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光储一体机

  1 光储一体机装置介绍

  光伏储能一体化能量转换装置(简称光储一体机)是一种应用于光伏、储能联合发电系统中实现直流/交流电能转换的设备,采用电力电子控制技术,可以协调控制光伏与储能电池的出力,平抑光伏电池的功率波动,并通过储能变流技术输出满足标准要求的交流电能向负载供电。设备具有工作模式动态可调,并离网模式切换,光伏能量最大功率跟踪,以及对储能蓄电池精细管理等功能和特点。采用光伏和储能各自通过DC/DC共直流母线汇集的方式,控制灵活,稳定性高,不仅可以实现光伏的MPPT控制,还可以适应不同类型的储能,充分发挥储能的调节范围,优化储能的充放电控制,提高能量的利用率。

  2工作原理

  光储一体化发电系统拓扑如图所示,系统可分为DC/DC变换侧、DC/AC变换侧以及直流母线三部分。其中DC/DC低压侧由三条独立支路组成,各支路均采用非隔离型双向DC/DC变换拓扑,可直接与光伏、储能单元相连并且根据需求进行恒压/恒流控制;DC/AC变换侧采用两电平三相半桥拓扑结构,在系统并网运行时交流侧与电网相连DC/AC进行功率控制,系统离网运行时进行恒压恒频控制,为负荷提供稳定的交流电源。光储一体化发电系统DC/DC变换高压侧与DC/AC变换直流侧通过直流母线相连,直流母线电压的稳定性直接影响系统的稳定性。

图1 光储一体化能量转换装置拓扑图

  3 产品功能

  31 控制功能

  恒功率充/放电功能

  恒压限流功能

  无功调节功能

  离网恒压恒频功能

  并/离网平滑切换功能

  低电压故障穿越功能

  多机并联运行功能

  最大功率点跟踪功能;

  跟踪电网计划出力;

  平抑分布式光伏出力波动;

  外部环境自适应功能

  3.2 保护功能

  光伏端口/储能端口极性反接保护

  光伏端口/储能端口过压/流分级保护

  网侧过/欠压分级保护

  网侧过流分级保护

  网侧过/欠频保护

  IGBT 模块过流保护

  IGBT 模块/变压器/电抗器过温保护

  系统防雷保护

  非计划性孤岛保护

  电池禁充/放保护

  4性能特点

  过载能力强,110%过载可运行2h,120%可运行2min;

  系统可扩展性强,直流侧回路个数可根据实际需求进行扩展;

  体积小成本低,与传统的光伏、储能联合发电系统相比光储一体机集成性更高,减小体积的同时降低了成本,便于推广应用;

  功能强大,光储一体机同时具备PCS和DC/DC特点,具备平抑光伏波动,跟踪计划出力等功能;

  友好型人机界面设计,方便工程人员操作;

  提供 CAN 、RS485通讯接口,便于外部通讯;

  支持能量型、功率型等不同特性的储能单元以及不同功率等级光伏接入;

  具备外部环境自适应功能,在光伏接入时不仅能够实现MPPT而且能够根据外部环境启停设备减少功率损耗;

  系统分级保护,在保证系统安全运行同时减少误动作;

  5 技术参数

  技术参数详见表2.2所示。

表1 光储一体机技术参数

  6、典型案例 

图2 交直流混合微电网典型案例

  6.1 项目背景

  公司积极打造无锡市分布式能源与智能微电网示范项目。企业现有4幢办公大楼,屋顶用来铺设光伏发电系统,同时考虑安装风力发电设备,并通过集中和分散两种方式引入储能,搭建包含光伏发电、风力发电、储能系统、智能用电、冷热综合利用等多种能源的混合能源系统,促进电能替代、清洁替代,实现分布式新能源发电以及智能用电的协调与融合。

  园区包括变电所柴油发电机接入及柴储一体化并网系统示范,分布式光伏发电示范区域,直流微电网示范区域,交流微电网示范区域、电动汽车与电网互动示范区域,这些示范区可统一整合为一个交直流混合的主动配电网系统。

  6.2 建设方案

  6.2.1 分布式能源发电建设。

  园区的分布式能源发电主要包括屋顶光伏系统400kW,车棚光伏系统100kW,风力发电系统32kW,锂电池储能系统450kW×2h,柴油发电机1500kW,实现风光柴储多能源的综合利用。

  6.2.2 交直流混合微电网系统建设。

  在2#楼处建设直流微电网,将50kW屋顶光伏系统及50kW储能系统接入直流母线为园区内直流充电桩、直流路灯等负荷供电,并通过逆变器接入2#楼配电房,与风力发电系统及光伏系统组成小型交直流混合微电网;在综合楼建设交流微电网,将综合楼的100kW屋顶光伏系统及100kW储能系统接入为综合楼供电;同时在变电所内接入500kW柴储一体化并网发电系统,整个园区可组成一个交直流混合微电网运行。

  6.2.3 电动汽车与电网互动示范建设。

  规划在园区停车场区建设电动汽车双向交流及直流充电桩,开展电动汽车的联网监控,实现对园区内充电桩、电动汽车的管理,并可根据电网的需求为电网提供部分辅助服务。

  6.2.4 能量管理中心建设。

  能量管理系统接受电网调度/控制指令,通过优化计算形成对微电网协调控制器的综合运行控制指令,下发给微电网协调控制器执行;收集分析微电网协调控制装置上送的各微电网子系统运行信息,评估当前微电网运行状态,上送结果至电网调度/监控系统。同时借助于图形化手段,对园区示范工程集中进行动态、灵活、直观和多维的可视化展示。

  6.3 解决方案

  1)SVG(400kW)+APF(250A):依现场测量数据定,投运运行后功率因数可大0.95以上,5次以上谐波得到明显改善;

  2)柴储一体化系统(500kW):投入运行后,可支撑园区重要负荷并离网无缝切换运行;

  3)铁锂储能系统(645kWh):在后备柴油发电机出力前提供能量支撑;该电池与柴储一体化系统放置于集装箱内;

  4)并网接口装置(100kW):支撑直流微网与大电网之间的能量转换;

  5)直流变换器(100kW):光伏与储能直接接入直流微网的转换装置;

  6)铁锂储能系统(100kWh):平滑光伏出力,并为直流微网离网运行提供能量支撑;

  7)充电桩(7kW):为园区新能源车充电;

  8)储能变流器(100kW):交流小微网的重要组成,无需其它装置进行无缝并离网切换,为负荷可靠运行提供保障;

  9)铁锂储能系统(200kWh):平滑光伏出力,并为交流小微网离网运行提供能量支撑;

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