中國儲能網(wǎng)訊：2018年9月19-20日，首屆全國發(fā)電側(cè)儲能技術(shù)及應(yīng)用高層研討會在西安綠地假日酒店隆重舉行。
本次會議由全國微電網(wǎng)與分布式電源并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會、中國電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計院有限公司、中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司、中國科學(xué)院電工研究所儲能技術(shù)研究組、深圳市科陸電子科技股份有限公司、浙江南都電源動力股份有限公司、廈門科華恒盛股份有限公司、惠州億緯鋰能股份有限公司、浙江超威電力有限公司、成都特隆美儲能技術(shù)有限公司、廣州智光儲能科技有限公司、長興太湖能谷科技有限公司等單位聯(lián)合主辦，易事特集團(tuán)股份有限公司、上能電氣股份有限公司、鈦白金科技（深圳）有限公司、陽光電源股份有限公司、陜西鋅霸動力有限公司、傲普能源設(shè)計等單位聯(lián)合支持。
會議由中國儲能網(wǎng)和中國儲能電站網(wǎng)聯(lián)合承辦。來自政府主管部門、能源監(jiān)管部門、行業(yè)專家、設(shè)計院、新能源發(fā)電業(yè)主單位、電力公司、系統(tǒng)集成商、項目承包商、投融資機(jī)構(gòu)等400余位代表出席了本次研討會。
中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司新能源工程云項目設(shè)計總工程師田莉莎出席了本次會議，并發(fā)表了題為《微電網(wǎng)能量管理系設(shè)計與繼電保護(hù)配置》的報告，以下為報告全文：
田莉莎：大家下午好！我給大家介紹一下微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)設(shè)計及機(jī)電保護(hù)配置方面的思路和經(jīng)驗。我分享的這個題目是兩個方面，一是微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)設(shè)計，主要是功能設(shè)計和控制結(jié)構(gòu)以及我們的一個典型工程應(yīng)用案例，二是微電網(wǎng)的機(jī)電保護(hù)配置。實際在微電網(wǎng)中機(jī)電保護(hù)是有特殊性的，往往大家在設(shè)計的時候把它忽略了，我們首先是它的難點和關(guān)鍵技術(shù)上提出，另外我們是根據(jù)我們目前正在執(zhí)行的微電網(wǎng)項目，它實際的一個解決方案，供大家探討。
在正式匯報之前，允許我簡單介紹一下我院，我院全稱中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司，成立于1950年，現(xiàn)隸屬于中國電力建設(shè)集團(tuán)有限公司，面向國內(nèi)與市場，為綜合能源利用、能源建設(shè)開發(fā)提供全方位綜合性的方案規(guī)劃服務(wù)。西北院在水電與新能源、基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域大力開展EPC總承包、工程投資運營、業(yè)務(wù)范圍涵蓋水電、風(fēng)電、光電、交通、市政等多個行業(yè)領(lǐng)域。
微電網(wǎng)涵蓋的內(nèi)容是比較豐富的，大的要素就是我們常說的源網(wǎng)荷儲，包括可再生能源和小型燃起機(jī)，儲能系統(tǒng)也是包括從儲能的介質(zhì)可以分為電化學(xué)儲能、機(jī)械儲能、電氣儲能以及熱儲能等，面對如此眾多的電源形式、儲能類型和負(fù)荷種類，需要它高效穩(wěn)定的聯(lián)合運行，所以我們需要配置一套能量管理系統(tǒng)，對它進(jìn)行優(yōu)化控制和調(diào)度管理。微電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)就是一種計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，在保證微電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上，以經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運行為目標(biāo)，對微電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)電、配電以及用電進(jìn)行管理和分析的系統(tǒng)。
能量管理系統(tǒng)主要的管理對象，就是我們主要的電源儲能和負(fù)荷類型，這塊的種類比較眾多，首先是我們能量管理系統(tǒng)中微電網(wǎng)中的分布式電源，包括風(fēng)電、光伏以及儲能系統(tǒng)，還有電網(wǎng)參數(shù)，還有負(fù)荷的一些情況，它的運行數(shù)據(jù)都可以通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)上傳到我們能量管理系統(tǒng)，我們設(shè)計一個統(tǒng)一的支撐平臺可以完成數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)處理，還有系統(tǒng)管理運行、報表管理、發(fā)布等等管理。
風(fēng)光柴儲互補(bǔ)功率預(yù)測，通過對風(fēng)功率、光功率和微網(wǎng)內(nèi)化石能源機(jī)組，儲能系統(tǒng)發(fā)電能力預(yù)測形成風(fēng)光柴儲綜合發(fā)電功率預(yù)測曲線。負(fù)荷預(yù)測，根據(jù)用戶消費的歷史數(shù)據(jù)和其他影響用戶能量消費的一些因素、提煉、挖掘出用戶未來一個時間周期內(nèi)的負(fù)荷量，形成用戶的用電負(fù)荷預(yù)測。為了保證整個微電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，它的一些約束條件主要有微電網(wǎng)內(nèi)的功率平衡、約束還有電能質(zhì)量約束以及儲能的一個充放電約束。
其他的高級應(yīng)用還包括黑啟動，黑啟動功能大家都比較熟悉，主要指我們微電網(wǎng)是在整個全部停電后或者初次啟動的時候，通過微網(wǎng)內(nèi)的動力電源或者是外來電源啟動系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)電機(jī)組，然后形成額定電網(wǎng)的電壓和頻率，再逐步的對微電網(wǎng)進(jìn)行一個電網(wǎng)供電和用戶供電。
另外ABC功能主要是利用我們無功控制設(shè)備和分布式電源的無功調(diào)節(jié)能力，通過無功協(xié)調(diào)控制實現(xiàn)微電網(wǎng)電壓自動調(diào)整，解決微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定問題，AGC軟件能夠根據(jù)微電網(wǎng)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)的實際運行狀況及約束條件和負(fù)荷實時情況，形成優(yōu)化合理的控制策略，并下達(dá)給可調(diào)控的機(jī)組。
為了保證我們整個微電網(wǎng)的一個安全穩(wěn)定運行，能量管理系統(tǒng)它的一個控制模式也是至關(guān)重要的，通常分為兩種類型，一是集中控制，二是分散控制，對于集中控制主要分為三層結(jié)構(gòu)，主要是就地控制層還有協(xié)調(diào)控制層，也就是我們所說的中央控制層，還有系統(tǒng)控制層，就地控制層通常指的是微網(wǎng)內(nèi)的光伏發(fā)電、風(fēng)電，還有儲能以及它的開關(guān)站負(fù)荷它的綜合測控裝置，實現(xiàn)對各個發(fā)電單元以及符合它的數(shù)據(jù)采集以及控制，通過我們這個快速通信網(wǎng)絡(luò)上傳給能量管理系統(tǒng)，而中央控制層我們通常設(shè)一個微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器，對微網(wǎng)內(nèi)的分布式電源，包括風(fēng)電、光電進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，從而保證微電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，包括微電網(wǎng)的電壓和頻率在它的允許范圍內(nèi)。
我們系統(tǒng)控制層主要實現(xiàn)的功能就是數(shù)據(jù)的采集和處理，還有優(yōu)化調(diào)度功能，以及保證電網(wǎng)整體的電力和電量平衡。而分散式控制指的是在微電網(wǎng)中我們各個就地控制性是獨立運行的，不需要接受中央控制器的控制指令，我們這個中央控制器在分散模式下主要起到的作用是傳遞系統(tǒng)的負(fù)荷以及電價信息的作用，包括在緊急狀況下從系統(tǒng)層面操作就地控制器的功能，這兩種控制模式是均有它的一些優(yōu)缺點。
集中控制方面的優(yōu)點是各個控制器分工比較明確，技術(shù)比較成熟，它的缺點也是比較明確，隨著我們微電網(wǎng)規(guī)模的繼續(xù)擴(kuò)大，微網(wǎng)中的分布式電源種類持續(xù)增加，這就要求中央控制器具有較強(qiáng)的計算能力，同時對它的通信有比較高的要求，如果我們這個中央控制單元一旦出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)就面臨癱瘓的風(fēng)險，而且這個分布式電源在這種集中控制模式下是不能夠即插即用的模式。
分散式控制的優(yōu)點是各個控制器是可以獨立操作的，即使中央控制器有故障，有分布式電源即插即用的規(guī)模，這個適合我們大規(guī)模分布式電源比較多比較復(fù)雜的微電網(wǎng)系統(tǒng)，當(dāng)然它具有一些缺點，它的缺點就是它具有較大的自主權(quán)，它存在安全的隱患，比較難及時的檢修和維護(hù)。另外就地控制器之間還是需要一定的通信交流的，而且目前的成功應(yīng)用的案例也是比較少的。
以上這兩種控制模式在我院設(shè)計的微電網(wǎng)項目中是均有實際工程應(yīng)用的，我們西藏雙湖縣可再生能源局域網(wǎng)工程，這個項目是2016年5月1日開工，然后到9月已經(jīng)投產(chǎn)發(fā)電，目前已經(jīng)運行了接近兩年時間，總的運行下來是比較良好的，它的電網(wǎng)的電壓和頻率也比較穩(wěn)定，為這個雙湖縣5600人口解決了供電的問題。這個就是我們西藏雙湖局域網(wǎng)項目采用的一個能量管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖，采用的就是集中式控制分三層控制，就地控制層主要是我們光伏的離變器以及儲能系統(tǒng)，還有它的一些饋線回路，我們中央控制器是作為它的協(xié)調(diào)控制層，還有在我們系統(tǒng)層配置了微網(wǎng)的一個服務(wù)器，還有綜合管理的一個服務(wù)器，以及運行分析的一個服務(wù)器，是作為它的系統(tǒng)控制層。
另外我們正在進(jìn)行的一個新疆的風(fēng)光柴儲的配電網(wǎng)項目，它的電源裝機(jī)容量有20兆瓦的集中式光伏，還有6兆瓦的風(fēng)電，包括16、28兆瓦的儲能系統(tǒng)，還有兩臺一兆瓦的柴油發(fā)電機(jī)，并且是為當(dāng)?shù)剡M(jìn)行一個9.5兆瓦的電采暖的供應(yīng)，還有我們整個10千伏配電網(wǎng)的建設(shè)，我們采用分散式控制模式，在我們微電網(wǎng)中的光伏離變器還有風(fēng)電變流器還有儲能PCS設(shè)了就地控制器，由就地控制器獨立控制各個離變器和變流器，保證這個系統(tǒng)的一個穩(wěn)定運行，維持這個系統(tǒng)的電壓電網(wǎng)頻率，這個項目預(yù)計今年年底投產(chǎn)發(fā)電。
下面我們就介紹我們另外一個方面，就是我們在微電網(wǎng)機(jī)電保護(hù)配置中需要注意的問題，首先我們來分析它在微電網(wǎng)保護(hù)配置中遇到的一些難點，微電網(wǎng)在并網(wǎng)與孤島模式下短路電流的差異是比較明顯的，在并網(wǎng)時短路電流是由大電網(wǎng)提供的，而在孤島的時候是由微電網(wǎng)來提供，我們很多時候微電網(wǎng)是需要在兩種工作模式下運行，所以我們就需要設(shè)置這個機(jī)電保護(hù)具有一定的適應(yīng)性，能夠滿足兩種工況先它的運行情況。第二個就是分布式電源短路電流差異比較大，我們微網(wǎng)的分布式電流主要分為兩種類型，像離變器的分布式電源它在短路的時候，它的短路電流只有額定電流的1.2到2倍左右，這些短路電流在短路過程中，短路電流的貢獻(xiàn)水平差異比較大，這樣使得我們的保護(hù)原理會失效。
另外需要我們更短的故障切除時間，與大電網(wǎng)相比，微電網(wǎng)的容量和共性比較小，網(wǎng)內(nèi)更加快速的切除故障才能避免失穩(wěn)，對于我們微電網(wǎng)故障不能及時切除，可能就導(dǎo)致在你的分布式電源的低電壓穿越以后，還沒有切除故障的話，就會導(dǎo)致整個微電網(wǎng)系統(tǒng)分布式電源脫網(wǎng)，整個微電網(wǎng)崩潰。另外微電網(wǎng)的整個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，微電網(wǎng)的儲能單元還有它的負(fù)載模式是分為離網(wǎng)和并網(wǎng)運行，這樣就造成微電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在不同的運行結(jié)構(gòu)下發(fā)生變化，這對我們在它在故障狀態(tài)下電路電流計算帶來很大的困難。
基于我們在微電網(wǎng)機(jī)電保護(hù)中遇到的難點，我們需要突破以下一些關(guān)鍵技術(shù)，首先就是微電網(wǎng)中各分布式電源的故障特征，就是我們需要掌握這個微電網(wǎng)以及分布式電源在故障中電流和電壓的特性，建立一個故障模型，應(yīng)該是具有高度適應(yīng)性的故障識別處理辦法。而且第三個就是智能控制終端與傳統(tǒng)的一次設(shè)備進(jìn)行集成，第四個我們是要擁有一個足夠的傳輸速率可靠性的通信網(wǎng)絡(luò)，在微電網(wǎng)中我們就會需要配置一些需要依靠通信的保護(hù)策略，這個就需要微電網(wǎng)中中央保護(hù)單元和分布式電源，以及各個節(jié)點上的智能控制終端，與中央控制器之間有大量的數(shù)據(jù)交換。
目前我國對微電網(wǎng)中機(jī)電保護(hù)配置還屬于探索和研究的階段，還沒有一套比較成熟的配置方案，所以我們本次匯報中，我們是根據(jù)我們目前正在做的一個孤島性微電網(wǎng)的項目，對它系統(tǒng)中的故障狀態(tài)的故障特性進(jìn)行分析，然后提出一種解決方案，我們孤島性微電網(wǎng)每一條線分為兩個回路，還有儲能回路，儲能回路我們分了4個兩兆瓦的單元。
由于我們這個項目是一個孤島型的微電網(wǎng)，它在短路過程中它的短路電流就是由分布式電源提供了，而這個分布式電源運行狀況就可能會有多種運行方式，我們分析了兩種極端的情況，一個是它在實線和母線實環(huán)運行，這樣就由儲能系統(tǒng)提供，另外一個就是我只能有一個儲能回路在工作，我們可以分析它各個支路在額定工況和兩種運行方式下電流變化是比較大的，在最小運行方式下，它的電流小于它的額定電流，這樣就使得我們傳統(tǒng)的過流保護(hù)產(chǎn)生一個巨動，在這個項目中我們就分析各種分布式電源在故障前后的故障特性，根據(jù)這種故障特性我們配置一套我們適合孤島型微電網(wǎng)的機(jī)電保護(hù)方案。
首先分析一下風(fēng)機(jī)進(jìn)線故障電流特征，在故障狀態(tài)下的時候，它的短路電流整個是由其他的分布式電源和儲能給它提供，大部分的短路電流是流向風(fēng)機(jī)回路，小部分流向負(fù)荷側(cè)，我們可以發(fā)現(xiàn)電流的大小已經(jīng)無法來判斷了的時候，它的方向是有一個變化的，就是從母線側(cè)流向風(fēng)機(jī)側(cè)，我們采用以方向判斷為主的機(jī)電保護(hù)方案，這里我們就配置一個低電壓啟動的小電流閉鎖的方向保護(hù)。另外就是光伏回路跟風(fēng)機(jī)回路的基本一樣，都是依靠方向就要判斷。
儲能進(jìn)線回路，它在發(fā)生故障的時候，儲能的回路它的電流方向已經(jīng)不能作為它的判斷依據(jù)了，因為它本身是具有充放電功能的，這個短路電流的大小能夠啟動它的保護(hù)，也是不能確定的，我們在儲能回路需要配置一套保護(hù)，由變壓器的策動裝置進(jìn)行一個測算。另外就是我們的站用電回路，在故障的時候，短路電流大部分是流向了站用電，它的電流變化是比較大的，所以保護(hù)是可以動作的。
我們再分析一下在負(fù)荷線路故障的時候，它的方向是沒有發(fā)生變化的，而且短路電流也是由整個電源側(cè)的分布式電源和儲能來提供，但是電流的變化也不明顯，因為前面也說了分布式電源提供的短路電流是1.2到2倍左右，不同的離變器會有一些差別，在這里我們要配置一套微電網(wǎng)的區(qū)域保護(hù)，用這個區(qū)域保護(hù)來判斷它電流的變化。這個就是我們所說的微電網(wǎng)的一個區(qū)域保護(hù)，它主要是解決常規(guī)的一個過濾保護(hù)它的靈敏度比較低、速度性比較差的問題，主要是采用智能變電站IEC61850的過程層技術(shù)，采用SV和組網(wǎng)的模式。
這個就是我們目前這個項目整體的一個保護(hù)配置方案，在電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的實線和母線上進(jìn)行保護(hù)，剛剛提到的風(fēng)電和光伏回路配置的是一個方向的過濾保護(hù)，在負(fù)荷側(cè)我們配置一個微網(wǎng)的保護(hù)。另外在孤島型微電網(wǎng)我們對變流器必須一個最低要求，就是除了峰值電源的低電壓穿越能力之外，還必須具備零電壓穿越，主要功能是除了為這個系統(tǒng)提供一定的短路電流之外，能夠使得這個不要快速的脫網(wǎng)，另外還要求我們剛剛提到的這個機(jī)電保護(hù)配置的保護(hù)動作時間應(yīng)該要快于分布式電源的脫網(wǎng)時間，以確保我們整個電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，就是快速的脫離故障。
以上就是我對于這個能量管理系統(tǒng)設(shè)計和機(jī)電保護(hù)配置方面的一些心得體會，感謝大家的聆聽。謝謝！
（本文內(nèi)容未經(jīng)演講人本人審核）
