中國儲能網(wǎng)訊：8月25-26日，首屆全國用戶側(cè)儲能細分市場開發(fā)與應(yīng)用高層研討會在江蘇無錫太湖飯店召開。會議由江蘇省電機工程學(xué)會、國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院、全國微電網(wǎng)與分布式電源并網(wǎng)標準化技術(shù)委員會、中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會聯(lián)合主辦。會議吸引了國內(nèi)近400位學(xué)術(shù)和行業(yè)專家及企業(yè)高層代表參會。中國電科院新能源所新能源電站自動化研究室柳丹在會上就“含新能源和儲能的主動配電網(wǎng)實驗系統(tǒng)建設(shè)”發(fā)表演講。
演講全文如下：
柳丹：大家好，我今天匯報的主題是《含新能源和儲能的主動配電網(wǎng)實驗系統(tǒng)建設(shè)》。首先簡單介紹一下我們系統(tǒng)的概況。
我們的建設(shè)目標是要建成一個全面支撐技術(shù)研究與驗證、設(shè)備檢測與評價、成果孵化與推廣等工作的主動配電網(wǎng)真型試驗場。這個實驗室建成以后，我們希望能夠具備主動配電網(wǎng)的設(shè)計、評估、調(diào)試測試以及功能驗證測試的一體化綜合測試能力，能夠有效支撐省公司目前在做的源網(wǎng)荷互動和主動配電網(wǎng)建設(shè)。儲能也是主動配電網(wǎng)當中很重的單元，所以也在我們的建設(shè)目標當中。
第二是實驗室功能定位，主要是六個方面。我們的研究領(lǐng)域非常廣，主要包括多能互補、發(fā)電功率預(yù)測、微電網(wǎng)群協(xié)調(diào)控制、電動汽車充放電控制、交直流混合柔性組網(wǎng)、源網(wǎng)荷儲協(xié)同控制等關(guān)鍵技術(shù)研究。我們目前能做的包括風電光伏、儲能電站、充電樁、配電自動化、虛擬同步機、微電網(wǎng)等設(shè)備和系統(tǒng)的試驗檢測，我們現(xiàn)在已經(jīng)具備了相關(guān)的能力，并且我們院建了一個仿真平臺，能夠開展儲能配電網(wǎng)能量管理和儲能系統(tǒng)的分析和仿真驗證。這張圖就是我們實驗室目前電器的接線圖，我們主要是分了四塊區(qū)域。第一塊區(qū)域就是淺黃色的部分，是360V交流配網(wǎng)。第二塊區(qū)域是400V的直流微電網(wǎng)，第三塊區(qū)域是深黃色的，也是一個360V的交流配電網(wǎng)，第四塊我們主要是在系統(tǒng)當中集中裝置了一些模擬的電網(wǎng)友好型的逆變器，第四塊區(qū)域主要是做一些偏設(shè)備型的技術(shù)驗證，整個系統(tǒng)是交直流環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，可以開展各種系統(tǒng)級的技術(shù)驗證。
這邊是我們的二次控制的框圖，主要分為能量管理系統(tǒng)層、分層分布式控制層以及本地的控制。后面的話我會再詳細展開來講。這是我們主要的系統(tǒng)架構(gòu)，下面我們因為依托平臺做了很多工作，結(jié)合剛才結(jié)題的國網(wǎng)項目關(guān)于交直流供電系統(tǒng)的項目，我簡單的介紹一下在這個平臺上做的相關(guān)工作，主要是兩塊。一塊是數(shù)模仿真、一塊是控制保護。在數(shù)模仿真這塊主要是做了特性研究、實時建模仿真和控制保護。第一主要是對各種分布式電源、風機、光伏和儲能的運行特性進行了分析，并且建立了他們自己的小信號模型，為我們做穩(wěn)定性信息提供一個基礎(chǔ)。第二就是我們針對直流系統(tǒng)當中典型的包括阻性負載、旋轉(zhuǎn)電機負載和電力電子類的負載建立了一個模型。另外我們考慮到很多負荷是可以直接接入到直流系統(tǒng)當中，本身就是直流供電，只不過現(xiàn)在是交流系統(tǒng)，所以很多都需要一個轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)才可以接到交流網(wǎng)。我們現(xiàn)有的交流負荷做了一些介入，針對他們可能出現(xiàn)的問題包括極性反接、電弧、電火花等一些問題提出了相應(yīng)的提升兼容性的方案。我們數(shù)模仿真的第二塊內(nèi)容就是實時建模，這個在運行特性分析的基礎(chǔ)上完成了三種典型電源和三種典型負載的實時仿真模型的搭建。電源主要包括光伏、風機以及混合儲能。因為我們現(xiàn)在實驗室是交直流混合系統(tǒng)，所以我們針對交直流的換流器做了專門統(tǒng)一的模塊。這當中主要是有兩塊，第一個是我們左下角DCDC統(tǒng)一功能設(shè)置接口，無論是光伏的DCDC還是儲能的DCDC，我們都有統(tǒng)一的模塊，可以通過設(shè)置不同的參數(shù)實現(xiàn)不同DCDC的功能。另外一塊就是右邊的代碼加密模塊，這個模塊是對所有做變流器廠商開放的，變流器廠商可以通過這個模塊把自己實際在現(xiàn)場運行的控制策略寫到模塊當中，這樣就保證了在我們仿真程序當中跑的控制策略和實際在現(xiàn)場運行的控制策略是一致的。
我們對統(tǒng)一的直流換流器的功能包括穩(wěn)壓、穩(wěn)流以及最大功率點跟蹤的功能進行了一些驗證，驗證的效果也挺好。第三塊是基于RTLAB數(shù)模仿真平臺建立。我們調(diào)研了各類實時仿真平臺的特點，最終選定的是基于RTLAB同時嵌套了FPGA的模塊搭建了分布式新能源交直流供電系統(tǒng)實時化模型。
下面簡單介紹一下仿真建模的情況。我們研究了電磁暫態(tài)實時仿真替代原理，對交直流供電系統(tǒng)模型進行了分割和仿真資源配置。右邊的這張圖是總體設(shè)計方案，建這個仿真模型當中有兩個非常關(guān)鍵的點。第一個點就是模型的劃分和分核，在這當中一共有三類子系統(tǒng)，第一類就是控制的子系統(tǒng)目前只有一個，然后占一個核。第二個是SS子系統(tǒng)，有一個核。第三個是一個子系統(tǒng)，只有一個沒有核。我們研究了一下CPU模型搭建的方法是微秒級的，這里面也包括子系統(tǒng)劃分、建立工程等等。我們把FPGA切入到現(xiàn)有的平臺當中，在右邊我們把控制裝置當中的控制信號通過數(shù)模轉(zhuǎn)化下發(fā)到FPGA當中。我們是在這樣的一個方針平臺當中開展的實質(zhì)性研究，首先是針對電源的驗證，這頁PPT主要是針對光伏的輻照度，如果發(fā)生階躍的情況下，我們的儲能系統(tǒng)當中的各個單元的輸出位的特性。這個是針對如果風電出現(xiàn)風速階躍的情況下，系統(tǒng)當中各個單元的響應(yīng)特性。最后是在負荷發(fā)生階躍情況下，發(fā)電系統(tǒng)和用電系統(tǒng)各個單元的響應(yīng)特性。
以上主要是針對仿真平臺的基本功能做了一些驗證，未來我們基于這個平臺還可以開展更多更深入的工作，包括用戶儲能小規(guī)模的協(xié)調(diào)應(yīng)用，或者是在微電網(wǎng)當中作為主電源等等有很多場景。我們還有待去發(fā)掘，可以利用這個平臺進行一些技術(shù)驗證。第二塊就是我們在控制保護相關(guān)依托實驗平臺做的工作，第一塊是交直流協(xié)調(diào)控制，第二塊是直流微電網(wǎng)內(nèi)部多電源和負荷的協(xié)調(diào)控制，最后是直流當中的相關(guān)保護技術(shù)。在我們的平臺驗證采用的是兩電平三相半橋并網(wǎng)變流器的電路拓撲，這個并網(wǎng)電流器外環(huán)同時具有母線電壓的控制和功率的兩種控制模式，根據(jù)實際的運行模式可以進行靈活切換。從右邊的這張圖可以看到響應(yīng)能力還是很好的，這個是并網(wǎng)變流器的控制。另外我們也在平臺對多并網(wǎng)變流器并聯(lián)的情況下實驗控制做了一個驗證，現(xiàn)在主要是針對在直流側(cè)并聯(lián)運行的多臺變流器，如果采用下垂控制策略均流的效果，我們知道如果是多臺并網(wǎng)的變流器同時做電源點的話，并聯(lián)的時候必然會出現(xiàn)環(huán)流的問題，我們也是通過這個平臺做了兩臺并聯(lián)看均流效果。從右邊這個圖形看到均流效果還是比較好的。
第三塊是針對我們系統(tǒng)內(nèi)部電源和負荷協(xié)調(diào)的控制做了一個試驗的驗證，我們提出了無互聯(lián)通信的直流供電系統(tǒng)、多電源協(xié)調(diào)控制策略，這個策略本質(zhì)上是在系統(tǒng)當中儲能、光伏、負荷，因為我們是交直流并網(wǎng)，所以還有電網(wǎng)這四個單元，他們之間怎么做協(xié)調(diào)。從右邊可以看到第一種情況是電網(wǎng)主導(dǎo)的模式，在這種情況下，電網(wǎng)的變流器作為一個支撐點比如說這時候出現(xiàn)了大幅功率的缺額，這時候儲能就作為一個主要單元來調(diào)節(jié)，一旦儲能通過充放電超過了本身的充放電預(yù)值，我們就可能進入到光伏的控制模式，如果系統(tǒng)需要它進行協(xié)調(diào)的話就會降位運行，最后一條就會運行到如果整個系統(tǒng)的功率缺額比較大，會切掉負荷或者是降低部分負荷的需求，本質(zhì)上主要是這四個模式進行切換。這是我們依托仿真平臺做了一些相關(guān)的模式切換仿真。
控制保護的第二部分就是直流保護技術(shù)，我們分析了一下直流配電網(wǎng)故障特點，第一個是變流器中IGBT關(guān)斷以后交流電源能夠通過續(xù)流二極管維持故障電流。第二個是直流網(wǎng)絡(luò)中阻尼小故障電流上升迅速，影響范圍廣，故障區(qū)域識別困難。第三塊是直流故障電流分斷比較困難，滅弧比較困難。第四個是控制和保護結(jié)合緊密，通過控制策略的改變保護可以免設(shè)備受過電流、過電壓的影響。從這些特點上我們分析出直流配電網(wǎng)保護的需求，形成了以下幾個結(jié)論：第一個是交流配電網(wǎng)廣泛使用的三段式過流保護不能滿足要求了；第二個是需要提出能夠快速準確識別故障的直流保護；第三個是制定出相應(yīng)的故障方案；第四個是能夠利用控制策略的變化，抑制故障影響和通過控制保護做一個持續(xù)的配合。
下面內(nèi)容比較多我就簡單的過一下。我們首先是針對直流微電網(wǎng)當中所有的故障類型進行了分析以及提出了相應(yīng)保護，在直流微電網(wǎng)當中對于終端本身的控制我們在這邊就沒有做過多的研究，主要還是針對網(wǎng)絡(luò)的保護，包括我們主要的一些設(shè)備。我們對母線以及故障類型分為單極和雙極，針對這樣的組合做了相應(yīng)分析。首先我們分析了一下線路的單極故障下的特征，提出來了相應(yīng)的保護配置推薦，主要還是采用不平衡電壓插動保護，這是我們在仿真當中進行的驗證。接著就是我們對線路的雙極故障也做了相應(yīng)的分析，同理我們也對直流和母線故障作為了一個分析。
第二塊是直流當中故障識別和快速隔離技術(shù)。我們現(xiàn)在依托項目對現(xiàn)有的幾種基于不同直流故障電流和設(shè)備的快速隔離方案做了調(diào)研和相應(yīng)對比。我們在實驗室進行一個驗證是基于我們提出的變流器的方案，基本上是只在電源點配置，其他的地方都用普通的交流開關(guān)。我們也把這種方式和如果在全線布置直流斷路器的方式做了一個對比，這樣一個方案顯然是在經(jīng)濟上更加可行，同時也能夠使整個系統(tǒng)的故障時間控制在100毫秒以內(nèi)，基本上滿足了進度的需求，而且本身也比較易擴展。
在以上研究的基礎(chǔ)上，我們就形成了這樣一個系統(tǒng)級到裝置級的保護方案，這就是我們結(jié)合剛才的平臺和手上交直流相關(guān)的項目，目前在試驗平臺開展了相應(yīng)的工作，接下來我們就簡單介紹一下系統(tǒng)的一些情況，主要分為一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)。一次系統(tǒng)剛才已經(jīng)講了，住有兩片微電網(wǎng)和一片直流微電網(wǎng)，通過環(huán)網(wǎng)聯(lián)系在一起。我現(xiàn)在分別介紹一下子電網(wǎng)。第一塊是交流微電網(wǎng)，主要包括多類型分布式電源、儲能系統(tǒng)、模擬線路、模擬負載、備用電源和有源濾波器。整個能量管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)并離網(wǎng)無縫切換，而且可以開啟黑啟動、平抑波動、跟蹤計劃出力、削峰填谷的功能。第二塊是直流微電網(wǎng)這塊。這個區(qū)域主要是400V低壓的直流配電網(wǎng)，這個直流微電網(wǎng)是和交流微電網(wǎng)一樣都是接受整個系統(tǒng)管理調(diào)控的模型。第三塊是我們之前做了一個250千瓦、600千瓦時的儲能電站，現(xiàn)在也是掛在交流微電網(wǎng)當中運行，我們很早大概是去年底就投運了，也是希望能夠驗證一下電動汽車動力電池梯次利用下來以后儲能的性能到底怎么樣以及經(jīng)濟性。這是二次系統(tǒng)能量管理架構(gòu)，這是通信的架構(gòu)剛才也簡單介紹了。這邊是能量管理系統(tǒng)的硬件和軟件架構(gòu)。第三塊是依托實驗平臺做的一些相應(yīng)的實驗驗證，包括跟蹤計劃出力曲線，我們現(xiàn)在整個跟蹤精度最大的偏差不超過6%，另外兩快是平抑波動和削峰填谷我們也在系統(tǒng)當中做了實際的驗證，以上就是我的匯報。
（本文根據(jù)會議錄音整理，未經(jīng)本人審核）
