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 2 BMS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 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 DCA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 Ø低压模块化 Ø少串（ 12-16） Ø多级级联 Ø独立受控 Ø模块化可替换 Ø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： Ø 风 /光 /储混合组网的微网系统总体方案研究 Ø 混合组网的微网系统稳定控制策略及技术 Ø 微网逆变器及多机并联控制技术 Ø 高效智能储能系统控制器 Ø 混合组网微网示范系统及系统集成技术 Ø 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 50kW 交流 侧额 定 电压 380V±10% 额 定 频 率 50Hz±10% 直流母 线电压 680V 锂电 池 组 容量 40Ah×96节 锂电 池 组电压 280V~340V 锂电 池 组 boost电 感 3.5mH 超 级电 容容量 2.5F/400V 超 级电 容 电压 150V~350V 超 级电 容 boost电 感 3mH LC滤 波 电 感 5mH LC滤 波 电 容 20uF 开关 频 率 10kHz 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4.1 -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