光伏与储能.doc

1. 光伏方案： 技术路线与可行性分析：光伏并网/独立运行子系统，采用建筑屋顶固定倾斜角度光伏电池阵列，可按 100-500kW 容量等级配备、组合变流器， 380V/三相并网运行，升压至10kV/20kV，兼顾独立运行。与常规按最大能力出力的光伏系统相区别，该系统可接受调度命令，也就是说在特殊情况下能够丢弃日照发电能力满足整体有功调度要求，在新能源发电变流器利用率普遍较低背景下可以复用逆变器，接受系统指令产生无功甚至谐波电流，满足局部补偿要求并提高供电质量与安全性。目前国内外大规模光电场技术以及屋顶光伏发电技术相对成熟，电池板产能充足采购渠道顺畅，变流器以及控制技术比较完善。相关参数：总装机容量：1MW电池板类型：单晶硅电池板阵列安装方式：固定倾斜角安装估算占地面积（建筑屋顶或地面）：12000 平方米变流器及电池板阵列组合单元容量：100kW/250kW/500kW，可选并网规范：380V 对称三相并网运行，升压至 10kV/20kV变流器设备占地面积、空间高度、重量概算：20 平方米、3 米、12 吨课题主要研究内容及预期达到的目标：研究目标：设计并实现以多种可再生能源为主要输入能源的互补优化多能源发电系统中以太阳能为主要能量来源的发电系统，该系统以能量存储环节为辅助，采用新型变流技术实现额定功率范围内的稳定电压、频率和波形输出、电源并网、本地负荷分配、运行管理以及与电网的连接运行。该系统可以并网运行，也可以适应作为孤立用电点的独立发电和电能供给。考虑建立额定总容量为 1000kW 左右示范系统，具备容量扩展性。在光伏发电间歇或未满功率运行期间，通过系统级调控指令利用其低利用率的变流器（逆变器）产生本地电网所需无功电流或谐波电流，作为并联补偿使用，在特殊情况下可以进行有功出力调整，必要时可以丢弃光伏能量不予满发。该系统在可再生能源的利用率、系统变换效率、设备利用率、供电质量、可靠性以及投资规模等方面都应比传统单一新能源系统有较大提升。研究内容： 以光伏为电力生产能源，配合风电、洋流发电等多可再生能源，建立具有能量储存调控的多个可再生能源系统的示范装置。研究选址现场常年日照条件、数据，建立实验系统； 针对各能源不同装机容量与资源分布分布，设定其控制策略、互补工作算法； 光伏逆变器并网电源在分布式发电本地电网中的并联补偿功能研究，配合系统调度指令，在很大程度上降低分布式发电的造价并提高其可靠性； 一般光伏并网变流器出力控制与接口改造； 光伏器件最大功率点跟踪控制：在有功无功出力均可调度背景下，研究传统方法响应速度更快精度更高，可适用不同型号发电器件的最大功率点跟踪控制方法； 并网逆变器运行控制，能够快速适应外部环境变化的逆变器控制策略； 孤岛效应检测：将其从并网运行控制策略单独分出，研究目标是在局部电网含有多个分布式并网发电系统时仍能可靠检测出电网故障的主动式孤岛效应检测方法；2. 储能方案：技术路线与可行性分析：新能源利用显著受到自然条件影响和限制，其中包括天气、季节、时间、地域、地形地貌等等。主流可再生能源与传统化石燃料能源相比，不能够稳定持续提供能源，实际电网并非容量无限大阻抗无限小的理想能量以及无功吞吐来源，大量中小容量电源的功率等级分散，等效阻抗较大，输出功率波动剧烈，对电网而言是一种冲击电源，其装机容量越大，其所在电网所需热备用容量就越大。在完全孤立运行情况下，各电源缺乏外电网提供的稳定电压作为“支撑”背景，更需要强有力的协调控制。电能存储环节在可再生能源发电发电功率大于负载需要时存储电能，在它们不能够满足负载需要时提供电能进行补足，以最大效率收集利用可再生能源，如化学蓄电池、超级电容、飞轮动能蓄能系统、超导储能系统等。这对于可再生能源分布式独立发电系统来说是必需的，是建立稳定本地供电的基础，对有公用电网可接入的系统，以上措施通常也是必要的，亦即所谓可调度手段，可以最大限度利用新能源，降低对电网冲击和依赖。上述多种多样的储能原理中，对应本示范项目容量等级，按比功率、比容量、循环寿命、环保要求以及投资规模等多方面因素考察，常规化学储能形式具有比较优势，与此同时对其弱项——工作寿命必须加以考虑。本示范工程拟采用锂离子电池结合超级电容作为混合储能环节，匹配适当容量功率双向流逆变器，在系统总控下进行储能充放电，以对不稳定新能源发电的随机出力波动进行削峰填谷，极大平缓总发电出力输出变化率，改善并网电力质量，直至获得相当的新能源发电可调度性能。采用两种性质的介质混合储能是基于其不同特性考虑的，锂离子电池的比容量较大，比功率参数也较好，但循环寿命有限，而超级电容比容量小，但比功率极大，循环寿命很长，可以按不同的储能补偿速度要求，缓慢大幅度波动的补偿输出依赖锂电池环节，快速小幅值波动的补偿依靠超级电容环节，以期明显降低锂电池投入容量，延长其使用寿命，从而降低投资，增强储能补偿环节的实用价值。国外已有较多储能环节用于电力系统或新能源发电的实例，并有相当数量的工程化案例。所采用的储能环节有传统铅酸蓄电池、镍氢电池、压缩空气储能、超级电容储能等。日本已有用于风力发电不稳定处理平滑补偿用的蓄电池+超级电容方案并投入实际示范运行。该工作在国内具有开创性意义，技术与实用价值重大，技术上有据可循，完全可行。相关参数：锂离子电池装机容量：500kWh电池设备占地面积、空间高度、重量概算：20 平方米、3 米、8 吨超级电容装机容量：峰值功率 200kW，约 120 法拉/720V超级电容设备占地面积、空间高度、重量概算：10 平方米、3 米、2.5 吨变流器及储能环节组合单元容量：100kW/250kW/500/750kW ，可选锂电池充放电变流器装机容量：1000kW锂电池充放电变流器占地面积、空间高度、重量概算：20 平方米、3 米、12 吨超级电容充放电变流器装机容量：200kW超级电容充放电变流器占地面积、空间高度、重量概算：5 平方米、3 米、2.5吨并网规范：380V 对称三相并网运行，升压至 10kV/20kV课题主要研究内容及预期达到的目标：预期目标：按储能环节容量配比、相应变流器功率以及风电、洋流发电、光伏发电等实际不稳定多种可再生能源情况，建立并联功率波动补偿装置，实现系统在瞬时最大新能源发电出力 1.2MW 之内半小时周期的完全可调度发电，如果系统瞬时功率超过这一数值，则可按短期（一分钟）和长期（十分钟）满足国家电网新能源并网波动规范。该环节应能够接收系统指令，进行主要电气参数调整，可运行在充电、放电、无功电流补偿、低次谐波电流补偿等模式及其混合模式。储能环节总峰值补偿能力 1200kW。主要研究内容：混合储能的协调控制算法，主要为变时间常数控制，目的是充分利用超级电容比功率能力和长寿命特性，储备、延长锂电池寿命；功率双向流逆变器的控制方法研究，主要针对设备低负荷状态下的变流器复用，能够在不动用储能情况下利用储能逆变设备容量，进行系统有功、无功电流以及低次谐波电流调整；低电压穿越状态下的储能环节有功、无功调整策略，主要针对双馈异步以及鼠笼异步风机的低电压支撑；不稳定发电与能量储存、释放的调节，控制以及电池特性建模。由于主要能量来源的时间随机性变化和负载扰动，多能源系统的建模与稳定性事关系统优化配置与稳定运行，合理的数学模型和控制方法对系统稳定运行至关重要；储能环节能量管理措施，主要针对大容量电池组的均衡充放电、状态检测、故障诊断、过充电、过放电保护以及静态容量优化、电量估算等；课题研究的年度进度及考核指标：本申请项目各部分，包括立项、理论分析、方案设计、各技术参数计算、数学建模、数值仿真计算、试验现场选择、资料数据调研、试验系统设计、制作、系统建设、调试等等，相互牵涉关联，遵循交替滚动原则展开进行。2010.06~2011.06，理论分析、系统方案设计、原理性仿真、验证装置设计；2011.07~2012.12，系统技术细节设计，小容量验证装置制作调试，实际验证现场建立工作，总体工程采购；2013.01~2013.12，全容量现场工程建设完成完整容量实验验证，完成系统优化改进；2014.01~2014.06，系统整体联调、试运行，撰写有关论文、报告、总结。