一. 項目背景

西安xx電力電子技術有限公司作為xx集團研發(fā)分中心，緊密結合電力電子前沿市場需求，致力于為集團在大功率電力電子產(chǎn)業(yè)提供核心技術支撐，為集團公司客戶提供電力電子系統(tǒng)產(chǎn)品整體解決方案和工程應用技術方案。核心業(yè)務涵蓋：新能源并網(wǎng)發(fā)電(風電變流器、光伏逆變器、儲能變 流器、虛擬同步機)、柔性交直流輸電(柔直換流閥、柔直控保、直流斷路器、 高壓靜止無功補償系統(tǒng)、統(tǒng)一潮流控制器)、軌道交通供電(地鐵再生制動能 量回饋裝置、同相供電裝置)、直流配網(wǎng)(電力電子變壓器、直流潮流控制器、能量路由器、直流變壓器)、電源技術(電動汽車有線/無線充電裝置、岸電電源)五大業(yè)務領域。

二. 方案概述

本方案適用于低碳園區(qū)光儲充微電網(wǎng)系統(tǒng)，光伏輸出功率通過轉(zhuǎn)換、存儲， 為充電樁提供供電電源。

整體方案如下圖所示：通過多端口電力電子變換裝置和安全故障檢測保護 裝置構建750V 直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，光伏組件輸出功率經(jīng)110kWDC/DC光伏端口 并匯入DC750V 直流母線；2套50kW/100kWh 鋰電池儲能裝置分別經(jīng)2個DC/DC 儲能端口接至DC750V 直流母線；負荷側配置3臺60kW 的充電樁；交流側配置1個 AC400V工頻隔離端口，并通過風電控制器接入2500W的小型風 力發(fā)電裝置。

2.2 整套系統(tǒng)的主要設備包括：

• 100kWp 光伏陣列：包括光伏組件、匯流箱

• 2套50kW/100kWh 鋰電池儲能裝置：包括電池模組、 BMS 、高壓 箱、冷卻及消防設備

• 能源協(xié)調(diào)控制器：包括能量管理系統(tǒng)、通信接口

• 多端口電力電子變換裝置：1個110kW 直流光伏端口、2個50kW 直 流儲能端口、1個工頻隔離型交流端口

• 寬頻擾動抵御變流器：包括1臺100kW 寬頻擾動抵御變流器

• 安全故障檢測保護裝置：包括直流故障檢測保護裝置、直流斷路器

• 3 臺 6 0kW 直流充電樁：包括充電模塊、充電接口、管理平臺等

• 2500W風力發(fā)電裝置：包括風力發(fā)電機、風電控制器、蓄電池等

• 計量與動環(huán)改造：包括計量表計及載波通信模塊、動環(huán)監(jiān)控設備。

2.3 主要技術創(chuàng)新

A. 光伏直流拉弧檢測技術

在光伏系統(tǒng)中直流側電壓通常高達600V~1000V, 由于組件接點松脫，接觸 不良、電線受潮、絕緣破裂等原因極易引起直流拉弧現(xiàn)象。直流拉弧會導致接 觸部分溫度急劇升高，持續(xù)的電弧會產(chǎn)生3000℃~7000℃的高溫，并伴隨著高 溫碳化周圍器件，輕者熔斷保險、線纜，重者燒毀組件和設備引起火災。

拉弧檢測系統(tǒng)主要包括兩大部分：前端的模擬信號處理部分和數(shù)字信號處理部分。

模擬前端：利用廣帶寬的電流傳感器接收電流信號，在采樣前進行適當?shù)?/span> 信號濾波和調(diào)理。這可以很靈活的調(diào)節(jié)所需的頻率范圍，和優(yōu)化頻帶增益。

數(shù)字信號處理器：模擬信號被數(shù)字化來捕捉波形的各種特性，這樣可以很 靈活的在不用改變硬件的情況下調(diào)整處理參數(shù)和使用不同算法。

采用時域、頻域相結合的方式進行識別，對電流噪聲進行 FFT 信號處理， 得到電流噪聲的幅頻特性，在對電弧頻域范圍內(nèi)對其幅值進行積分，積分值與 其閾值進行比較，精確判斷是否發(fā)生了直流拉弧。

B. 虛擬同步技術

虛擬同步技術 (VSG) 在拓撲結構上將變流器等效為同步發(fā)電機，電網(wǎng)阻 抗等效為定子電抗，直流源等效為原動機，輸出電壓等效為內(nèi)電勢，輸出功率 等效為電磁功率，通過VSG 控制可實現(xiàn)并離網(wǎng)無縫切換，弱電網(wǎng)電壓支撐，調(diào) 頻調(diào)壓功能。

VSG 模式在并網(wǎng)運行時可通過功率控制指令實現(xiàn)對電池的雙向充放電操作， 并模擬同步發(fā)電機的調(diào)頻調(diào)壓特性， VSG 模式并網(wǎng)運行時的功率控制設置與PQ 模式設置方法一致；在離網(wǎng)運行時，儲能變流器脫離大電網(wǎng)運行，可為負荷提 供穩(wěn)定的電壓和頻率支撐。

并網(wǎng)運行狀態(tài)下儲能變流器在電網(wǎng)失電后若需轉(zhuǎn)到離網(wǎng)運行，則需 PCC 點 開關斷開后迅速將并離網(wǎng)控制禁能，此時儲能變流器會轉(zhuǎn)入離網(wǎng)運行；離網(wǎng)運 行狀態(tài)下儲能變流器在電網(wǎng)恢復后若需轉(zhuǎn)到并網(wǎng)運行，則需向儲能變流器下發(fā) 同期使能信號，儲能變流器接收到同期使能信號后會自動跟蹤電網(wǎng)相位，當與 電網(wǎng)相位同步之后會向上層監(jiān)控系統(tǒng)上傳預同步完成狀態(tài)，上層監(jiān)控系統(tǒng)檢測 到預同步完成后閉合 PCC 點開關， PCC 點開關閉合后上層監(jiān)控系統(tǒng)向儲能變流 器下發(fā)并離網(wǎng)控制使能信號，儲能變流器檢測到該使能信號后會轉(zhuǎn)入并網(wǎng)運行。

C. 新能源構網(wǎng)型發(fā)電技術

在“雙碳"背景下，我國明確構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，要求 新能源發(fā)電設備必須提升控制性能、以具備同步發(fā)電機或者類似同步發(fā)電機的 頻率調(diào)節(jié)和電壓控制能力，平抑新能源發(fā)電功率波動、降低大電網(wǎng)調(diào)峰壓力， 提升大電網(wǎng)對新能源的接納水平方面。

新能源構網(wǎng)發(fā)電技術的核心思路：儲能控制光伏端口電壓，并實現(xiàn) MPPT 功能；變流器采用虛擬同步技術，并以濾波后的光伏實測功率作為同步機功率 指令，實現(xiàn)慣量阻尼、平滑波動。

新能源構網(wǎng)發(fā)電技術方案圖

D. 低碳園區(qū)多能協(xié)調(diào)控制技術

低碳園區(qū)集中了光伏、儲能、風電、充電樁、電網(wǎng)等多種能源和負荷，新 能源呈現(xiàn)波動性和間歇性的特征，用電負荷也具備較大的隨機性，必須針對新 能源的發(fā)電特性和負載用電特性，確定集運行監(jiān)控、功率調(diào)度、協(xié)調(diào)控制等功 能于一體的能量管理系統(tǒng)，能夠?qū)C/DC 變流器、DC/AC 逆變器、以及負荷數(shù) 據(jù)等其他相關設備的信息進行集采協(xié)控。

• 運行數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控功能

• 功率調(diào)度功能：光伏輸出功率的調(diào)節(jié)。光伏板的輸出功率除受光照、溫度條件影響外，還 受光伏輸出電壓的影響，可通過控制 DC/DC 變流器輸入側直流電壓(即光伏板 輸出電壓)來調(diào)節(jié)光伏輸出功率。為了充分利用光伏能源，DC/DC 變流器運行在最大功率模式，將全部光伏 能量輸出到直流母線。

• 協(xié)調(diào)控制功能：功率協(xié)調(diào)，能量管理系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)用電的容量需求，向變流器下發(fā)功率指 令，確保輸出功率不大于本段實際負荷，避免功率進一步上送電網(wǎng)

• 與站控系統(tǒng)交互功能：能量管理系統(tǒng)可與站控系統(tǒng)通信，上傳設備的運行狀態(tài)、功率、電壓等數(shù) 據(jù)，并接收站控系統(tǒng)的指令，協(xié)調(diào)底層設備的運行。

E. 雙向直流充電機技術

基于本項目設計的微網(wǎng)結構，系統(tǒng)所提供充電樁接口需從直流750V 母線取 電，而目前交直流充電樁均以交流為輸入，通過AC/DC 變換，從而對外提供直 流輸出接口。因此，設計直流輸入與直流輸出充電樁對于后續(xù)的園區(qū)微網(wǎng)建設 推廣具有積極作用。

三. 安科瑞光儲充一體化微電網(wǎng)智慧能源平臺

安科瑞微電網(wǎng)系統(tǒng)解決方案，通過在企業(yè)內(nèi)部的源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關鍵節(jié)點安裝安科瑞自主研發(fā)的各類監(jiān)測、分析、保護、治理裝置；通過先進的控制、計量、通信等技術，將分布式電源、儲能系統(tǒng)、可控負荷、電動汽車、電能路由器聚合在一起；平臺根據(jù)最新的電網(wǎng)價格、用電負荷、電網(wǎng)調(diào)度指令等情況，靈活調(diào)整微電網(wǎng)控制策略并下發(fā)給儲能、充電樁、逆變器等系統(tǒng)與設備，保證企業(yè)微電網(wǎng)始終安全、可靠、節(jié)約、高效、經(jīng)濟、低碳的運行。

3.1分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)

3.2 工商業(yè)儲能系統(tǒng)

3.3 有序充電系統(tǒng)

3.4 光儲充一體化系統(tǒng)拓撲

對微電網(wǎng)的源、網(wǎng)、荷、儲能系統(tǒng)、充電負荷進行實時監(jiān)控、診斷告警、全景分析、有序管理和高級控制，滿足微電網(wǎng)運行監(jiān)視全面化、安全分析智能化、調(diào)整控制前瞻化、全景分析動態(tài)化的需求，完成不同目標下光儲充資源之間的靈活互動與經(jīng)濟優(yōu)化運行，實現(xiàn)能源效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益zui大化。

3.5 能源協(xié)調(diào)控制器

安科瑞微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器是一種應用于微電網(wǎng)、分布式發(fā)電、儲能等領域的模塊化 智能協(xié)調(diào)控制器。裝置滿足系統(tǒng)滿足光伏系統(tǒng)、風力發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電樁等設備的接 入，通過對微電網(wǎng)系統(tǒng)進行全天候數(shù)據(jù)采集分析，監(jiān)視光伏、風能、儲能系統(tǒng)、充電樁運行 狀態(tài)及健康狀況，并在此基礎上以安全經(jīng)濟優(yōu)化運行為目標，獲取優(yōu)控制策略進而對微電 網(wǎng)實施調(diào)節(jié)控制，實現(xiàn)微電網(wǎng)分布式能源、儲能系統(tǒng)、負荷的實時動態(tài)調(diào)節(jié)功能，促進新能 源就地化消納，提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性、補償負荷波動；有效實現(xiàn)微電網(wǎng)的需求管理，提高微電網(wǎng)運行效率、降低供電成本，保障微電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟運行！

3.6 解決方案-能效管理+光儲充系統(tǒng)案例

某新長城重工18Mw分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)湖北新生源21.35Mw分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)；

和光同程電池60Mw分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)；金田銅業(yè)10kV儲能系統(tǒng)；慈溪精忠10kV儲能系統(tǒng)；

貴州某大學智慧能源管理平臺；江蘇灌南城區(qū)智慧停車場充電運行平臺；緬甸某寺廟光儲系統(tǒng)

湖南某機場光儲充系統(tǒng)；江陰研究院光儲充系統(tǒng)；某煙草公司光儲充系統(tǒng)；深圳某交流中心能源平臺；靖江某鋼鐵低碳能源平臺；吉林某村光儲充能源平臺；合肥某園區(qū)智慧能源管理平臺；某省交投中心智慧能源管理平臺；某省高速公路智慧能源管理平臺；遼寧某服務區(qū)智慧能源管理平臺；河南某西片區(qū)智慧能源管理平臺；河南某學院智慧能源管理平臺·········

3.7 核心功能（優(yōu)化控制，實現(xiàn)安全可靠、經(jīng)濟節(jié)約）

• 削峰填谷：配合儲能設備、低充高放優(yōu)化用能成本

• 柔性擴容：短期用電功率大于變壓器容量時，儲能快速放電，滿足負載用能要求

• 有序充電：根據(jù)變壓器容量、電價進行引導，利用技術進行協(xié)調(diào)充電功率，降低運營成本

• 防逆流：防止系統(tǒng)電力反送上網(wǎng)，避免考核

• 備用電源：緊急供電，保證供電質(zhì)量

• 需量控制：能量儲存、充放電功率跟蹤，防止增加基礎電費

• 某光儲充微電網(wǎng)項目的策略

• 參與虛擬電廠

四. 總 結

本文圍繞低碳園區(qū)光儲充微電網(wǎng)系統(tǒng)展開，介紹了西安某電力電子技術有限公司針對該系統(tǒng)提出的方案，包括系統(tǒng)構成、主要設備及光伏直流拉弧檢測、虛擬同步等五大技術創(chuàng)新，同時闡述了安科瑞光儲充一體化微電網(wǎng)智慧能源平臺的功能、拓撲及案例，展現(xiàn)了通過技術創(chuàng)新與智慧平臺實現(xiàn)微電網(wǎng)安全、高效、經(jīng)濟、低碳運行的整體思路。