安科瑞 崔庭宇
江蘇安科瑞電器製造有限公司
摘要：本文介紹了ANPCS儲能變流器的定義、方案、技術參數以及產品特點，結合在嘉興光伏科技展示館儲能系統中的應用案例，說明了儲能變流器在微電網系統中改善分佈式能源的間歇性、波動性，提高電網的可靠性，以及對重要負載的應急保電起到了至關重要的作用。
關鍵詞：儲能變流器 微電網 儲能電站 光伏
引言
分佈式能源具有間歇性、波動性、孤島保護等特點，分佈式能源電能質量差，分佈式能源設備利用率沒有被充分發掘。微電網是為整合分佈式發電的優勢、削弱分佈式發電對電網的衝擊和負面影響而提出的一種新的分佈式能源組織方式和結構，能有效改善分佈式能源電能質量差、分佈式能源設備利用率不能被充分發掘等分佈式能源的不足。
微電網通過整合分佈式發電單元與配電網之間關係，在一個局部區域內直接將分佈式發電單元、電力網絡和終端用戶聯繫在一起，可以方便地進行結構和配置以及電力調度的優化，優化和提高能源利用效率，減輕能源動力系統對環境的影響，推動分佈式電源上網，降低大電網的負擔，改善可靠安全性，並促進社會向綠色、環保、節能方向發展。微電網是當前國際國內能源和電力專家普遍認可的解決方案。
本項目擬建設一套含分佈式光伏、電池儲能的微電網系統，通過低壓配電櫃給指定負載供電，可實現對各個設備接口採集相關信息，並通過智能配電櫃對各個環節進行投切，在併網及孤島情況下實現發電、儲能及負荷的控制，保持微電網系統的平衡運行。
1.項目概述
嘉興秀洲高新區建設了一個2.9平方公里、建築面積1.99平方公里的“光伏小鎮”，該小鎮圍繞“光伏概念”主題進行編制，專門規劃了文化休閒服務區，設置光伏科技展示館、小鎮旅遊集散服務中心等設施。
其中光伏科技展示館總建築面積8555平方米，這座建築還將擁有靚麗多功能的外牆，牆面由碲化鎘光伏薄膜玻璃和多晶硅光伏板組成，不僅看上去非常現代化，而且還能夠利用太陽能進行發電，太陽能發電總功率達到350千瓦，一部分用於建築本身用電負荷及併網，一部分進行儲能，增加儲能系統能夠有效提高新能源參與調峰調頻能力，使新能源電站在無光情況下仍能夠參與電網調節，提高電網運行可靠性，降低調頻調峰成本。同時儲能系統的增加能夠有效緩解能源消納問題，提高新能源利用率，提高新能源電站效益。同時大規模儲能應用技術可進一步在低壓配電網網絡中做進一步推廣應用，平抑新能源波動，改善併網點電能質量，帶來良好的經濟效益和社會效益。
2.儲能變流器的定義
電池儲能作為大規模儲能系統的重要形式之一，具有調峰、填谷、調頻、調相、事故備用等多種用途。與常規電源相比，大規模儲能電站能夠適應負荷的快速變化，對提高電力系統安全穩定運行水平、電網供電質量和可靠性起到了重要作用，同時還可以優化電源結構，實現綠色環保，達到電力系統的總體節能降耗，提高總體的經濟效益。
儲能變流器(Power Conversion System，簡稱PCS)電化學儲能系統中，連接於電池系統與電網(和/或負荷)之間的實現電能雙向轉換的裝置，可控制蓄電池的充電和放電過程，進行交直流的變換，在無電網情況下可以直接為交流負荷供電。
PCS 由 DC/AC 雙向變流器、控制單元等構成。PCS 控制器通過通訊接收後臺控制指令，根據功率指令的符號及大小控制變流器對電池進行充電或放電，實現對電網有功功率及無功功率的調節。 同時PCS 可通過CAN接口與BMS通訊、幹接點傳輸等方式，獲取電池組狀態信息，可實現對電池的保護性充放電，確保電池運行安全。
3.方案設計
根據嘉興光伏科技展示館要求，配置了一臺50kW的儲能變流器。
4.產品基本控制功能及保護功能
4.1基本控制功能
- 併網恆功率充、放電控制
- 併網恆壓限流充電
- 離網 V/F 控制
- 無功調節控制
- 併網-離網平滑切換控制
- 防孤島保護功能及孤島檢測進行模式切換功能
- 故障穿越控制功能
4.2基本保護功能
- 電池極性反接保護
- 直流過壓保護
- 直流過流保護
- 網側過/欠壓保護
- 網側過流保護
- 網側過/欠頻保護
- IGBT 模塊過流保護
- IGBT 模塊過溫保護
- 變壓器/電抗器過溫保護
- 防雷保護
- 非計劃性孤島保護
5.產品優勢
模獨特的模式切換平滑控制技術，保證併網-離網兩種模式相互切換無衝擊，確保變流器可靠運行。保證變流器併網時按要求增減有功功率、無功功率;獨立運行時穩定負荷電壓、頻率。
- 充電、放電一體化設計，實現交流系統和直流系統的能量雙向流動;
- 高效的矢量控制算法，實現有功、無功的解耦控制;
- 功率因數任意可調，在容量範圍內可以全發無功，實現無功補償;
- 在MEMS(微網能量管理系統)的調度下，主動參與電網的調峰，有效緩解大電網的壓力;
- 支持併網運行、離網運行;並可以實現併網與離網的平滑無縫切換;
- 支持微網運行，可為微網提供穩定的電壓和頻率支撐;
- 主動式與被動式孤島檢測方法相結合，滿足 UL1741 標準;
- 完善的繼電保護功能，有效防止逆變器的異常損壞;
- 支持多種儲能電池，不同的型號僅控制器的軟件不同;
- 提供 CAN 、485，可與電池管理系統(BMS)、上層監控系統進行通訊;
- 多臺PCS可實現多機並聯運行;
- 支持交流側短時短路運行模式;
- 支持自同期功能;
- 高可靠性機櫃設計，滿足不同運行區域需要。
- 主功率迴路採用高可靠性功率模塊。
6.應用案例
嘉興光伏科技展示館現場圖片如圖所示：
儲能變流器廣泛應用於電力系統、軌道交通、軍工、石油機械、新能源汽車、風力發電、太陽能光伏等領域，在電網削峰填谷、平滑新能源波動，能量回收利用等場合實現能量雙向流動，對電網電壓頻率主動支撐，提高供電電能質量。
儲能平滑光伏波動
儲能削峰填谷(利用峰谷電價錯峰用電)
儲能參與電網調頻
- 可用於風能、太陽能等分佈式發電系統中，保證分佈式電源供電的均衡性和連續性，有效地改善其電能輸出質量，提高接入電網的能力。
- 可用於電力系統穩定中，可以通過快速的電能存儲來響應負荷的波動，吸收多餘的能量或補充缺額的能量，實現大功率的動態調節，很好地適應頻率調節和電壓功率因數的校正，從而提高系統運行的穩定性。
- 可作為應急電源，在大電網或其他電源掉電期間向用戶提供電能，提高供電的可靠性。
- 可用於電網削峰填谷，可以緩解用戶側的供需矛盾，減少發電設備的投資，提高電力設備的使用率，減小線路損耗。
- 可用於微網中，作為主電源，提供微網的電壓和頻率支撐，使風電和光伏在微網中出力，給區域性負荷供電。
- 可用於各種類型的儲能元件，實現儲能與電網的柔性接口，能滿足獨立或併網運行的要求。
7.結束語
嘉興光伏科技展示館通過增加儲能系統能夠有效提高新能源參與調峰調頻能力，使新能源電站在無風/光情況下仍能夠參與電網調節，提高電網運行可靠性，降低調頻調峰成本。同時儲能系統的增加能夠有效緩解能源消納問題，提高新能源利用率，提高新能源電站效益。同時大規模儲能應用技術可進一步在低壓配電網網絡中做進一步推廣應用，平抑新能源波動，改善併網點電能質量，帶來良好的經濟效益和社會效益。
[1] 安科瑞儲能樣本資料。
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