的能源生产与消费体系,做出重要指导。《推进并网型微电网建设试行办法》 28个新能源微电网示范项目获批,带来的新增光伏装机为899MW,新增的电储能装机超过150MW,此外,各种热储能、风电等其他类型能源也都有体现,此举将对中国的微电网的发展带来巨大推动。《关于印发新能源微电网示范项目名单的通知》政策背景 6 要推动新能源微电网在解决无电岛、偏远山区供电等方面的应用。《关于推进“互联网+”智慧能源发展的实施意见》 直接将“推进微网建设”作为重点任务12,要求“统筹利用区域分布式能源资源,因地制宜建设多模式微网,解决海岛和偏远地区供电问题,提高电网薄弱地区供电质量,提供高可靠性区域优质的电力服务。”《“十三五”智能电网发展规划研究报告》微电网建设规模的进一步扩大是发展综合能源服务的趋势南方电网公司政策政策背景 7序号 工程名称 类型 工程规模1 东澳岛智能微电网 海岛型微电网风机4×750kW;光伏发电578.48kWp;柴油发电机4×1MW;储能4×500kW/3MWh。2 桂山岛微电网 海岛型微电网风机3×750kW;柴油发电机3×1MW;储能4×500kW/4.8MWh。3 深圳生态科技园智能微电网 商业楼宇微电网光伏发电142kWp;磷酸铁锂电池储能90kWh。4 云南玉溪唐旗社区微电网 居民型微电网分布式光伏60kW,锂电池储能25.5kWh。5广东佛山三水工业园用户侧微电网工业型微电网分布式光伏19.77WM;磷酸铁锂电池500kW/900kWh。6 广西贵港微电网群 微电网群光伏发电191kW;风力发电60kW;储能230kWh。7 澳能工业园智能微电网 工业微电网光伏500kW;压缩空气储能1.5MW*2h。为提高分布式光伏和储能等分布式能源的利用效率,提升不同类型用户的经济收益和微电网综合效益,进一步推动微电网产业化发展,南方电网积极开展微电网关键技术研究、装备研制与示范应用工作,目前已经建成各类微电网工程16项,涵盖海岛、工、商和居民等不同类型微电网,涉及风电、光伏及不同储能等分布式能源。政策背景 8目录政策背景 1关键技术与成果 2工程应用与成效 3建议与展望 4 9商业模式类型 参与主体关系 光伏消纳方式传统模式 运营商+光伏用户 自发自用+余电统购统销市场化模式1 多光伏用户 自发自用+余电合作互用市场化模式2 多光伏用户 自发自用+余电市场竞价1n2n - 1...sellbuy自发自用+余电合作互用sellbuysellPrbuyPr 市场化模式1  市场化模式2sellbuysellPrbuyPr 传统模式营运模式 理清微电网各参与主体建设成本分摊和运营收益分配问题; 以微电网电量市场化交易的商业模式,促进光伏消纳,提高微电网潜在收益。 10多目标优化模型 收益最大化 光伏利用率约束条件/关键参数关键负荷 启动冲击电流 持续供电时间储能刚性容量功率平衡放电深度优化目标 采用计及关键负荷启动特性及持续运行时间的储能系统配置原则; 采用图形化方法开发规划设计软件,可执行多目标规划以及动态评价全过程。可靠性/安全性储能配置原则规划设计微电网规划软件 11 采用小波变换及加窗的谐波检测方法,以小波变换分离高频分量,利用加窗算法计算低频分量,计算量较小; 隔离高频分量后的信号进行快速傅里叶变换,精度更高。基于改进FFT和小波变换联合检测谐波方法 加窗快速傅里叶变换算法000 0001( 2 )101( 2 )11( 2 ) ( 2 )11( 2 )[ ] [ 1 ][ ][ ]( [ ] [ ] [ ] )nNjkNmnnNjkNnnNjk jkN NnjkNmS k s m n es m n ee s m n ee S k s m s m N e                带噪声变频率双谐波信号的估计误差幅值和频率连续变化的信号估计谐波信号低频部分高频部分离散小波变换基波及各次谐波幅值、相位信息噪声、奇异突变信号信息加窗傅里叶变换离散小波变换谐波检测 12 故障检测:低电压启动过电流故障检测方案 故障定位:获取表征故障支路信息的最小故障信息集 故障跳闸:确定跳闸开关编号低压微电网保护控制逻辑图故障保护总体步骤和思路 基于最小过电流故障集故障支路定位算法可有效降低算法复杂度,运算时间短; 实现了微电网并网时对上级电网故障的快速感知和离网时对内部故障的及时响应。NYNNYNYY读取列表数据并网模式Mode=0?母线电压低于低限值各相电压差值最大值大于电压上限TimerCount大于设定延时2?保护程序计时TimerCount加1跳开保护区域内所有开关TimerCount大于设定延时1?开关过流动作子程序通信异常动作子程序保护程序计时TimerCount=0开始并网模式下主电网开关离网模式下主储能开关并网模式下过流保护设定值离网模式下过流保护设定值故障保护 13aSbScSabcaSbScSLaebecebiciaiqidicqucdudrefiqrefidcu*dcud qe Li  d de Li   22qrefI i 1CboostLPVSPVdcuPVuPVipvmpptVdcCdcu*dcuLiLiLipvu1S2S1S2S 正常情况下:逆变器输出电流与电网电压同频同相 电压跌落时:BOOST电路:MPPT控制恒压控制;换流电路:电压电流双环控制电流单环控制光伏低电压穿越仿真结果电感电流控制环机端电压控制环YN检测并网点电压低压微电网电压跌落至0.5 pu?BOOST电路切换至恒压控制模式换流电路切换至电流单环控制BOOST电路切换至MPPT控制模式换流电路切换至电流内环/电压外环双环控制动态无功电流支撑低压穿越策略 直流电压控制器快速切换机制 有效防止了电压跌落期间光伏系统 过流脱网 ; 电压跌落期间有效 支撑微电网电压 ,电流 保持稳定 ,实现了光伏的 低电压穿越运行 。低电压穿越 14孤岛检测算法流程图被动式分层查询模块流程图被动式分层查询孤岛检测仿真结果 将频率变化率检测引入孤岛检测方案中,减少孤岛检测盲区,加快检测速度; 可用于储能具备和不具备孤岛检测功能的两种用户侧微电网典型拓扑,适用范围较广。 储能1 储能2孤岛检测 15 并网转离网控制流程图?net ofsetP P 离网转并网控制流程图母线电压有效值(p.u)频率(Hz) 母线电压有效值(p.u)频率(Hz)母线电压有效值(p.u)频率(Hz)并离网无缝切换系统响应结果 包含微电网计划、非计划并网转离网和离网转并网无缝切换控制策略; 采用V/f控制器输出与PQ控制器输出负反馈状态跟随方案可有效减小切换过程暂态振荡; 非计划并转离电压波动范围在10%内,频率波动范围在0.5Hz内,切换时间在30ms内。内环控制器PQ控制器V/f控制器K1K2K3K4负反馈状态跟随控制并离网切换 16Step1.电网阻抗在线.逆变器主动阻抗控制判断Step3.逆变器主动阻抗控制参数设计Step4.执行逆变器主动阻抗控制在线测量测得电网阻抗控制流程根据相角裕度判断是否阻抗控制截止频率不变,保证足够相角裕度21111( ) (1 )( )11ffpwm f dLC skG ssK C R s 通过有源前馈,实现输出阻抗相位提升 针对海岛弱电网系统阻抗相角裕度不足所导致谐波振荡问题,通过在控制环路中引入自适应的相角补偿控制,实现并网装置的主动阻抗控制。(a) (b) (c) 阻抗控制过程:谐波振荡阻抗测量阻抗补偿振荡抑制主动阻抗控制 17微电网负荷预测模型分布式光伏功率预测模型 采用离线参数寻优与在线极限学习机功率预测相结合的方法,将复杂寻优过程与在线快速预测分解,实现计算资源约束与预测精度的有机平衡; 定期更新预测模型参数,保障对用电习惯变化及光伏随机覆尘的适应性。功率预测 18微电网能量管理模型常规工况与应急工况下的能量优化优化模型优化模型最大化光伏就地消纳率最小化日用电成本优化模型优化模型最大化关键负荷供电时长常规情况下的能量管理(并网)应急情况下的能量管理(孤网)模式切换能量优化电网分布式电源电动汽车储能负荷区域能量管理监测与控制功率预测负荷预测DR管理与电网侧接口区域能量管理系统计量调度监测控制电价信息需求侧资源计划监测用户负荷控制计量能效管理检测控制用户能效管理终端1用户能效管理终端2...n分布式电源双层微电网单层微电网 构建不同层级、不同工况和运行模式条件下多目标能量优化模型库; 微电网根据实际运行情况自适应选择相应优化模型,提高优化效率。1 11 11 1min ( ) ( ) ( )( , )max( , )T Li i batt iT Lrat irT Lrpt iF p t P t C TP i trP i t     190 0.5 1 1.5 2 2.5x 10 4050100150间 时间/200ms(0 为 2015-11-22 10:11:00)Ia/A离网经济运行柴发主电源离网经济运行开始(((RNum DG 2)&&(P 柴发 DgLow))(RNum DG 1))&&P备用*Pcoeff1Pwindsta&&Q备用*Qcoeff1Qwindsta&&P wind额定 (P DG&wind实际 -P 已投wind额定 )*k&&VspeedminVspeedVspeedmax&&RNum风机3&&Num风机0P 柴发 DgHighRNum pcs 0&&P PCS PdlimitSOCSOC 下限结束是是否否否是是否启动1台风机增加储能出力RNum DG 3否是启动1台柴发P 柴发 DgLowRNum pcs 0&&P PCS -PclimitSOCSOC 上限否是减小储能出力RNum DG 1?否是停止1台柴发是RNum 风机 0&&P wind额定 (P wind实际 +P 柴发实际 )*k&&P wind实际 P 备用 *Pcoeff1停止1台风机YT PCS =YC PCS +Pwind实际DgHigh P 柴发 DgLow RNum风机3是是否否0 0.5 1 1.5 2 2.5x 10 00间 时间/200ms(0 为 2015-11-22 10:11:00)P/kW0 0.5 1 1.5 2 2.5x 10 4-间 时间/200ms(0 为 2015-11-22 10:11:00)Q/kvar 针对海岛微电网风机和负荷波动大特点,综合考虑负载率、渗透率、备用容量等指标,优化风机启动限制条件,解决风机并网难的问题; 协调海岛柴发、光伏、风机、储能等多种电源,最大化消纳新能源。 20管理方式:对家庭中可控负荷进行调控。优化目标:兼顾经济性和用户舒适度。微电网的能效管理能效管理热水温度的调节效果用水需求水温空调的室温调节效果室外温度室内温度( ( )) { ( ) ( )} min Q t V c t Q t   E李雅普诺夫漂移代表负荷队列稳定性(用电舒适度)系统效用函数代表用户能效最大化 21提供底层接口,与并网逆变器、PS等设备进行互联对运行日志、关键数据进行存储显示设备运行状态、自定义运行参数以及查看日志负责微电网中央控制器与一体化终端的相互通信 以最大化兼容、最紧凑体积和最合理布局为设计目标。 装置体积小、通用性强,可实现底层设备即插即用;对环境要求低,可靠性高。名称 微电网中央控制器产品型号 MGC201工作电压 220V/50Hz工作功耗 6W外观尺寸 25*22*9cm产品重量 6.5kg防护等级 IP60核心控制装备研制-中央控制器 22 微电网中央控制器装置软件方案SD FLASH分钟级及小时级控制模块秒级控制模块毫秒级控制模块:::功能模块关键指标光伏日前预测模块误差25%光伏实时预测模块误差15%负荷日前预测模块误差20%负荷实时预测模块误差15%能量优化调度模块日前计算时间30min实时计算时间5min能效管理优化模块家庭能效提高9%能量双向计量模块有功0.5级(三相)无功1级(三相)并/离网切换模块切换时间30ms频率稳定控制模块频率变化控制在1.5Hz,电压稳定控制模块电压波动控制在15%数据存储模块8GB通信模块2路以太网,CAN总线、Wi-Fi、及RS-485人机界面LCD触摸屏核心控制装备研制-中央控制器 23工业、商业楼宇型用户 双层微电网 区域型一体化终端居民型用户 单层微电网 户用型一体化终端区域型一体化终端(MGC202-A)户用型一体化终端(MGC202-B) 可满足双层和单层结构用户侧微电网的组网控制需求 区域型/户用双向计量、监控和能效管理一体化终端核心控制装备研制-一体化终端 24目录政策背景 1关键技术与成果 2工程应用与成效 3建议与展望 4 25建成家庭/小区、商业住宅/办公、工业型等四种形式的微电网示范工程。光伏装机总容量为20129kW,储能电池总容量为1046.8kWh。示范工程 特征 建设规模 示范内容温带高原山地季风气候,家庭/小区型,新农村住宅区,无峰谷/有阶梯电价20户用户,光伏装机容量60kW,储能电池容量25.1kWh,包含3个子微网规划设计、运营模式、功率预测、能量管理、并离网切换、离网运行亚热带季风气候,工业用户型,有峰谷/有阶梯电价光伏装机容量19.77MW,储能电池容量900kWh,包含6个子微电网运营模式、功率预测、促进光伏消纳、无功优化、功率预测、功率预测亚热带季风气候,家庭/小区型,城市别墅区,无峰谷/有阶梯电价28户用户,光伏装机容量共157kW,储能电池容量31.7kWh,包含5个子微网能效管理、规划设计、运营模式、并离网切换、离网运行、促进光伏消纳,功率预测亚热带季风气候,商业办公和商业住宅型,有峰谷/有阶梯电价光伏装机容量142kW,储能电池容量90kWh,包含4个子微电网规划设计、运营模式、并离网切换、功率预测、离网运行用户侧光储微电网工程概况 26屋顶光伏阵列屋顶光伏阵列储能电池储能变流器楼顶光伏阵列工程建设情况 27一体化终端和中央控制器研发设备工程应用情况 28应用与成效-功率预测日前预测相对误差实时预测相对误差佛山光伏 23.33% 13.97%负荷 7.87% 5.29%广州光伏 16.32% 9.86%负荷 19.39% 14.60%玉溪光伏 16.29% 8.20%负荷 17.49% 13.26%深圳光伏 19.74% 13.33%负荷 15.64% 12.71%04:00 06:30 08:00 09:30 11:00 12:30 14:00 15:30 17:00 18:0002500时间/h功率 /W 日前功率预测实时功率预测实际功率00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 23:30003200时间/h功率 /h 日前负荷预测实时负荷预测实际负荷光伏预测负荷预测06:30 08:00 09:30 11:00 12:30 14:00 15:30 17:00 18:时间/h功率 /kW 实时预测日前预测实际发电00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 23:080009000时间/h功率 /W 日前预测实时预测实际负荷佛山广州玉溪深圳 轻量化、嵌入式光伏功率预测和负荷功率预测程序可为能量和能效管理策略提供较为准确的预测值 29应用与成效-促进光伏消纳佛山广州玉溪策略实施前 策略实施后 提高值佛山 65.19% 66.82% 1.63%广州 78.72% 87.40% 8.68%玉溪 49.49% 64.57% 15.08% 能量优化策略实施后,光伏就地消纳率有了不同程度的提高 30应用与成效-能效管理负荷功率对比图温度对比图未投入能效管理功能情况下,用户单日用电量为46.50kWh;投入能效管理功能情况下,用户单日用电量为40.53kWh;用户单日实测节能5.97kWh。广州 通过调节空调功率,在保证舒适度的情况下,减少能源消耗,实现家庭能效提高12.8% 31桂山风电场桂山岛微电网东澳岛微电网大万山岛微电网担杆岛微电网35kV桂山站35kV东澳站35kV大万山站目前已经建成投运微电网群包括4个海岛微电网:东澳岛微电网、桂山岛微电网、大万山岛微电网和担杆岛微电网,其中东澳岛微电网为国内首个兆瓦级离网型海岛智能微电网项目,4个微电网均为海岛离网型微电网,解决海岛供电稳定性和可靠性问题。10kV担杆站珠海海岛微电网群工程概况 32东澳岛微电网工程 桂山岛微电网工程海岛微电网工程概况 4×750kW风力发电机组 578.48kWp光伏发电 500kW×6h锂电池储能 4×1MW柴发电池500kW×6h风机4×500kW柴发2×1000kW 3×750kW风力发电机组 4×500kW×2.4h锂电池储能 3×1MW柴发可实现功能:主电源无缝切换、离网经济运行、紧急调频、高压高周切机、低压低周减载、黑启动等 33应用与成效-主电源切换 通过锁定控制初值并设立衰退机制,减小主电源投切过程中的波动1 2 1柴发有功无功出力储能有功无功出力第一阶段:储能主电源柴发主电源;第二阶段:柴发主电源储能主电源。切换过程电压波动范围10%,频率波动0.2Hz1 2微电网系统频率、电压及电流 34应用与成效-离网经济运行 协调柴发、储能及风机出力,新能源利用率提高32%0 0.5 1 1.5 2 2.5x 1000间 时间/200ms(0 为 2015-11-22 10:11:00)P/kW0 0.5 1 1.5 2 2.5x 104-间 时间/200ms(0 为 2015-11-22 10:11:00)Q /kvar0 0.5 1 1.5 2 2.5x 200400间 时间/200ms(0 为 2015-11-22 10:11:00)P/kW0 0.5 1 1.5 2 2.5x -5000500间 时间/200ms(0 为 2015-11-22 10:11:00)Q /kvar0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2x 00间 时间/200ms(0 为 2015-11-22 10:11:00)P/kW0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2x 间 时间/200ms(0为 为 2015-11-22 10:11:00)Q/kvar实现低风速情况下单台柴发带两台风机稳定运行,在保证柴发运行在经济运行区间内,提高风电利用率;首次增加储能为主电源的带风机运行策略,实现短时100%的新能源微电网。柴发主电源有功无功出力 风机有功无功出力 储能有功无功出力 35 基于研发成果和实践积累,主持并参与了国际、国家和行业标准制定工作,共计12项标准,其中包括1项国际标准。标准规范序号 标准名称 标准类别 目前状态1Technical Requirements for Operation and Control of Microgrids(IEC/TS62898-2)国际标准 送审稿2 微电网接入配电网系统调试与验收规范 国家标准 发布3 低压光伏发电系统设计规范 国家标准 发布4 独立型微电网监控系统技术规范 行业标准 发布5 并网型微电网需求响应技术要求 团体标准 发布6 并网型微电网的负荷管理技术导则 团体标准 发布7 微电网运行与控制技术条件 行业标准 送审稿8 微电网规划与设计导则 行业标准 送审稿.. 36目录政策背景 1关键技术与成果 2工程应用与成效 3建议与展望 4 37 电网公司引导 主要是不同类型的示范工程 市场规模约几十至一百 运营模式:电网公司投资运营 经济性差,投资风险大微电网产业前景预测2012~2020 2020~2030 2030以后 主体多样化 主要是数量众多的家庭型微电网(农村家庭屋顶光储微电网) 市场规模约几百万至几千万 运营模式:用户投资运营 经济性较好,投资成本低,利润低光储成本高,技术率先发展光储成本降低30%~50%,售电市场放开初期,电价高、具有峰谷电价差的工业型微电网率先发展光储和控制器成本进一步降低,售电市场发展成熟,小型微电网投资门槛大幅降低,家庭型微电网数量快速增长市场萌芽期市场成长期 市场成熟期 售电公司主导 主要是工业型用户侧微电网(工业厂房屋顶光储微电网) 市场规模约几万至几十万 运营模式:售电公司投资运营 经济性好,投资成本高,利润高 38微电网发展建议市场萌芽期:一方面开展技术研究和集成示范,为微电网工程建设提供整体解决方案和咨询服务;一方面通过微电网示范工程,实现电压等级较高、容量较大的分布式光伏可观可控,有序引导分布式光伏发展。市场成长期:快速投资建设工业型用户侧微电网,在售电侧放开的情况下迅速抓住优质客户资源,开展非监管售电业务,提升电网公司盈利能力。市场成熟期:一方面为家庭型用户侧微电网发展建设供整体解决方案和附加值较高的微电网核心控制设备;一方面收集工业型用户侧微电网的用户数据,拓展增值服务,增加电网公司盈利手段。 39 攻克综合利用技术:突破多运行场景微电网(群)的群体自治调控技术,实现综合能源微电网能效提升,建成配置灵活、多能互补高效微电网; 研发核心设备:针对新型市场模式下微电网(群)发展要求,研制智能调控设备及系统; 细化技术标准:针对不同类型的微电网,面向设备,面向业务制定完善标准体系; 提高运营能力:结合电力体制改革和能源发展,把更多的潜在/间接收益转化为直接收益,提高运营能力。微电网发展方向展望 40谢谢聆听!40


pt游戏官网

@SHENZHEN ENERGY Corporation All Rights Reserved.

pt游戏官网