中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2018年9月19-20日，首屆全國發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)及應(yīng)用高層研討會(huì)在西安綠地假日酒店隆重舉行。
本次會(huì)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(huì)、中國電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司、中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司、中國科學(xué)院電工研究所儲(chǔ)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(dòng)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(chǔ)能技術(shù)有限公司、廣州智光儲(chǔ)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(dòng)力有限公司、傲普能源設(shè)計(jì)等單位聯(lián)合支持。
會(huì)議由中國儲(chǔ)能網(wǎng)和中國儲(chǔ)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(jì)院、新能源發(fā)電業(yè)主單位、電力公司、系統(tǒng)集成商、項(xiàng)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(huì)。
中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司新能源工程云項(xiàng)目設(shè)計(jì)總工程師田莉莎出席了本次會(huì)議，并發(fā)表了題為《微電網(wǎng)能量管理系設(shè)計(jì)與繼電保護(hù)配置》的報(bào)告，以下為報(bào)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(jì)及機(jī)電保護(hù)配置方面的思路和經(jīng)驗(yàn)。我分享的這個(gè)題目是兩個(gè)方面，一是微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要是功能設(shè)計(jì)和控制結(jié)構(gòu)以及我們的一個(gè)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(shí)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(jì)的時(shí)候把它忽略了，我們首先是它的難點(diǎn)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(xiàng)目，它實(shí)際的一個(gè)解決方案，供大家探討。
在正式匯報(bào)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(jì)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(yùn)營、業(yè)務(wù)范圍涵蓋水電、風(fēng)電、光電、交通、市政等多個(gè)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(chǔ)，包括可再生能源和小型燃起機(jī)，儲(chǔ)能系統(tǒng)也是包括從儲(chǔ)能的介質(zhì)可以分為電化學(xué)儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能、電氣儲(chǔ)能以及熱儲(chǔ)能等，面對(duì)如此眾多的電源形式、儲(chǔ)能類型和負(fù)荷種類，需要它高效穩(wěn)定的聯(lián)合運(yùn)行，所以我們需要配置一套能量管理系統(tǒng)，對(duì)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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，在保證微電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，以經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行為目標(biāo)，對(duì)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(duì)象，就是我們主要的電源儲(chǔ)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(chǔ)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(yùn)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(jì)一個(gè)統(tǒng)一的支撐平臺(tái)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(yùn)行、報(bào)表管理、發(fā)布等等管理。
風(fēng)光柴儲(chǔ)互補(bǔ)功率預(yù)測，通過對(duì)風(fēng)功率、光功率和微網(wǎng)內(nèi)化石能源機(jī)組，儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)電能力預(yù)測形成風(fēng)光柴儲(chǔ)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(fèi)的歷史數(shù)據(jù)和其他影響用戶能量消費(fèi)的一些因素、提煉、挖掘出用戶未來一個(gè)時(shí)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(gè)微電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)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(chǔ)能的一個(gè)充放電約束。
其他的高級(jí)應(yīng)用還包括黑啟動(dòng)，黑啟動(dòng)功能大家都比較熟悉，主要指我們微電網(wǎng)是在整個(gè)全部停電后或者初次啟動(dòng)的時(shí)候，通過微網(wǎng)內(nèi)的動(dòng)力電源或者是外來電源啟動(dòng)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(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行一個(gè)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(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)電壓自動(dòng)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(chǔ)能系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況及約束條件和負(fù)荷實(shí)時(shí)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(gè)微電網(wǎng)的一個(gè)安全穩(wěn)定運(yùn)行，能量管理系統(tǒng)它的一個(gè)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(duì)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(chǔ)能以及它的開關(guān)站負(fù)荷它的綜合測控裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)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(gè)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(gè)微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器，對(duì)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(yùn)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(shí)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(gè)就地控制性是獨(dú)立運(yùn)行的，不需要接受中央控制器的控制指令，我們這個(gè)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(jià)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(diǎn)。
集中控制方面的優(yōu)點(diǎn)是各個(gè)控制器分工比較明確，技術(shù)比較成熟，它的缺點(diǎn)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(jì)算能力，同時(shí)對(duì)它的通信有比較高的要求，如果我們這個(gè)中央控制單元一旦出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)就面臨癱瘓的風(fēng)險(xiǎn)，而且這個(gè)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(diǎn)是各個(gè)控制器是可以獨(dú)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(gè)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(diǎn)，它的缺點(diǎn)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(shí)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(jì)的微電網(wǎng)項(xiàng)目中是均有實(shí)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(gè)項(xiàng)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(yùn)行了接近兩年時(shí)間，總的運(yùn)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(gè)雙湖縣5600人口解決了供電的問題。這個(gè)就是我們西藏雙湖局域網(wǎng)項(xiàng)目采用的一個(gè)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(chǔ)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(gè)服務(wù)器，還有綜合管理的一個(gè)服務(wù)器，以及運(yùn)行分析的一個(gè)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(gè)新疆的風(fēng)光柴儲(chǔ)的配電網(wǎng)項(xiàng)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(chǔ)能系統(tǒng)，還有兩臺(tái)一兆瓦的柴油發(fā)電機(jī)，并且是為當(dāng)?shù)剡M(jìn)行一個(gè)9.5兆瓦的電采暖的供應(yīng)，還有我們整個(gè)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(chǔ)能PCS設(shè)了就地控制器，由就地控制器獨(dú)立控制各個(gè)離變器和變流器，保證這個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行，維持這個(gè)系統(tǒng)的電壓電網(wǎng)頻率，這個(gè)項(xiàng)目預(yù)計(jì)今年年底投產(chǎn)發(fā)電。
下面我們就介紹我們另外一個(gè)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(diǎn)，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(shí)短路電流是由大電網(wǎng)提供的，而在孤島的時(shí)候是由微電網(wǎng)來提供，我們很多時(shí)候微電網(wǎng)是需要在兩種工作模式下運(yùn)行，所以我們就需要設(shè)置這個(gè)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(yùn)行情況。第二個(gè)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(shí)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(huì)失效。
另外需要我們更短的故障切除時(shí)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(duì)于我們微電網(wǎng)故障不能及時(shí)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(huì)導(dǎo)致整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)分布式電源脫網(wǎng)，整個(gè)微電網(wǎng)崩潰。另外微電網(wǎng)的整個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，微電網(wǎng)的儲(chǔ)能單元還有它的負(fù)載模式是分為離網(wǎng)和并網(wǎng)運(yùn)行，這樣就造成微電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在不同的運(yùn)行結(jié)構(gòu)下發(fā)生變化，這對(duì)我們在它在故障狀態(tài)下電路電流計(jì)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(diǎn)，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(gè)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(gè)故障模型，應(yīng)該是具有高度適應(yīng)性的故障識(shí)別處理辦法。而且第三個(gè)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(gè)我們是要擁有一個(gè)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(huì)需要配置一些需要依靠通信的保護(hù)策略，這個(gè)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(gè)節(jié)點(diǎn)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(duì)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(bào)中，我們是根據(jù)我們目前正在做的一個(gè)孤島性微電網(wǎng)的項(xiàng)目，對(duì)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(gè)回路，還有儲(chǔ)能回路，儲(chǔ)能回路我們分了4個(gè)兩兆瓦的單元。
由于我們這個(gè)項(xiàng)目是一個(gè)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(gè)分布式電源運(yùn)行狀況就可能會(huì)有多種運(yùn)行方式，我們分析了兩種極端的情況，一個(gè)是它在實(shí)線和母線實(shí)環(huán)運(yùn)行，這樣就由儲(chǔ)能系統(tǒng)提供，另外一個(gè)就是我只能有一個(gè)儲(chǔ)能回路在工作，我們可以分析它各個(gè)支路在額定工況和兩種運(yùn)行方式下電流變化是比較大的，在最小運(yùn)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(gè)巨動(dòng)，在這個(gè)項(xiàng)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(shí)候，它的短路電流整個(gè)是由其他的分布式電源和儲(chǔ)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(shí)候，它的方向是有一個(gè)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(gè)低電壓啟動(dòng)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(chǔ)能進(jìn)線回路，它在發(fā)生故障的時(shí)候，儲(chǔ)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?yàn)樗旧硎蔷哂谐浞烹姽δ艿模@個(gè)短路電流的大小能夠啟動(dòng)它的保護(hù)，也是不能確定的，我們在儲(chǔ)能回路需要配置一套保護(hù)，由變壓器的策動(dòng)裝置進(jìn)行一個(gè)測算。另外就是我們的站用電回路，在故障的時(shí)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(dòng)作的。
我們再分析一下在負(fù)荷線路故障的時(shí)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(gè)電源側(cè)的分布式電源和儲(chǔ)能來提供，但是電流的變化也不明顯，因?yàn)榍懊嬉舱f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(huì)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(gè)區(qū)域保護(hù)來判斷它電流的變化。這個(gè)就是我們所說的微電網(wǎng)的一個(gè)區(qū)域保護(hù)，它主要是解決常規(guī)的一個(gè)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(gè)就是我們目前這個(gè)項(xiàng)目整體的一個(gè)保護(hù)配置方案，在電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的實(shí)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(gè)方向的過濾保護(hù)，在負(fù)荷側(cè)我們配置一個(gè)微網(wǎng)的保護(hù)。另外在孤島型微電網(wǎng)我們對(duì)變流器必須一個(gè)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(gè)系統(tǒng)提供一定的短路電流之外，能夠使得這個(gè)不要快速的脫網(wǎng)，另外還要求我們剛剛提到的這個(gè)機(jī)電保護(hù)配置的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間應(yīng)該要快于分布式電源的脫網(wǎng)時(shí)間，以確保我們整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，就是快速的脫離故障。
以上就是我對(duì)于這個(gè)能量管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)和機(jī)電保護(hù)配置方面的一些心得體會(huì)，感謝大家的聆聽。謝謝！
（本文內(nèi)容未經(jīng)演講人本人審核）
