蒙东微网简介

蒙东分布式发电 /储能及微电网接 入控制 试 点工 程 介 绍试程 绍 中国电力科学研究院 2011年7月15日 星期五 项目背景 1 陈旗微网试点建设方案 2 太平林场微网试点建设方案 3 微网运行管理系统 4 项目背景 1.项目来源 • 按照公司坚强智能电网建设“三阶段”发展战略，2011年将进 入全面建设阶段 国家电网公司启动了 2011年智能电网项目建设入全面建设阶段 ， 。 • 分布式发 电 /储能及微 电 网接入控制试点 工 程建设 （ 农网 ） 是 农分布式发 网接入控制试点 程建设 （ ） 是 农 村智能化建设 的重要项目，力争在2011年重点突破分布式可再生能 源发电接入配电网关键技术，探索分布式发电/储能及微电网在农村 电网的接入和建设模式电网的接入和建设模式 。 • 蒙东电力公司及中国电科院组织骨干力量完成了分布式发电/储 能及微电网接入控制项目的建设方案，选定 陈巴尔虎旗赫尔洪德移 民村 和 额尔古纳太平林场 作为试点地区。 P2 项目背景 • 完成蒙东分布式发电 /储能及微电网接入控制试点工程 分别建 2.预期目标 完成蒙东分布式发电 ， 分别建 设一个并网型微网和一个离网型微网，以解决陈巴尔虎旗赫尔洪得 移民村和额尔古纳太平林场的 供电问题 。 • 通过试点工程的建设，解决农村智能配电网建设中分布式电源、 储能与微网接入控制的 关键技术 问题 探索分布式发电 /储能及微电储能与微网接入控制的 关键技术 问题 ， 网在农村电网的接入和 建设模式 。 形成符合农网的分布式电源接入 微网建设的 技术原则 为农• 及 微网建设的 ， 为农 村智能配电网的建设提供理论、技术及实践依据。 P3 项目背景1 陈旗微网试点建设方案 2 太平林场微网试点建设方案 3 微网运行管理系统 4 陈巴尔虎旗微网建设方案 试点区域介绍 • 陈巴尔虎旗赫尔洪德移民村是陈巴尔虎旗为居住在沙化最为严重地区的 呼和诺尔镇哈日干土嘎查的牧民新建的居住地，新建规模为 100户，占地总 面积 12万平方米，移民村通过一条 35kV轻型化线路接入电网 。 • 陈旗微网试点工程为典型的 并网型微网 ，拟建 30kWp光伏、 20kW风电机 42kW× 1h储能。 赫尔洪德移民村 陈巴尔虎旗微网建设方案 现状 需求分析 • 电源 条件 ： 规划新建赫尔洪得 35kV变电站 ， 作为移民定居点生产 、 生活 、 及 需求分析 ： 规划新建赫尔洪得 变电站 ， 、 、 沙化治理工程、绿化灌溉工作电源以及“风光储”试点项目的配套工程。 • 负荷需求： 赫尔洪德移民新村牧户为 100户，选取 30户居民作为微网负荷， 最大负荷约为 24kW。 • 风能资源： 陈巴尔虎旗 10m高度年平均风速为 4.2m/s，其年有效风速小时 数达 7318h（ 3 25m/s） 风向 较为稳定数达 （ ～ ） ， 。 • 太阳能资源： 陈巴尔虎旗年平均可照时数 4452.7小时，日照时数 2916.5小 时 ， 日照百分率 66%。 夏季早 5点至晚 19点 ， 冬季为早 8点至晚 17点 。时 ， 日照百分率 。 夏季早 点 ， 点 。 陈巴尔虎旗微网建设方案 Location data Unit Latitude ˚N 49.2 发电量预测 Longitude ˚E 119.8 Climate data Air Relative Daily solar radiation - Atmospheric Earth Heating Cooling Month temperature humidity horizontal pressure Wind speed temperature degree-days degree-days ° C % kWh/m²/d kPa m/s ° C ° C-d ° C-d January -24.5 78.1% 1.60 93.8 2.2 -28.7 1,318 0 February -20.0 76.5% 2.67 93.6 2.4 -23.4 1,064 0 March -9.5 65.8% 4.13 93.1 3.3 -14.0 853 0 April 3.0 47.8% 5.20 92.5 4.3 1.0 450 0 May 11.5 44.2% 6.16 92.4 4.0 12.3 202 47 June 17.7 59.6% 6.10 92.2 3.2 18.6 9 231 July 20.2 69.8% 5.46 92.2 2.9 19.8 0 316 August 18.3 70.9% 4.92 92.6 2.8 17.0 0 257 September 10.8 64.5% 3.93 93.0 3.1 9.3 216 24 October 1.5 57.9% 2.76 93.2 3.3 -0.9 512 0 November -11.3 70.1% 1.80 93.5 3.0 -15.9 879 0 December -21.4 78.3% 1.27 93.8 2.3 -25.8 1,221 0 Annual -0.2 65.3% 3.84 93.0 3.1 -2.4 6,722 875 Measured at (m) 10.0 0.0 Energy Model Photovoltaic kW 30.02 Manufacturer JASO Model poly-Si - STP190 - 18 Capacity factor 13.90% Electricity MWh/year 22.89 陈巴尔虎旗微网建设方案 微网建设方案 陈旗微网试点工程为典型 的 并网型微网 ，微网拟接入由 规划中的 35kV轻型化线路供 电的配变低压侧。 • 光伏发电： 30kWp • 风力发电： 10kW*2 • 储能： 42kW× 1h P8 陈巴尔虎旗微网建设方案 光伏电站及风力电站 逆变器设备 储能及微网监控室、 储能及微网监控室 移民村屋舍 P9 陈巴尔虎旗微网建设方案 陈巴尔虎旗微网设备室及监控室平面图 陈巴尔虎旗微网设备室效果图 P10 陈巴尔虎旗微网建设方案 供电方案 陈巴尔虎旗微网建设方案 分布式电源 /储能并网方案 – 光伏发电系统 • 太阳能电池选型： 单晶硅 光伏电池组件 • 光伏发电系统并网方案 • 采用可调式光伏支架 并网逆变器效率 ≥97%• • 实时监测日照强度、风速、温度 • 完善的保护和报警功能 • 自动同期功能 • 配备 RS485接口 陈巴尔虎旗微网建设方案 分布式电源 /储能并网方案 – 风力发电系统 • 风力发电机选型： 2台 10kW 直驱永磁式变桨变速发电机 • 风机发电风速范围： 3m~25m • 并网逆变器效率 ≥97% • 标准 RS485通讯接口 • 完善的保护、报警和故障诊断功能 • 自动同期功能 • 数据显示、存储和远程维护 陈巴尔虎旗微网建设方案 分布式电源 /储能并网方案 – 储能系统 • 储能系统选型： 42kW× 1h铅酸蓄电池 • 储能逆变器 电池状态的实时监控及 SOC估算 能量可以 双向流动 • 电池状态的实时监控及 估算 • 热管理及充放电控制 • PC机在线监控 • 并网逆变器效率 ≥95% • 标准 RS485通讯接口 • 完善的保护 、 报警和故障诊断功能、 报警和故障诊断功能 • 自动同期功能 • 数据显示、存储和远程维护 陈巴尔虎旗微网建设方案 分布式电源 /储能并网方案 – 储能系统 三相并网逆变器 30KW 三相并网逆变器 10KW *2 AC AC IN AC OUT 3相 400V电 AC DC AC AC DC 42KVA 6台 XTH8000 48 公共电网 / 无限储能 3相 400V 电网 相 电 网 负载 AC DC DC AC DC 台 - DC 48V蓄电池 /有限储能 z 三相交流并接系统，每相有 2个双向逆变器并联，三相一共 6个单元，彼此之间通过数据线通讯，保持相位平衡。 z 当公共电网断开时，双向逆变器的内置转移继电器会自动打开，并替代市电电网供电，光伏和风电的并网逆变器会继续工作。 z 如果是孤岛系统（没有市电），双向逆变器通过自动控制其输出维持微网的频率稳定，管理并网逆变器避免蓄电池过充。 陈巴尔虎旗微网建设方案 微网运行控制策略 ‹ 并网方式：主要实现可再生能源的综合利用，解决电能短缺问题 所有分布式电源逆变器均采用电流源模式• 所有分布式电源逆变器均采用电流源模式 • 光伏和风电的逆变器均采用最大功率输出模式 • 储能系统起平抑间歇性能源出力波动 、 削峰填谷 、 提高可再生能源利储能系统起平抑间歇性能源出力波动 、 削峰填谷 、 提高可再生能源利 用效率的作用 ‹ 孤岛方式 ： 保证部分负荷在外网断电的情况下正常运行： • 储能系统可作为主电源，工作模式由电流源模式转换为电压源模式 • 储能系统根据光伏出力 、 风机出力和负荷需求情况自动调节自身充放储能系统根据光伏出力 、 风机出力和负荷需求情况自动调节自身充放 电状态和功率，维持微网中电源出力和负荷的实时平衡 • 必要时候可采取切负荷 /切机手段 P16 陈巴尔虎旗微网建设方案 微网运行控制策略 ¾ 当外部电网发生故障时 ， 检测到并网母线电压过低 ， 双向逆变器的内置转移 ‹ 并网转离网： 当外部电网发生故障时 ， 检测到并网母线电压过低 ， 双向逆变器的内置转移 继电器会自动打开，并自动切换成电压源模式，储能系统维持微网电压和频 率保持恒定。 风力 光伏发电逆变器在微网模式切换过程中自动退出 （ 孤岛保护 ） 待检¾ 风力 、 光伏发电逆变器在微网模式切换过程中自动退出 （ 孤岛保护 ） ， 待检 测到微网母线电压正常时 , 重新并网运行；其仍工作在电流源模式。 ¾ 当外部电网恢复时，检测到并网母线电压恢复正常，微网控制器给双向逆变 达孤 转并 指令 ‹ 离网转并网： 器下 达孤 网 转并 网 指令 。 ¾ 双向逆变器接收并网指令后，自动检同期并网，并同时切换成电流源模式。 ¾ 风力、光伏发电逆变 器 继续运 行 ，仍工作在电流源 模 式。 P17 器行 模 陈巴尔虎旗微网建设方案 微网运行控制策略 ‹ 微网启动： ¾ 并网启动 ： 在电网正常供电的情况下，微网从完全停机恢复至并网供电的过程。 1）断开所有负荷和电源，闭合微网并网开关； 2） 闭合负荷开关 用市电恢复微网内负荷供电 ；） 闭合负荷开关 ， 用市电恢复微网内负荷供电 ； 3）以电流源模式启动光伏电源、风机和储能系统。 孤网启动 （ 黑启动 ） 在电网断电的情况下 微网从完全停机恢复至孤岛供电的¾ （ 黑启动 ） ： 在电网断电的情况下 ， 微网从完全停机恢复至孤岛供电的 过程。 1）断开微网并网开关、所有负荷支路开关和电源； 2）对于该黑启动方案中要恢复的第一批负荷（非电机负荷），闭合该支路开关； 3）以电压源模式启动储能系统，首先带起第一批负荷； 4） 为了实现微网的黑启动 逐步分批地增加电源和负荷 恢复部分电源 然后恢 P18 ） 为了实现微网的黑启动 ， 逐步分批地增加电源和负荷 。 恢复部分电源 ， 然后恢 复相应容量的负荷；重复此步骤，直至全部电源恢复。 项目背景1 陈旗微网试点建设方案 2 太平林场微网试点建设方案3 微网运行管理系统 4 P19 额尔古纳太平林场微网建设方案 试点区域介绍 • 太平林场位于内蒙古自治区东北部，呼伦贝尔草原北端， 大兴安岭西北麓。原太 平地区有邮局、部队、边防、学校、诊所等多个单位 。由于远离主网，太平林场未 与主网连接。 • 太平林场微网为典型的风光储 离网型微网 。拟建 200kWp光伏、 20kW风电、 100kW× 1h储能，另配的 80kW柴油机组作为备用。 额尔古纳太平林场 额尔古纳太平林场微网建设方案 现状 及需求分析 • 电源条件 ： 太平林场尚未实现电网供电，目前仅由三台柴油发电机共 30kW供应林场生产和家属用电，每天供电 2小时。 • 负荷需求 ： 太平林场约有居民 90户，用电负荷以居民负荷负荷为主，每 户最大负荷按 08kW计算 考虑 08的同时率 最大负荷 58kW户最大负荷按 0.8kW计算 ； 考虑 0.8 ， 。 • 太阳能资源 ： 太平林场地区冬季有效日照时间每天在 3~4小时之间 ,有效日 照时段在上午 10时 ~下午 14时左右 夏季有效日照时间在 6~8小时之间 有效日照时段在上午 时 下午 , 68 , 照时段在上午 9时 ~下午 16时左右。 • 风能资源 ： 额尔古纳地区 50m高度年平均风速为 4.03m/s，风向较为稳定。 P21 额尔古纳太平林场微网建设方案 Location data Unit Latitude ˚N 49.2 发电量预测 Longitude ˚E 119.8 Climate data Air Relative Daily solar radiation - Atmospheric Earth Heating Cooling Month temperature humidity horizontal pressure Wind speed temperature degree-days degree-days ° C % kWh/m²/d kPa m/s ° C ° C-d ° C-d January -24.5 78.1% 1.60 93.8 2.2 -28.7 1,318 0 February -20.0 76.5% 2.67 93.6 2.4 -23.4 1,064 0 March -9.5 65.8% 4.13 93.1 3.3 -14.0 853 0 April 3.0 47.8% 5.20 92.5 4.3 1.0 450 0 May 11.5 44.2% 6.16 92.4 4.0 12.3 202 47 June 17.7 59.6% 6.10 92.2 3.2 18.6 9 231 July 20.2 69.8% 5.46 92.2 2.9 19.8 0 316 August 18.3 70.9% 4.92 92.6 2.8 17.0 0 257 September 10.8 64.5% 3.93 93.0 3.1 9.3 216 24 October 1.5 57.9% 2.76 93.2 3.3 -0.9 512 0 November -11.3 70.1% 1.80 93.5 3.0 -15.9 879 0 December -21.4 78.3% 1.27 93.8 2.3 -25.8 1,221 0 Annual -0.2 65.3% 3.84 93.0 3.1 -2.4 6,722 875 Measured at (m) 10.0 0.0 Energy Model Photovoltaic kW 100.13 Manufacturer JASO Model poly-Si - STP190 - 18 Capacity factor 13.90% Electricity MWh/year 69.38 额尔古纳太平林场微网建设方案 微网建设方案 太平林场微网为典型的风光储 离网型微网 。 • 光伏发电： 100kWp • 风力发电 ： 20kW • 储能： 100kW× 1h • 柴油机组： 80kW（备用） 额尔古纳太平林场微网建设方案 风光互补电站选址 P24 额尔古纳太平林场微网建设方案 太平林场风光互补电站 P25 额尔古纳太平林场微网建设方案 P26 太平林场微网设备室及监控室布置图 太平林场微网监控室效果图 额尔古纳太平林场微网建设方案 微网供电方案 额尔古纳太平林场微网建设方案 微网运行控制策略 • 储能系统作为微网的主电源，采用电压源控制模式（ V/f控制），为微网系统 提供参考频率和相位 并本地自动调整储能的充放电维持整个微网系统的电压提供参考频率和相位 ， 并本地自动调整储能的充放电维持整个微网系统的电压 和频率稳定。 • 光伏和风电逆变器采用电流源控制模式（ P/Q控制）。一般情况下，为了最大 限度利用可再生能源，光伏和风电工作在最大输出功率模式。 • 柴油机作为备用电源，当光伏、风电发电充足时，柴油机不启动；当光伏、 风电发电不足且储能放电接近下限时启动柴油机 。风电发电不足且储能放电接近下限时启动柴油机 。 • 由于柴油机为同步电机，柴油机启动后采用柴油机作为主电源，储能系统在 柴油机启动时切换为电流源控制模式。 P28 项目背景1 陈旗微网试点建设方案 2 太平林场微网试点建设方案 3 微网运行管理系统 4 P29