储能系统在智慧能源微网中的应用(2)

储能系统在智慧能源微网中的应用the Application of the Energy storage System in the Smart Energy Source Microgrid汇报人程志江 2019年7月15日 目录 C o n t e n t s 1 背景与意义2 微电网储能优化配置3 异构储能能量管理系统4 示范系统 -02- 1 研究背景与意义 1 研究背景与意义 -04-中国的能源消耗中，煤炭所占的比例高达66（其余为石油占17.5，天然气占5.6，水能占8.1，其他能源占2.8。必须大力发展可再生能源，形成低碳多源的全新能源结构中国的能源结构极具不平衡性 （a）可再生能源的发电比例 （b）新增可再生能源发电比例2035年可再生能源发展预测 1 研究背景与意义 -05-中国大部分地区，特别是西部地区的蕴含着丰富的太阳能、风能等可再生能源。中国的可再生能源分布 中国太阳能分布图中国有效风能密度分布图 1 研究背景与意义 -06-为了充分利用可再生资源发电，改善可再生能源发电的可靠性，减少可再生能源发电的波动性对大电网的冲击，微电网育而生。可再生能源的利用方式 CERTS提出的微电网结构EPRI微电网结构四方公司微电网分层控制体系 1 研究背景与意义 -07-微电网储能系统研究现状 各种储能技术的应用领域分析 （a）传统火电调峰调频效果 b）锂离子储能调峰调频效果储能在电力系统调峰调频中的应用效果 （a）BMS结构1 （b）BMS结构2BMS系统结构框图储能的分类 2 微电网储能优化配置 2 微电网储能优化配置 -9-光伏微电网混合储能控制策略 系统整体结构图系统能量分配示意图1 1source inv dcsto source pvbat stosc sto batP P PP P PP P sP P P       微电网系统各个单元的功率满足 2 微电网储能优化配置 -10-系统能量平衡控制策略 混合储能系统结构图电压跟随型示意图功率分配型示意图储能系统控制框图 2 微电网储能优化配置 -11-系统并网运行仿真系统整体仿真模型混合储能子系统模型 模型参数设置 系统并网运行仿真 2 微电网储能优化配置 -12-系统并网运行仿真 实验平台系统并网运行实验结果 微电网储能优化配置 -13-系统并网运行仿真 有功功率突减实验结果有功功率突增实验结果 直流负载功率突增 直流负载功 率突减 3 异构储能能量管理系统 3 异构储能能量管理系统 -15-将微电网中多类型储能系统构建梯次异构的综合能量管理系统，以多类型储能装置的耦合作用机理为主要研究对象，探索多类型储能装置在多时间尺度协调下的能量管理系统，提高可再生能源发电的消纳能力。概述 异构储能系统结构 3 异构储能能量管理系统 -16-通过HFT实现能量在“源-荷-储”之间的隔离以及耦合传输，表现为各端口的电压、电流、功率变化。对能量转换机制进行数学解析，得到单元能量转换函数，并对其转换效率、时间尺度、谐波分量等特征参数进行优化。储能单元能量转换机制 综合能量管理单元基本结构 3 异构储能能量管理系统 -17-电力电子的器件控制的时间尺度为ns/μs级、电压控制时间尺度是ms级、储能的时间尺度为s/min级、系统调度的时间尺度涵盖s/min/h级。储能单元能量异构储能系统多时间尺度耦合机理机制 异构储能系统时间尺度模型框架 3 异构储能能量管理系统 -18-根据不同的时间尺度，将异构储能的优化调度分为器件级调度、电压级调度、储能级调度和系统级调度。储能单元能量异构储能系统多时间尺度耦合机理机制 带异构储能系统的光伏系统优化调度过程 3 异构储能能量管理系统 -19-综合考虑储能单元性能约束与负荷需求，协调储能单元的充放电过程分层控制策略 光伏微电网异构储能系统分层能量管理的层级模型基于异构储能系统的弱中心化电力系统控制框架弱中心化分布式Consensus控制系统光伏系统异构储能系统功率分配图D A算法模型控制系统框图 3 异构储能能量管理系统 -20-统中各台DC/DC变换器采用交叉型网络连接方式，即相邻变换器之间进行数据交换，所有变换器和信息中心进行数据交换。算例分析 微电网异构储能系统结构 3 异构储能能量管理系统 -21-分控与电池组装示意图 系统接线示意图 l分布式并网控制的储能系统 级联PCS拓扑 MMHC拓扑传统PCS拓扑 3 异构储能能量管理系统 -22- 级联技术方案– “级”联≠串联– “级”联独立、受控的输出侧串联低压模块化少串（12-16）多级级联 独立受控模块化可替换储能平台体系 工作机理多电平PWM技术 4 示范系统 4.1 基于风、光和储能的沙漠灌溉微电网系统 -24-科技援疆计划项目“基于风、光和储能的微电网沙漠灌溉系统研究”总投资130万元，完成的主要工作有 风/光/储混合组网的微网系统总体方案研究 混合组网的微网系统稳定控制策略及技术 微网逆变器及多机并联控制技术 高效智能储能系统控制器 混合组网微网示范系统及系统集成技术 故障检测与保护技术 -25-系统结构系统结构图参数数值额定功率5 0 kW交流侧额定电压3 8 0 V1 0 额定频率5 0 Hz1 0 直流母线电压6 8 0 V锂电池组容量4 0 Ah9 6节锂电池组电压2 8 0 V3 4 0 V锂电池组boost电感3 .5 mH超级电容容量2 .5 F/4 0 0 V超级电容电压1 5 0 V3 5 0 V超级电容boost电感3 mHLC滤波电感5 mHLC滤波电容2 0 uF开关频率1 0 kHz逆变器电气参数4.1 基于风、光和储能的沙漠灌溉微电网系统 -26-系统结构 （a）逆变器内部结构图 （b）逆变器外形图逆变器控制柜实物图沙漠灌溉用微电网系统平台4.1 基于风、光和储能的沙漠灌溉微电网系统 -27-系统性能 （a）原始波形 （b）局部放大波形满功率充电到满功率放电的电流波形 （a）原始波形 （b）局部放大波形满功率放电到满功率充电的电流波形6.1 基于风、光和储能的沙漠灌溉微电网系统4 -28-系统性能 （a）原始波形 （b）局部放大波形满容量感性无功到满容量容性无功的电流波形 （a）原始波形 （b）局部放大波形满容量容性无功到满容量感性无功的电流波形4.1 基于风、光和储能的沙漠灌溉微电网系统 -29-上位管理系统 整体界面储能控制界面部分运行数据部分运行曲线4.1 基于风、光和储能的沙漠灌溉微电网系统 -30-4.2 可再生能源多能互补系统