天津中新生态城风光储能微网方案

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1、生态城智能营业厅风光储微网方案设计2010-7-291. 风光储微网总体设计方案1.1 设计技术原则（1）微网能统一管理其内部所有分布式电源和负荷。在配电网发生故障时， 微网无缝切换至孤岛运行模式，在该模式下各分布电源不必退出运行而继续发 电，保持对微网内负荷的稳定供电。（2）微网内分布式电源总容量不宜超过上一级变压器供电区域内最大负荷的 25%。分布式电源并网点的短路电流与分布式电源额定电流之比不低于 10。（3）微网内分布式电源向当地交流负载提供电能和向电网发送电能的质量， 在谐波、电压偏差、电压不平衡度、电压波动和闪变等方面应满足相关的国家标 准。（4）为保障人身设备的安全，微网内分布式

2、电源宜采用 TN-C-S 接地型式， 并应装设终端剩余电流保护。（5）微网必须具备与电网调度机构之间进行数据通信的能力，能够采集微网 的电气运行工况，上传至电网调度机构，同时具有接受电网调度机构控制调节指 令的能力。微网与电网调度机构之间通信方式和信息传输应符合 Q/GDW 382-2009配电自动化技术导则的相关要求，包括遥测、遥信、遥控、遥调信 号，提供信号的方式和实时性要求等。1.2 微网系统构成生态城智能营业厅低压配电网通过 10kV 双回线与配电系统相连，配变为2*500kVA，主要以照明负荷及少量动力负荷作为负载。微网容量配置：微网容量配置原则是尽量使微网内的多余电力不倒送到主网，

3、且尽可能的增加可再生能源的容量。项目拟建光伏30kWp,风电5kW,同 时拟建25kW*2h储能，选取智能营业厅内约25kW的办公负荷和照明负荷构成 0.4kV 低压微网。微网内光伏和风电最大发电容量为35kW，考虑到光伏和风电受阳光和风力 条件的约束一般难以达到满发，将微网内最大负荷配置为微网内最大发电容量的 70%,即25kW。由于微网内光伏和风电均为间歇性电源，为了保证在光伏电池 和风电在不发电时微网能独立为其内部负载供电，所选取的储能容量必须与微网 内最大负荷相当，因此配置 25kW*2h 的储能系统。当微网并网运行时，若光伏 与风电发电量大于微网内负荷，则将多余功率存储到储能系统中，

4、若光伏与风电 出力减小或者不出力时，则可释放储能单元的部分电能。当微网孤岛运行时，通 过对储能系统进行充放电控制，可实现分布式发电系统与微网内负荷的实时平 衡，从而保证微网稳定的孤岛运行。智能营业厅微网结构设计如下图所示：图 2-1 智能营业厅微网结构示意图为了保证微网在孤岛模式下的平稳运行，应根据内负荷的实际无功需求在微网内配置足够容量的无功补偿设备，以保证微网的孤岛状态下能保持电压的稳 定。2. 光伏系统建设方案2.1 设计建设原则 太阳能组件的放置位置在楼顶上；周围的建筑物全年不遮挡整个太阳能系统； 尽量缩短到并网点距离，以减少输电损失。太阳能组件到并网点的距离一 般不超过 150m。楼

5、顶要做好防雷措施，并符合行业标准民用建筑电气设计标准 (JGJ16-2008 )中关于建筑物防雷措施的相关要求。2.2 光伏系统设计方案由于该方案中光伏发电系统的容量只有30kW，因此可将光伏阵列汇流后通 过1台30kW逆变器接入380V交流电网。光伏发电系统接入电网示意图如下：光伏阵列 l f -b I-直疣 防雷 配电孔刖逆变器0.4kV/10kV负荷公共电网监控装置图 3-1 光伏发电系统并网示意图光伏发电系统的组成包括： 光伏电池组件及其支架; 光伏阵列防雷汇流箱；直流防雷配电柜；光伏并网逆变器；环境监测系统 系统的通讯监控装置； 系统的防雷及接地装置； 土建、配电房等基础设施； 系统

6、的连接电缆及防护材料。2.2.1 太阳能光伏组件-太阳能光伏组件选型（1）非晶光伏组件、晶硅光伏组件与多晶硅光伏组件的比较 非晶硅薄膜太阳能电池的成本低，便于大规模生产，但由于其光学带隙为1.7eV，使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，限制了非晶硅太阳能 电池的转换效率。此外，其光电效率会随着光照时间的延续而衰减，即所谓的光 致衰退S-W效应，使得电池性能不稳定。而多晶和单晶薄膜电池由于效率高于非晶硅薄膜电池，也不存在效率衰退问 题，建设投资收益远远高于非晶材料太阳能电池，因此晶硅光伏组件逐渐占据了 市场的主导地位。单晶硅太阳能光伏组件具有电池转换效率高的特点，商业化电池的转换效率 在

7、 15%左右，其稳定性好，同等容量太阳能电池组件所占面积小，但是成本较高， 每瓦售价约2025元。多晶硅太阳能光伏组件转换效率略低于单晶硅，商业化电池的转换效率在 13%15%，在寿命期内有一定的效率衰减，但成本较低，每瓦售价约 1620 元。单晶硅和多晶硅组件使用寿命均能达到25年，其功率衰减均小于15。（ 2） 推荐组件根据性价比本方案推荐采用多晶硅光伏电池组件240Wp太阳能光伏组件， 该组件为国产封装组件，必须经过 CQC 金太阳认证。表 3-1 太阳能组件基本参数峰值功率240Wp转换效率16.94%峰值电压29.4V峰值电流8.16A开路电压36.5V短路电流8.5A最高系统电压D

8、C 1000V重量19.93kg （不同厂家可以不同）外形尺寸1640x992x50mm-太阳能光伏组件串并联方案本项 目光 伏并 网逆 变器选用 30kW 逆变器 ，其直流工作电 压范围为440Vdc800Vdc （详见下文“光伏逆变器选型”）。为防止温度的变化导致直流 输入电压的变化，一般取最佳直流电压工作点为电压范围的中间值，以取最佳工 作电压为 620Vdc 考虑。太阳能光伏组件串联的组件数量NS :Ns = 620/（29.4 土 0.5）= 21（式中29.4V为光伏组件的峰值电压）S 单列串联功率 P:P = 21 x 240 = 5040 Wp30kW逆变器需要配置太阳能电池组

9、件单列并联的数量N :N = 30000/5040 - 6 p所以，太阳能光伏电伏阵列单元设计方案为：需安装的太阳能电池组件个数 30000/240=125块。排列方式为21串6列，采用2个汇流箱，每3列并入1个汇 流箱输入逆变器。-太阳能光伏阵列的布置根据当地气象局提供的太阳能辐射数据，按上述公式计算天津市不同倾斜面 的太阳辐射量，经验数据表明，光伏组件的安装倾角和本地的地理纬度密切相关。 计算表明，天津市纬度3834，倾角等于34.8时全年接受到的太阳能辐射能量最 大，比水平面的数值高约20%。太阳能光伏阵列安装倾角为30。光伏电池组件每3列安装在一个平板上，为了避免阵列之间遮阴，光伏电池

10、 组件阵列间距应不小于D：0.707HTan（arcsin（0.648 cos申-0.399 sin 申）式中伪当地地理纬度（在北半球为正，南半球为负），H为阵列前排最高点与 后排组件最低位置的高度差）。根据上式计算，求得：D 3300mm实际工程应用时取光伏电池组件前后排阵列间距3.3米 具体光伏阵列示意图如下图所示。太阳能光伏组件阵列每块平板排列面布置如下图所示：167050总占地面积计算30kWp 光伏发电场由 6 列(每 3 列安装在一个平板上)太阳能光伏阵列构 成，前后排阵列间距 3.3 米。占地面积约(1.67+0.05)*21*(3.3+2*2.598)=306.9 平 方米。2

11、.2.2 光伏逆变器 光伏并网逆变电源是光伏并网发电系统的核心组成部分，它将太阳能发出的 直流电能转化为交流电能馈入电网。本项目光伏发电系统配置 1 台额定容量为 30kW 的并网逆变器。-性能特点选用的光伏并网逆变器建议选用 32位专用 DSP 控制芯片，主电路采用智能 功率 IPM 模块组装，运用电流控制型 PWM 有源逆变技术和优质进口高效隔离 变压器，可靠性高，保护功能齐全，且具有电网侧高功率因数正弦波电流、无谐 波污染供电等特点。并网逆变器应满足的主要技术性能特点如下： 采用32位DSP芯片进行控制；采用智能功率模块（IPM）；太阳电池组件最大功率跟踪技术（MPPT）； 50Hz工频

12、隔离变压器，实现光伏阵列和电网之间的相互隔离；有直流输入手动分断开关，交流电网手动分断开关，紧急停机操作开关；A 有先进的孤岛效应检测方案；有过载、短路、电网异常等故障保护及告警功能； 直流输入电压范围（450V820V）,整机效率高达95%以上； 人性化的LCD液晶界面，通过按键操作，液晶显示屏（LCD）,可清晰显 示实时各项运行数据，实时故障数据，历史故障数据（大于 50 条），总发电量 数据，历史发电量（按月、年查询）数据； 可提供Ethernet （以太网）远程通讯接口，Ethernet （以太网）接口支持 TCP/IP协议，支持动态（DHCP）或静态获取IP地址。并网逆变器推荐的主要

13、技术参数如表3-2所示。表 3-2 30kW 光伏并网逆变器性能参数表额定功率30kW隔离方式工频变压器允许电池最大方正功率33kW最大开路电压850Vdc太阳电池最大功率点跟踪（MPPT）440800 Vdc最大效率94.5%总谐波电流THD（Iac）v4% （满功率时）功率因数0.99 （半功率以上）MPPT精度99%夜间自消耗电能V20W直流电压波纹Vpp 10%防护等级IP20 （室内）通讯接口以太网使用环境温度-20 C +50C使用环境湿度095% （不结露）参考尺寸（深x宽x咼，单位mm）600 x 800 x 1600参考重里（kg）420kg目前光伏并网逆变器应用较多的是德国

14、SMA,美国的power-one,奥地利的Fronius，国内的阳光电源等，这些牌子的逆变器规格都比较多。2.2.3 环境监测系统在太阳能光伏发电场内配置1套环境监测仪。实时监测总辐射（GHI）、环境 温度（ TEMPA） 、电池板表面温度（ TEMPB ） 、风速（ WS ） 、风向（ WD ）五个参数。环境监测系统由以下几个部件构成：采集控制器总辐射仪风速传感器风向传感器环境温度传感器表面温度传感器 风速风向采集器A总辐射米集器防辐射罩风杆支架总成通讯接口电源系统通讯接口可接入并网监控装置的监测系统，实时记录环境数据。环境监测装 置如下图所示。图 3-4 光伏电站环境监测系统2.3 与微网

15、集中控制器的接口在微网中，要求光伏逆变器能与微网集中控制器进行快速的信息交互。在运 行时，光伏逆变器能够将目前的重要运行信息上送集中控制器，并能接收集中控 制器的有功和无功调节命令并正确执行，以保证在孤岛运行时，集中控制器能够 对所有的发电设备和负荷进行统一分析和调度，完成孤岛运行时微网内部的功率 平衡。由于本项目中选取的光伏逆变器的输出仅为最大功率跟踪结果而不能任意 调节，因此微网集中控制器只能控制光伏逆变器的投入或切除。光伏逆变器与微网集中控制器的通讯接口图如下图所示。光伏逆变器通过以 太网后接入微网集中控制器，同时与光伏逆变器配套的环境监测装置也采用以太 网接口将测控信息上送微网集中控制

16、器，微网集中控制器通过控制断路器来实现 投入或切除光伏逆变器。辻伏逆变器环境数据采集单元图3-5 光伏逆变器与微网的通讯架构3. 风力发电系统建设方案3.1 风力发电机组成及并网方式本项目中风力发电系统的容量只有5kW，因此可选用风能利用率较高、工作风速区域宽的小型风力发电机，如下图所示。图3-6 5kW 风力发电机外形图小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有 一定科技含量的小系统。本项目的风力发电系统可采用风力机直接驱动低速交流发 电机经变频器的并网方式，风力发电系统由风轮、发电机、整流逆变装置组成，如 下图所示：变速运行整疣器心日僦变器图3-7 风力发电系统并

17、网示意图1. 风轮：风轮由叶片、转体和尾翼组成。叶片用来接受风力并通过发电机转换 为电能，一般采用 3 叶片，应具有内阻尼大、动态特性好、韧性好，使用可靠不变 形的特点；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵 活地转动以实现尾翼调整方向的功能。2. 发电机：国内目前装机的电机一般分为异步型风力发电机和同步型风力发电 机两类。其中异步型风力发电机包括笼型异步发电机和双馈异步发电机，同步型风 力发电机包括永磁同步发电机和电励磁同步发电机。异步发电机虽然成本较低，但 必须与同步发电机并列运行或接入电网运行，由同步发电机或电网提供自身所需的 励磁无功，因此异步发电机是电网的无功

18、负载，调压能力很弱。微网在孤岛运行时 需要分布式电源具有较强的调压能力，因此微网中的风力发电机采用同步型电机是 比较合适的。风力发电机有别于普通电机，它是超低速电机，每分钟达到 100-400 转即能达 到设计功率（视型号），而这么低的转速用普通的电机是发不出电的。风力发电系统 中的低速交流发电机，其转子的极数大大多于普通交流同步发电机的极数，因此这 种电机的转子外圆及定子内径尺寸大大增加，而其轴向长度则相对较短，为了简化 电机的结构，减小发电机的体积和质量，采用永磁体励磁是有利的。因此建议本项 目的风力发电机采用永磁同步发电机。3. 整流逆变装置：由于IGBT （绝缘栅双极型晶体管）是一种结

19、合大功率晶体 管及功率场效应晶体管两者特点的复合型电力电子器件，它既具有工作速度快，驱 动功率小的优点，又兼有大功率晶体管的电流能力大、导通压降低的优点，因此在 风力发电系统中多采用IGBT逆变器。3.2 风力发电机选购建议建议选购永磁同步发电机型的风力发电机，逆变器选用IGBT逆变器。小型风力发电系统的参考技术参数如下表所示：表3-1 小型风力发电系统的参考技术参数额定功率5kW最大功率6kW额定风速8 m/s启动风速3 m/s工作风速3-20 m/s安全风速40 m/s输出电压220 V风轮直径6 m塔架高9 m顶部质量（不含塔杆）285 kg （不同厂家可以不同）塔架类型/质量159*5

20、拉索钢管使用寿命15-20 年3.3 风力发电机安装地点选择-安装地点的气象因素众所周知，风力发电机能将风能转换成电能，一年中风力发电机发电量的大小 直接取决于安装地点的风况。风力发电机安装地点要考虑的气象因素包括：1）年平均风速根据实践经验和对宏观风速资料的分析研究，户用型风力发电机组安装地点的 年平均风速不宜低于3.03.5m/s，如果能满足该条件，就能保证当地的风力发电具 有一定的经济性。2）风速频率分布曲线如果当地风况是一条比较平缓的风速频率分布曲线，说明当地一年中风速的日 变化、月变化都相对较小，有效风速小时数较长，有利于用户对电能的充分利用。3）无强烈的旋风和切变风力发电机最容易遭

21、受旋风和切变风速的破坏，风速与风向的剧烈变化，不仅 使风力发电机出力发生剧烈波动，而且会使机组叶片承受强烈的振动和应力，轻则 极大降低风力发电机的使用寿命，重则会使及其损坏，因此风力发电机应避开设在 有这种风况特点的地点。安装地点选择本项目中的风力发电机可安装在营业厅屋顶。如果营业厅周围有较高大的障碍 物，则要注意：第一，风机要安装在主风向的上游；第二，与障碍物（周围房屋） 的距离应尽量保持在风力发电机组直径的5倍以上；第三，机组塔架应尽量高出障 碍物 1 倍的机组直径。4. 储能系统建设方案4.1 蓄电池选购建议电力系统蓄能技术主要有抽水蓄能、压缩空气、飞轮蓄能、超导蓄能、超级 电容、铅酸电

22、池、锂电池、钠硫电池、液硫电池等方式。随着智能电网、微网技 术的发展，制热、制氢、制冷等新储能方式亦在一些实验项目中出现。各种蓄能 技术的规模和技术成熟度如图 4-1 所示。图4-1 蓄能技术蓄能规模及技术发展成熟度各种储能技术在其能量密度和功率密度方面均具有不同的表现，同时电力系 统对储能系统不同应用提出了不同的技术要求，很少能有一种储能技术可以完全 满足在电力系统中的各种应用，因此，必须兼顾双方需要求，选择匹配的储能方 式。目前比较典型的几种储能方式应用在光伏并网发电中的特性对比如下表所 示：表 4-1 各种储能方式特性对比综合比较各种储能类型在新能源分布式发电领域的应用特点，锂离子电池在

23、 应用成熟度和能量效率等方面，均比较适合本项目的设计要求，而且考虑到场地 因素的制约，电池也宜选用能量密度比较高的锂电池。目前应用较为成熟的锂离 子电池有磷酸铁锂电池、钴酸锂电池和锰酸锂等。磷酸铁锂电池相对于其他锂电 池，虽然能量密度相对较低，但安全性和耐高温性能较好，造价也比其他锂电池 低。因此，建议本项目采用磷酸锂离子电池。4.2 蓄电池组及逆变器储能系统电池组部分由25kW*2h磷酸锂离子电池模块组成。选用80Ah、工作电压为3.2V的单体，则所需的单体数量Nd为：dN = 25000 x 2/(80 x 3.2)沁 196d25kW*2h蓄电池由196节80 Ah电池单体串联而成则蓄电

24、池组的额定电压V为rV 二 196 x 3.2 二 627.2 (V)r蓄电池组额定工作电压为627.2V，正常工作电流80A，可输出最大功率25kW，共需要196块单体3.2V的80Ah电池。蓄电池组的逆变器采用1台额定容量为25kW的并网逆变器。逆变器选型和 要求同光伏逆变器。4.3 储能装置的接入和安装-储能装置安装的原则- 蓄能电池接入地点一般选择离重要负荷电气距离近；- 便于安装和维护的地方；- 选择具有公共安全隐患的电池组时，应远离人群、建筑集中的地方。-设备及接入方案结合智能营业厅的电气负荷分布和建筑条件，选择将储能设备安装在营业厅 的顶层靠近外墙的设备间。储能电池通过逆变器接入

25、微网 0.4kV 母线上。储能电池柜采用25kWh电池柜1个，规格为：2.2mx0.8mxl.2m，总重量约 500kg。 土建条件-墙壁需三面加厚、一面泄力，泄力墙向楼外；- 楼板应有较强的承重能力；-远离生活区，设备噪音65分贝；-除变电站一般要求外，室外安放沙箱；-工作环境10C-40C之间为宜；-与墙面距离lm左右（调试、检修和通风）；-湿度、污秽等级、信号干扰等方面按电站一般要求。4.4 储能充放电控制系统对于储能系统，设计采用双向逆变器实现、锂离子电池储能系统与交流母线 的能量相互。双向逆变器采用逆变/充电一体机可以实现纯正弦波输出、 110/220 Aac 交流输出电压，以及在交

26、流逆变器中集合了蓄电池充电功能、交流自动切 换开关等。由于它具有与电网并网运行或脱离电网单独运行的双重功能，双向逆 变器能够与发电机或者可再生能源系统一起，提供全天候或备用电能。储能系统配置的监控系统监控范围应覆盖温度（包括电池温度和环境温度）、 电流、电池容量等各方面。对于储能系统的系统各主要运行部位的温度，采用高 精度温度传感器实时测量系统温度，以保证系统运行平稳高效。放电电流以及充 电电流的测量也是实时的，系统同时实时监控电压量值，以保证系统运行在最佳状态下，延长系统使用时间。所有的监控数据均由子系统数据综合之后通过通讯总线系统将监控数据实时传输给微网监控管理系统。5. 微网运行控制方案

27、5.1 微网监控系统架构图5-1 微网通讯网络结示意构图光伏逆变器、风力发电机、蓄电池逆变器均有相应的控制器实现就地控制， 这些控制器采用以太网接入微网集中控制平台，实现微网通讯组网。微网集中控 制平台可通过以太网和配电调度进行通讯。微网控制中心为一台嵌入控制屏的主机兼操作员站，同时可作为数据库服务 器，是微网能量管理系统的主要人机界面，能全面监视整个微网一次设备的运行 情况，实时分析微网的运行情况并获得整个微网优化和调整策略并快速自动执 行，也能满足运行人员操作时直观、便捷、安全、可靠的需要，同时实现微网重 要数据的实时存储。5.2 微网运行方式微网监控管理系统从配电网调度层、微网集中控制层

28、、分布式电源和负荷就 地控制层三个层面进行综合管理和控制。其中上层配电网调度层主要从配电网的 安全、经济运行的角度协调调度微网（微网相对于大电网表现为单一的受控单 元），微网接受上级配电网的调节控制命令。中间微网集中控制层集中管理分布 式电源和各类负荷，在微网并网运行时负责实现微网价值的最大化并优化微网运 行，在孤岛运行时调节分布电源出力和各类负荷的用电情况实现微网的稳态安全 运行。下层分布式电源控制器和负荷控制器，负责微网的暂态功率平衡和低频减 载，实现微网暂态时的安全运行。1）配电网调度层微网对于配电网表现为单一可控、可灵活调度的单元，既可与配电网并网运 行，也可在大电网故障或需要时与大电

29、网断开运行。配电网调度层对微网的运行 状况进行监测，并可在下列情况下对微网进行控制： 当配电网发生扰动时，若微网未在规定时间内脱网进入孤岛运行，则配 电网调度机构应立刻断开微网公共连接点处的断路器。 微网脱网之后，配电网调度机构应保证在电网电压和频率恢复到正常运 行范围之前微网不允许并网。当配电网电压和频率恢复到正常运行范围后，微网 必须经配电网调度机构的允许才得以恢复并网。 在特殊情况下（如微网所在的配电网馈线需要检修等），配电网调度机构 可向微网集中控制平台发出指令要求微网脱网进入孤岛运行状态。 在特殊情况下（如发生地震、暴风雪、洪水等意外灾害情况），微网可在 配电调度机构的统一调度下用作

30、配电网的备用电源向受端电网提供有效支撑，加 速配电网的故障恢复。 在配电网用电紧张时，微网可在配电调度机构的统一调度下利用自身的 储能设备进行消峰填谷，从而避免配电网大范围的拉闸限电，减少配电网的备用 容量。 微网可在配电网调度机构的统一调度下参与电网的电压调节。2）集中控制层集中控制层是整个微网控制系统的核心部分，完成整个微网的监视和控制， 在保证微网安全运行前提下，以全系统能量利用效率最大为目标，最大限度地利 用可再生能源。微网集中控制中心通过负荷预测和分布电源发电预测，以及当前 整个微网的运行情况，实时分析配电网层、DG层、负荷层的情况，采用优化的 控制策略进行实时的控制，保证微网在并网

31、模式、孤岛模式和模式切换过程中的平稳运行。用户负荷kW Electricity 令 kW Heat当前信息 0预测间歇电海当前信息配网层面图5-2 微网控制中心示意图负荷层面微网的集中管理：微网在并网模式下运行时进行能源的优化调度，优化协调各分布式电源 的出力和储能的充放电，优先保证可再生能源的最大化利用，同时实现消峰填谷 以平滑负荷曲线； 并网运行时实时计算发生孤岛瞬间的分布式电源、储能、负荷各自运行控制策略，实现并离网的快速平滑过渡； 并离网过渡过程中协调就地控制器，快速完成模式切换； 离网时协调各分布式电源、储能、负荷，保证微网重要负荷的供电、维 持微网的安全运行； 微网停运时，启用“黑

32、启动”策略，使微网快速恢复供电。3）本地控制层微网就地保护和控制由一系列就地保护设备和就地控制器组成。微网就地控 制包括储能控制器、分布式电源控制器和负荷监控终端。在并网模式下，就地控 制器在微网集中控制平台的统一控制下完成分布式电源对频率和电压的一次调 节，以保证电能质量、平滑负荷曲线；在孤岛模式下，就地控制器在微网集中控 制平台的统一控制下，采用适当的分布式电源有功无功调节策略和必要情况下的 切负荷策略，实现孤岛状态下的微网平稳运行。就地保护完成微网的故障快速保 护，通过就地控制和保护的配合实现微网故障的快速“自愈”。微网整体解决方案的三个层面是可以灵活配置的，同时分布式电源逆变器自 身具

33、有就地控制器的功率调节功能，因此通过微网集中控制层直接控制负荷开关 以及利用分布电源逆变器，双重实现微网功率平衡控制。同时要预留与配电调度 的接口，实现配电调度对微网负荷、分布式电压出力和并离网状态的直接控制。5.3 微网集中控制器5.3.1 孤岛检测当微网检测出公共连接点处电压、频率发生骤变，或微网有流向配电网方向 的短路电流时，应在规定的时间内断开公共连接点处的断路器，使微网进入孤岛 运行。5.3.2 电压/无功控制并网运行方式微网的控制和管理与配电网差异较大，微网在并网运行时，由于微网内部分 布式电源出力对配电网的贡献微乎其微，整个微网的频率由配电网来维持，微网 只需要通过管理无功来保证

34、微网内部的电压质量，实现无功功率的就地平衡。因 此，在并网运行时，集中控制器通过调节各分布式电源、无功补偿器等设备，保 证电压在合格范围内。 孤岛运行方式微网在孤岛运行时，微网集中控制器通过用电负荷的实际无功需求，调节各 分布式电源的无功输出和无功补偿的投切，保证电压在合格范围内。5.3.3 频率/有功控制并网运行方式在并网运行方式下，根据负荷预测和光伏发电预测结果，确定微网与主网连 接处的馈线功率给定值，并形成与配电网交换功率的曲线。当配电网处于用电高 峰时期，配电调度部门可以根据供用电情况，提前下发该微网的交换功率曲线， 微网集中控制器按照给定的交换功率曲线，适当控制分布式发电出力、储能系

35、统 的充放电状态、负荷的用电情况来使交换功率与配电调度要求的交换功率曲线一 致。微网可通过储能实现移峰填谷，平滑用电负荷和分布式电源出力，则同样可 根据负荷峰谷时段形成储能的充放电曲线，微网集中控制器根据输入的曲线实时 控制储能的充放电状态以及充放电电流实现储能的充放电预设曲线的执行。孤岛运行方式离网期间，微网要保证其频率时刻保持在规定范围内。微网在孤岛状态下以 储能系统作为主要的调频手段。在必要的情况下（如负荷高峰期分布式电源出力 不足同时储能剩余容量不足的情况），可采取必要的切负荷策略。在切除负荷时 按负荷重要程度，先切除非重要的负荷再切重要负荷。如果频率下降到允许的最 低限值，则继续切除

36、剩余部分负荷，保证在离网期间最重要负荷供电的可靠性和 供电质量。在分布式电源恢复出力，微网频率上升之后，则恢复部分已切除的负 荷，如果所有的负荷均投入频率依旧过高，则采用切除分布式电源的措施或调整 分布式电源出力。在负荷低谷期分布式电源出力过剩的情况下，应优先保证可再生能源的最大 出力发电，可通过储能设备由放电改为充电来吸收多余电量的方式，最终达到微 网离网后的供需平衡目标。5.3.4 并离网切换功率控制在并网运行模式下微网自身分布式电源发电往往只占用电的一部分，在离网 瞬间，各个分布式电源和储能设备可能来不及调节出力，或者可能由于储能设备 未事先充满电而使得分布式电源和储能设备全部最大化发电

37、也无法满足所有负 荷的用电，此时会导致微网频率无法维持而解列为多个孤岛。针对这种情况，集中控制器在并网运行时，应实时计算系统功率差额，并规 划如果发生离网，各分布式电源的出力计划、储能设备的充放电计划以及各种负 荷的投切计划，一旦检测微网离网，则立即执行已定控制计划，实现微网并离网 的无缝过渡。5.3.5 并网后自动恢复微网孤岛运行期间，应时刻检测公共连接点线路的电压、频率等参数，一 旦连接线路上的运行参数恢复正常，可认为线路已恢复供电，则控制器延迟数秒 后在配电网调度机构允许并网的情况下向准同期装置发出同期命令，由准同期装 置实现微网向配电网的同期并网。微网恢复并网之后，应逐步将已切除的分布

38、式电源、负荷投入，将可再生能源调至最大出力，对已放电储能进行充电，恢复微网正常的并网运行，为下一次 的离网做好准备。5.4 微网集中管理系统5.4.1 分布式电源监控 对太阳能光伏发电和风力发电的实时运行信息、报警信息进行全面的监视， 并对分布式电源进行多方面的统计和分析，实现对分布式电源的全方面掌控。要求光伏发电和风力发电的监控至少可以显示下列信息：可实时显示光伏逆变器和风机当前的发电总功率、日总发电量、累计总 发电量以及每天发电功率曲线图。 可查看光伏逆变器和风机的运行参数，主要包括：- 直流电压- 直流电流- 直流功率- 交流电压- 交流电流- 逆变器内温度- 时钟- 频率- 功率因数-

39、 当前发电功率- 日发电量- 累计发电量- 每天发电功率曲线图 监控光伏逆变器和风机的运行状态，采用声光报警方式提示设备出现故 障，可查看故障原因及故障时间，监控的故障信息至少因包括以下内容- 电网电压过高- 电网电压过低- 电网频率过高- 电网频率过低- 直流电压过高- 直流电压过低- 逆变器过载- 逆变器过热- 逆变器短路- 散热器过热- 分布式电源孤岛- DSP 故障- 通讯失败可实时对并网点电能质量进行监测和分析。 要求能集成环境监测功能，主要包括日照强度、风速、风向、室外温度、 室内温度和电池板温度等参量。 要求最短每隔5分钟存储一次分布式电源重要运行数据，包括环境数据。 故障数据需

40、要实时存储。5.4.2 储能监控 对储能电池的实时运行信息、报警信息进行全面的监视，并对储能进行多方 面的统计和分析，实现对储能的全方面掌控。要求储能监控至少可以显示下列信息： 可实时显示储能的当前可放电量、可充电量、最大放电功率、当前放电 功率、可放电时间、今日总充电量、今日总放电量。 遥信：能遥信交直流双向变流器的运行状态、告警信息，其中保护信号 包括：低电压保护、过电压保护、缺相保护、低频率保护、过频率保护 过电流保护、器件异常保护、电池组异常工况保护、过温保护。 遥测：能遥测交直流双向变流器的电池电压、电池充放电电流、交流电 压、输入输出功率等； 遥调：能对电池充放电时间、充放电电流、

41、电池保护电压进行遥调，实 现远端对交直流双向变流器相关参数的调节； 遥控：能对交直流双向变流器进行远端的遥控电池充电、遥控电池放电的功能。 要求最短每隔 5 分钟存储一次光伏重要运行数据，包括环境数据。 故障数据需要实时存储。5.4.3 负荷监控对微网内部的负荷进行监视、控制和统计，并为低周减载、微网功率平衡控 制分析等提供依据。在组建微网时，将所有的负荷根据重要程度和是否可停电性 质分为灵敏性负荷（运行过程中不可停电）、可控负荷（可部分短暂停电）、可切 负荷（可停电负荷）。在运行时，可对这些负荷进行分类监控，并配合就地负荷 控制器实现整个微网有功负荷和无功负荷的平衡。5.4.4 光伏发电和风

42、机发电预测、负荷短时预测通过气象局的天气预报信息以及历史气象信息和历史发电情况，预测超短期 内的太阳能光伏发电机和风力发电机的发电量，实现光伏发电和风力发电预测。 根据用电历史情况，预测超短期内各种负荷（包括总负荷、敏感负荷、可控负荷、 可切除负荷）的用电情况。5.4.5 微网功率平衡控制功率平衡是整个微网综合控制管理系统最核心的功能，该功能通过综合调节 分布式电源、储能、负荷实现有功功率、无功功率的平衡，并实现微网并网、离 网的平滑过渡，维护整个微网的安全运行。根据运行状态的不同，包含光伏发电 的微网系统采用的功率平衡控制策略也各不相同。并网运行时，微网系统采取恒功率控制模式，即将微网与主网

43、连接处的馈线 功率流量调整为常量。当根据调度指令把馈线功率调整为某个给定值时，微网内 部负荷改变时与主网之间的功率交换将保持不变。这种控制方案的优点是从主网 的角度来看微网，微网可看作一个可调度的电源或是负荷。其具体控制措施包括： 在并网运行方式下，根据负荷预测和光伏发电预测结果，确定微网与主网连接处 的馈线功率给定值。储能系统根据负荷峰谷时段进行充放电，平抑光伏发电和风 力发电的功率波动，具体控制视储能系统充放电控制策略而定。当主网内发生电压跌落、故障、停电等情况时，微网系统应该利用本地信息 自动有效地转换到孤岛运行方式，不再接受主网的统一调度。此时需要通过逆变 器的电压和频率控制作用为微网

44、的孤岛运行提供强有力的电压和频率支撑，并具 有一定的负荷功率跟随特性。通过设定电压和频率的参考值，在 PI 调节器作用 下实时检测逆变器输出端口电压和频率，并作为恒压、恒频电源使用。当微网系 统负荷增长超出微网自身调节能力时，此时为保证微网系统内的电能质量，必须 按负荷等级，从动力负荷到照明负荷，依次分级、分段退出运行。5.4.6 微网综合监视与统计统一监视微网系统运行的综合信息，包括微网系统频率、微网入口处的电压、 配电上下网功率、并实时统计微网总发电出力、储能剩余容量、微网总有功负荷、 总无功负荷、敏感负荷总有功、可控负荷总有功、完全可切除负荷总有功，并监 视微网内部各断路器开关状态、各支

45、路有无功功率、各设备的报警等实时信息， 完成整个微网的实时监控和统计。5.4.7 微网优化调度微网在并网运行时，在保证微网安全运行的前提下，以全系统能量利用效率 最大为目标（最大限度利用可再生能源），同时结合储能的充放电，实现用电负 荷的消峰填谷，提高整个配电网设备利用率，实现整个配电网的经济运行。具体包括以下内容：1）平抑功率波动。首先根据光伏发电和风力发电的预测数据，计算得出光 伏发电和风力发电的功率输出曲线，在此基础上制定储能系统的日充放电策略。 一般情况下，风光储微网系统的能量调度策略将遵循以下原则：在光伏发电和风力发电总功率输出较大时，对储能电池进行充电；在光 伏发电和风力发电总功率

46、输出较小时，储能电池向系统放电。根据储能电池容量和预测光伏发电和风力发电的出力曲线合理选择充放电区间，尽可能长时间地维持总输出功率稳定，尽量减少储能电池的充放电频率。 即储能电池的充放电调整频率不能太大，否则会影响电 池的使用寿命。在光伏发电和风力发电的总功率输出波动不是很大，储能电池容量具有一定盈余的情况下，可将部分容量参与系统负荷削峰填谷。2）跟踪计划出力。根据光伏发电和风力发电出力预测、负荷预测结果制定电站出力计划，其能量调度策略为：充分利用太阳能和风能，即首先由太阳能和风能满足负荷的需要，若有 多余的电力则给储能电池充电。若光伏发电和风力发电不能满足负荷的需要，此时，若储能电池能量充

47、足，则考虑由储能电池放电提供多余负荷所需能量。若计划出力曲线超出了光储联合微网系统的调节范围，则尽可能的调节 发电出力接近计划出力曲线，而并不要求实际输出一定与计 划出力一 致。3）负荷削峰填谷。分布式电源对于电网而言本身具有一定的正调峰特性。 而对于微网中的储能系统而言，在参与消峰填谷时，通常根据负荷的高峰和低谷 区域作为电池工作方式切换的边界点。其能量调度策略为：5.4.8 配网联合调度 微网集中控制器具有与配电调度中心交互信息的功能，能将微网公共连接点 处的并离网状态、交换功率上送调度中心，并可接受调度中心对微网的并离网状 态的控制和交换功率的设置。当微网集中控制器收到调度中心的设置命令

48、时，利用功率平衡控制功能实现 微网分布电源出力和负荷用电状态的控制。5.5 微网保护配置利用电流差动保护实现微网内部接地故障保护；利用过电流保护实现微网过载保护； 微网控制中心通过分析计算并遥控实现远方集中保护； 在公共连接点安装准同期装置实现微网和配电网的同步； 利用自动重合闸恢复瞬时接地故障引起的停电； 在低压配电柜安装负荷控制装置实现各路负荷的自动 /远动控制和量 测。6. 投资估算本项目建设投资约 xxx 万元，由 4 部分组成：光伏发电系统建设、风力发电 系统建设、储能系统建设、微网系统建设。10kV及380V电缆线路工程属于配电网建设（改造）投资范围，不计入微网投资。智能营业厅微网工程投资估算具 体见下表。表6-1 中新生态城智能营业厅微网投资估算序号项目名称估算投资（万元）1光伏发电建设太阳能板并网逆变器环境监测系统配套设施及安装2风力发电系统建设风机配套设施及安装3储能系统建设蓄能电池组及电池柜储能并网逆变器储能充放电控制系统蓄能电池运输、安装4微网系统建设微网集中控制器微网能量管理系统本地控制器5调试安装及技术服务-总计（注：储能系统容量：磷酸铁锂25kW*2h光伏发电容量：30kWp风力发电容量：5kW）