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    能源利用能源轉換
    解決未來發電與用電平衡協調矛盾

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    儲能技術系統解決方案

    儲能技術系統解決方案


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    隨著大量的風電、光伏等間歇性、不穩定電源并入發電側,特別是大量的分布式小容量電源并入用電側,將導致未來的電力系統不確定性增強,發電與用電的平衡協調矛盾加劇,急需研究針對這些問題的解決辦法。能源互聯網是解決未來發電與用電平衡協調矛盾的有效手段,其機理就是橫向多能互補,縱向源、網、荷、儲協調?,F如今,儲能技術已經成為所有微電網適用的關鍵技術,相關技術研究越來越受到重視。

    建設大規模高效儲能裝置,可以解決“發電與用電的時差矛盾”和“間歇式可再生能源發電直接并網對電網沖擊”等問題,起到調節電能品質的作用。例如,將“谷電”存儲在儲能電池中,在高峰期放出應用于生產、運營,不僅可以減輕電網負擔,還可以降低運營成本;將儲能系統用作政府、醫院、軍事指揮部等重要部門的備用電站,可在非常時期保證穩定、及時的應急電力供應;儲能系統還可以為實現資源的優化配置(燃料、太陽能和風能)、資源整合(太陽能和風能)、電網穩定性(頻率和電壓)以及負載管理服務提供支持。無論對于微電網還是傳統電網,這些應用模式都十分適用。具體解決方案可以分為以下三種:


    微電網儲能解決方案

    微電網是儲能重要的應用領域,作為微電網中必不可少的部分,儲能在微電網中發揮了至關重要的作用。

    微電網的一般結構如下圖1所示,由電力線路構成的能源流和通訊線路構成的信息流相互融合而成,主要組成部分有:分布式發電單元、儲能系統、本地用戶負荷、監控保護系統和微電網能源管理系統組成,也可根據實際應用情況進行增減。


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    圖1 微電網儲能解決方案結構圖


    微電網儲能系統構成:

    (1)微電網儲能變流器(PCS)

    變流器可以實現電池與電網間的交直流轉換,完成兩者間的雙向能量流動,是微電網儲能系統的主要執行機構。微電網儲能PCS通過高級控制策略實現對電池系統的充放電管理、電池儲能系統充放電功率控制、并網/離網兩種運行模式和模式切換功能。

    智光電氣研制的微電網儲能變流器ZG-PCS具有高轉換效率、寬電壓輸入范圍、并離網模式無縫切換、功率變化快速響應和抽屜式模塊化設計方便維護等特點,同時具備完善的保護功能,如孤島保護、直流過壓保護和低電壓穿越等,滿足系統并、離網要求。


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    (2)高功率密度和大容量儲能電池

    微電網儲能系統電池一般選用鋰離子電池和超級電容。他們具有循環壽命長、充放電倍率大、無記憶效應、耐高溫、容量大、綠色環保等優點;儲能蓄電池的額定容量、額定充放電功率、循環壽命、電池組串并聯方式等技術參數可根據具體系統要求進行定制配置。

    (3)高精度電池管理系統(BMS)

    電池管理系統是對電池儲能單元的電池進行監視、預測和保護的二次設備,電池管理系統檢測電池的電壓、電流、溫度和SOC等信息,對電池的狀態進行實時評估,并將信息上傳至狀態監控系統和能量管理系統,避免使用不當或者各類故障引起電池儲能單元出現損壞甚至安全事故,是電池儲能單元安全運行的主要保障措施。蓄電池管理系統主要由如下設備單元組成:電池管理模塊(BMU)、電池組控制單元(GCU)和系統管理單元(SMU)以及充/放電保護單元。

    智光儲能系統可根據需要,提供全面的電池信息管理、在線SOC監測、系統保護功能、熱管理功能、自我故障診斷與容錯技術、靈活的模塊化設計等功能。

    (4)實時狀態監控系統

    狀態監控系統是儲能系統的神經,是負責信息處理、數據通訊和人機交互的二次設備。對微電網儲能系統來說,通過數據總線與其他設備相連,負責收集內部各個設備的數據信息和運行狀態,形成各類型的數據報表供運維人員查詢,并可將控制指令下發到各個設備;對上級調度系統來說,可將儲能系統的關鍵信息進行上傳,并可接收調度下發的運行指令。

    (5)智能化能量管理系統(EMS)

    能量管理系統作為微電網儲能系統的大腦,具備負荷預測、發電預測、電壓頻率穩定控制、能量調度、電池系統上層均衡控制、安全保護等作用。具體如下:

    離并網工作模式切換:可以使得儲能系統工作于并網狀態,也可以運行于離網狀態,并能實現安全可靠的離并網無縫切換;

    發電預測:可以對系統內的光伏等分布式發電系統進行日前預測(24小時、15分鐘/點)和實時預測(4小時、15分鐘/點);

    負荷預測:實現系統內用電負荷的日前預測(24小時、15分鐘/點)和實時預測(4小時、15分鐘/點);

    能量調度:通過對系統內的負荷預測和分布式能源的發電預測,考慮專變容量和核準需求容量等限制條件,進行分鐘級實時優化能量調度,保證儲能系統能夠滿充滿放,且不會增加額外的用電費用,提高用戶的用電經濟性;

    孤島檢測:在電網掉電情況下,可以快速實現對電能質量沒有影響的被動孤島檢測,完成非計劃的并離網切換,保證負荷不斷電。

    電池上層均衡控制:可以實現高壓直掛式儲能拓撲結構的相內和相間均衡控制,提高儲能電池的容量一致性;

    安全保護機制:實現儲能系統在并網或離網狀態下故障的快速、可靠切除。

    (6)配套電氣設備

    為滿足儲能系統的接入電網系統的要求,儲能系統相關配套電氣設備,包括開關、避雷器和互感器等,形成符合電網規范要求的電氣成套裝置。為了滿足電池安全性要求,配有相應的消防設備和溫度、濕度控制設備等。


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    主要功能

    微電網通常有兩種運行模式:并網運行模式和孤島運行模式。儲能在這兩種運行模式中都起到不可或缺的作用:

    并網運行模式時,大量的分布式小容量電源并入用電側,導致電力系統的不確定性增強,發電與用電的平衡協調矛盾加劇,儲能是解決發電與用電平衡協調矛盾的有效手段,微電網中的分布式光伏或者風電等具有隨機性、波動性和間歇性等特點,儲能系統可以平滑這些分布式電源的功率輸出,保持微電網的穩定,配合EMS的優化調度還可實現微電網的經濟運行。

    孤島運行模式時,微電網失去了大電網的參考,儲能系統可以承擔起電壓和頻率基準的主電源作用。孤島時微電網的能量來源于分布式電能和儲能系統,分布式能源的出力波動性使其很難匹配負荷需求,因此在微電網系統中配備一定容量的儲能系統來抑制波動性提高供電可靠性。     

    用戶側分布式儲能:提高分布式能源消納、削峰填谷、平抑負荷、抑制需量、降低用電費用、提高供電可靠性和電能質量。

    提高電能質量:可以根據系統負荷和電網對于頻率和電壓的要求,調節儲能系統的有功無功,實現微電網頻率和電壓的穩定控制;


    技術特點

    模式靈活,可運行在給定有功無功電流模式、并網恒功率控制模式、并網恒流充電模式、離網恒壓恒頻控制模式等。

    性能優異,具有優異高效的性能:低于5%的電流諧波含量,低于3%輸出電壓失真率,全局響應時間不超過10ms;具有很低的整機運行損耗,滿載效率高達98%。

    技術領先,具有多模式并離網啟動、有功無功解耦控制、調壓調頻控制、高精度鎖相、開關死區補償技術從而保證設備的安全性、精確性。支持RS232、RS485和CAN口等通訊,可實現PCS裝置與外部裝置靈活通訊,實現現場監控。

    設計專業,儲能系統內部工藝、結構、散熱到外形及安裝都體現了智光電氣多年積累的大功率電力電子設備結構的設計經驗,內部器件多但不失結構的緊湊,體積小但能保證散熱的高效。

    一體化,便于設計、施工、調試及運維;

    智能化監控,實時在線監測及預警,系統安全可靠,具備優異的通風散熱、防逆風、隔熱保溫和內部溫度控制能力;

    模塊化構建,即插即用,安裝周期短,運行維護方便,擴展性強,可根據需求組合標準模塊擴展不同容量產品。

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