8月7日,由華北電力大學、中國可再生能源學會主辦的“第一屆中國儲能學術論壇暨風光儲創新技術大會”在北京召開,會議為大力推廣風能、太陽能、儲能創新技術,推動風光互補、太陽能+儲能、風光儲技術以及智能微電網、能源互聯網技術在綜合能源服務領域的應用;搭建風能、太陽能與儲能産業科學技術、創新應用的交流與合作平台,推進風電、太陽能發電無補貼平價上網項目技術發展,推動儲能技術進步和創新。

  主旨報告環節,特變電工新疆新能源股份有限公司劉韬作“智能微電網創新解決方案探索與工程應用分享”報告。

特變電工新疆新能源股份有限公司 劉韬

  尊敬的各位領導,各位專家,大家下午好,我是來自特變電工新疆能源股份有限公司的劉韬,本來這次報告是由我們公司的郝博士彙報的,由于一些原因沒有來到北京,下面由我來彙報特别是智能微電網創新方面我們做的一些工作,本次彙報的題目是“智能微電網創新決定方案探索與工程應用分享”。

  介紹分五部分:1,微電網的發展背景。2,針對微電網特變電工的解決方案。3,針對創新型的微電網系統構架來介紹我們的核心産品能量路由器。4,微電網解決方案的特點計價值。5,微電網前景進行展望。

  首先是微電網的發展背景,在上午的時候有嘉賓提到了,在我們面臨着非常嚴峻的環境問題,在嚴峻的環境問題背後是我們的能源生産以及能源消耗方面都有非常不足的現狀。能源生産方面,我國人均能源消費資源擁有不到世界平均水平的一半,中國單位GDP能耗是世界平均水平的2.5倍,發展清潔能源成為了必要。

  最近清潔能源得到了成熟的發展,特别是随着平價上網的到來,未來在電力系統當中整個新能源的占比會逐步的提升,但是在新能源占比逐步提升的過程中也會對傳統電網帶來非常大的沖擊,這裡面不同的專家學者提出了相應的解決方案。概括裡面核心的要素,主要有以下三個重要的元素:清潔能源、高壓電網、智能微電網。清潔能源主要是希望通過新能源的形式來替代傳統的化石燃料。在高壓電網層面,主要是構架高效率的電網,實現高效的能源傳輸。最後是智能微電網,主要是三個部分:第一部分,是實現區域光伏的消納、新能源的消納。第二部分,實現區域裡面燃料的高效傳輸。第三部分,實現微電網和大電網友好的接入。

  這裡面介紹微電網的概念,微電網是由分布式能源、儲能裝置、燃料轉換裝置、負荷、監控和保護裝置等按照一定的拓補結構組成的小型發配電系統。有這樣幾個特點:微型、清潔、自治、友好。

  首先是微型,其次是清潔主要是強調新能源的消納、利用。自治,主要是要保證微電網系統可以脫離整個大電網,可以獨立的運行,對微電網可靠性提高了要求。最後是友好,實現跟大電網友好的交互。

  最早微電網提出是在美國,最早美國在微電網應用主要是針對于軍事海島上的供電,這裡面應用場景來說更強調微電網的可靠性。同時歐洲也在微電網方面取得了長足的發展,這裡面由于歐洲有非常多的電力公司,國家與國家之間的電網也是互聯的,所以這裡面歐洲更強調微電網靈活的特性。在日本微電網也取得了非常多的技術方面的研究以及相應的示範工程,這裡面主要是強調清潔能源的問題。

  我國在最近幾年微電網也取得了長足的發展。最早我們的微電網區域最開始開展是在一些邊遠地區,包括新疆、西藏、東部沿海的地區,實現高效的供電。随着微電網的發展,我們微電網也從邊遠地區走向城市,開展包括一些示範工程。在微電網發展的同時我們也不忘研究一個是輕型的微電網構架,實現整個系統能量高效的傳遞,這裡面也開展了直流和交直流的微電網系統,包括廣東珠海微電網的工程,後面會對這兩個規程進行詳細的介紹。

  第二部分,微電網特變電工的解決方案。

  首先針對微電網的應用需要明确整體的需求。在發電側,微電網系統可以有效的解決棄風棄光的問題,進行傳統的光伏系統或者是風電系統是不可控的,為了解決這樣一個棄風棄光,當然今天上午很多專家也提到了非常多的解決方案,從技術手段來說,建立儲能系統構架整體的微電網是棄風棄光解決的整體出路。另外微電網的構建是先有效的調頻,滿足相應的要求。

在園區功能方面也可以利用微電網來形成相應的方案架構,這裡面由于園區供電面臨幾個問題:1,用能成本高,降本空間大。2,擴容需求大,這裡面包括我們很多工業園區的建設采用分期建設的方案,在能源區裡面有配置新興的負荷,包括充電樁等這樣一些設施。3,供電可靠性低,特别是在一些大型的園區,因為擁有一些較大的負荷,這樣一些投入和輸出都會對電網穩定性帶來問題。4,用能形式粗放,能效低。通過微電網系統對以上問題形成非常好的解決方案。

  下面介紹一下特變電工微電網的解決方案以及相應的服務。

  特變電工可以提供雙端、三層、多場景的解決方案。雙端,可以實現雲端和本地的運維。三層主要是針對微電網整個系統的架構,這裡面把系統架構分為三層,包括管理層、協調層、執行層。管理層主要是實現何雲偉人員的相互交互,時間尺度往往從秒級到分鐘級的時間尺度。協調層,主要是把相應應用的一些要求翻譯成相應的機器語言,最終下到執行層。協調層因為涉及到系統快速的暫态情況下的穩定性,時間尺度是毫秒級的。最下面是執行層,包括各個園區的調控,這裡面時間尺度往往是毫秒級的。多場景包括交流、直流、交直流混合的多場景應用。

  微網的系統解決方案是非常重要的,這裡面隻有完成非常好的配置才能保持微電網穩定高效的運行,系統解決方案我們可以為客戶提供包括能耗分析、評測、策略設計、容量優化配置、網架設計以及經濟測算,提供高效低成本的微電網整體解決方案,這塊是對系統級别的解決方案。在系統解決方案後面可以實現多時間尺度的能量管理,能量管理主要實現微電網各個元素之間合同的調控,這裡集成了SCADA系統的數據圖表和報表分析的功能,通過源荷功率預測,采用智能優化法,進行多時間尺度源荷儲能量管理,從而實現經濟優化運行,提升微電網經濟效益。主要是針對二次産品,大家整個産品設計是按照模塊化的思想,針對不同的客戶應用需求可以提供相應的解決方案。

  第三個業務主要是跨平台的智能運維,也是基于特定的雲平台實現相應的運維。

  第四個基于微電網系統可以提供核心裝備,首先我們有能量路由器,整體來說能量路由器可以實現不同電壓登記以及電壓形式能量高效的傳遞。另外一方面,在儲能方面可以提供高低壓的儲能電流其,功率登記可以從500千瓦到1兆瓦。儲能系統方面可以提供整體的儲蓄集成的産品,功率500千瓦到1兆瓦。

  第三個,能量路由器這個産品,實際上也是來自于我們平常所知的路由器産品,主要實現信息的高效傳遞,能量路由器主要以電能為載體,實現電能的傳遞。這裡我們定義能量路由器是先進的電能變換裝置為核心,集成了現代通信技術和電力電子變換技術、智能控制與管理技術,實現局域電網的能量智能管理、分布式能量的高效利用與控制的電力設備。簡單來說,利用電能路由器可以實現不同電壓等級、不同電壓形式的變換。需要具備以下四個特點,1,重量其,體積小,無污染。2,實現多種形式電能變換語接口匹配。3,電能質量隔離補償。4,潮流雙向。

  針對能量路由器産品其實在國内外開展了非常多的研究,包括ABB、GE、ETH等等,目前能量路由器的産品把相應的情況進行了羅列,這裡面也按照功率和頻率進行了産品的劃分。功率是直接關系到我們能量路由器的産品應用場景,整體來說,我們跟相應的産品進行對比,可以看到我們特變電工的能量路由器這些指标也是國際領先的。

  這個是我們能量路由器第一代産品,是實現從低壓直流到高壓交流的變換,交流電壓可以實現10千伏,這裡面最大效率達到98.2%這樣的水平。

  概括一下特變電工能量路由器的特點:1,模塊化LPHS(地壓測并聯高壓測串聯)拓補結構。模塊化、标準化設計,容量易擴展,方便維護。高壓側模塊化串聯技術,具備多電平波形輸出能力,諧波含量低,無需大量鋁箔裝置,節約成本和體積。2,在線智能冗餘技術。單個模塊出現故障的話,在直流側、交流側可以把這個故障去除。

  高效率的産品特點,是我們電力裝備一直在追求的目标,實現高效率我們在以下三個技術方面進行了大量的突破:1,碳化矽功率器件的工程化應用技術。2,基于雙有源橋電路的軟開關技術。我們采用了載波移相+PWM控制的多自有度控制技術。3,高頻隔離、高功率密度設計技術。主要是系統連接10千伏的電網,要實現35潛伏高電壓等級的耐壓,我們也通過合理的布局實現每個模塊35千伏的電壓等級。

  我們的能量密度産品用到電網中,實現先進的智能控制系統。我們也采用了DSP+PGCA移動處理器,我們采用分級分層的技術架構,在每個層級之間我們通過高速的檢測,來實現快速的控制。

我們的産品也是在2016年通過了開普測試,取得了鑒衡認證證書。2016年取得了中國電機工程學會科技成果奠定取得了國際領先水平的高度評價。

  在2016年的12月,也将能量路由器産品應用到實際工程當中,在我們園區構建了2兆瓦的光伏發電系統,這裡面我們将1兆瓦連接傳統的逆變器+相變的發電單元,另外1兆瓦是連接到我們的能量路由器産品,我們通過長期的運行整體的發電量提升可以提升1個點,這裡面主要是因為整體來說我們能量路由器變換的效率相對于逆變器效率有提高,寬範圍的輸出電壓可以保證光伏系統的電壓在更小的水平。

  基于以上的技術原理,實現了不同電壓等級以及不同功率等級能量路由器産品的設計包括工程應用,這裡面包括2兆瓦的三端口直流系列産品,以及1兆瓦四端交直流混合系列産品,還有500千瓦兩端口直流系列産品,還有1兆瓦兩端口交直流混合系列産品,應用在不同的案例當中。

  第四部分,特變電工微電網方案的特點及相應的價值。

  傳統交流微電網,配置情況是在已有的供電系統中通過添加光伏、通過添加儲能以及相應的能量管理系統來實現高效的控制。分為以下幾個部分,這裡也是以園區微電網系統來介紹,首先可以賺取峰谷電價差,節省基準的能量費,主要是基于大量的儲能來實現價值的體現。電網的穩定切換,提高整體的用電可靠性。三是配置了相應的光伏發電系統,通過微電網系統可以提升光伏的自發自用比例以及相應的滲透率,通過能量管理系統可以實現用能管理的精細化,降低整體的能耗,提升可再生能源的滲透率無污染。

  我們在特變電工開展了相應的示範,這是我們在系統雲平台上的顯示,這個系統我們配置了2兆瓦的源網荷儲的工程,儲能配置是1兆瓦,這裡面也有相應的充電樁。

  基于能量路由器的交直流混合微電網的方案以及相應的機制。基于能量路由器交直流混合微電網的方案,我們通過能量路由器實現交直流負荷的供電,同時低于直流的微電網,我們可以連接常規的直流負荷,包括光伏、儲能系統,包括光伏、儲能、充電樁系統等等,他們本質上都是一些直流負荷,這裡面我們可以節省交流到直流的變換環節,來提升系統整體的效率,這裡面方案的價值體現在以下幾個部分:1,先進的網架設計以及核心裝置,會提高整體供電的可靠性。2,減少電能變換環節,降低能量傳輸過程中的損耗。3,提升設備利用率,減少電纜使用,降低初始投資成本。4,系統高度集成,在能量路由器産品當中可以通過一二次的高度融合來縮短整體的施工周期。

  這裡面我們也對交直流混合微電網和傳統交流電網的情況進行了對比,我們也是以一個典型的案例,包括2兆瓦的光伏、2兆瓦的儲能、1兆瓦的直流負荷,以及1兆瓦的交流負荷進行介紹,在傳統的方案當中,光伏、儲能、直流負荷,為了接入傳統的直流電網,必須通過DC/DC交流變換的過程,這裡面通過相應的交流線來連接交流母線,直流交直流混合方案,我們可以重複利用負荷的優點,通過能量路由器構建低壓直流網絡,通過核算整體的能源效率可以提升6.5%。另外一方面,整體成本可以節約22%,也是基于相應的電纜以及相應的電能變換裝置來實現。

  基于以上考慮把能量路由器産品應用到了實際的市場工程當中,在珠海唐家灣直流微網系統應用了我們的産品,這個工程是能源據互聯網+的重點項目,構架了直流微電網,實現了電站以及園區級電能傳輸。主要有三個換電,在正負10千伏基礎上利用能量路由器的産品,正負1100千伏的電纜,可以連接相應的光伏儲能裝置等等。

  最後是微電網前景的展望。微電網随着光伏、儲能規模化的推廣應用,未來微電網的市場也會呈現非常穩定的增長,2023年國際的微電網市場規模可以達到170億美元的水平,國内微電網也是有非常迅猛的發展,我國微電網也将以新的業态參與電力市場形成高效清潔的能源利用新載體。

  最後是微電網技術方面的展望。整體來說,交流系統、直流系統各自有各自的優點,能量路由器可以實現交直流系統高效的能量傳遞,它可以充分利用交流電纜、直流電纜的優點來構建交直流混合微電網。

  我的介紹就到這裡。謝謝大家!


2019年08月09日

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特變電工劉韬:建立儲能系統構架整體微電網是解決棄風棄光的整體出路

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來源:太陽能網  

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