風光儲微網系統一體化解決方案

田 軍 吳建東

（東方電氣中央研究院，成都 610054）

隨著智能電網的大力推廣，風光儲微網系統在并網模式下高效運行，可以提高綠色能源生活小區、新能源廠區、風電場、光伏電站等新能源利用率，增加發電效益；風光儲微網系統在孤島模式下穩定運行為我國解決邊遠山區、海上鉆井平臺、遠離大陸的島嶼等傳統電網無法覆蓋地區的缺電問題提供了最佳的解決方案，有著非常好的市場前景和經濟效益[1-10]。

東方電氣結合自身成套設備優勢，自主研發了微網系統經濟性構建軟件、穩定性分析測試平臺、智能能量管理系統，可根據當地負荷特性和自然資源，以及業主需求，得到微網系統設計方案，結合豐富的電氣設計經驗、完備的產品供應鏈、卓越的工程總承包業績，東方電氣在風光儲微網系統領域具有從需求側分析，到方案設計、電氣設計、設備供應、工程施工及電站服務等全產業鏈的一體化解決能力，積極開拓市場，并成功應用在杭州新能源風光儲微網系統、印度阿薩姆州綠色能源生活小區、泰國光伏電站儲能系統等項目。

通過工程項目驗證，東方電氣的風光儲微網系統解決方案具有較大的產業鏈優勢：一體化解決能力、微網系統經濟性構建軟件、穩定性分析測試平臺、智能能量管理系統、完備的產品供應鏈、工程總承包（EPC）業績卓越。

1 系統組成及功能

風光儲微網系統一體化解決方案如圖1所示，包括3 個部分：系統方案設計、系統工程設計、工程施工及驗收。

圖1 風光儲微網系統一體化解決方案示意圖

1.1 系統方案設計

系統方案設計的功能是：根據負荷特性、當地自然資源，以及業主需求，通過微網經濟性構建軟件、穩定性分析測試平臺得到業主滿意的微網系統設計方案。

1）微網經濟性構建軟件

微網經濟性構建軟件功能如圖2所示，根據負荷特性、當地自然資源、約束條件，以及設計目標如缺電率、成本等，通過自主開發的微網經濟性構建軟件（MODER），評估可利用的自然資源（如風能、太陽能），確定裝機容量和可接入負荷；根據業主對供電安全性和供電質量的要求，確定儲能設備的容量及種類，從而設計出兼顧度電成本最優的系統設計方案。

圖2 微網經濟性構建軟件

2）微網穩定性分析測試平臺

根據經濟性微網系統設計方案，利用東方電氣RTDS 實時仿真技術，結合實際產品控制器，建立風光儲微網系統硬件在環測試平臺，驗證微網系統的穩定性及性能滿足業主需求。東方電氣RTDS 實時仿真系統如圖3所示，具有4 套RACK，在發電設備商中處于領先。

圖3 RTDS 實時仿真系統

1.2 系統工程設計

系統工程設計功能：通過系統方案設計，得到業主認可的微網系統設計方案，東方電氣擁有新能源發電/風力發電設計資質，可完成微網系統電氣設計；通過微網系統電氣設計，根據自主開發的智能能量管理系統（包括：監控系統、發電管理、功率預測、儲能系統管理、智能調度等），使微網系統能夠安全、穩定、高效運行。

1.3 工程施工及驗收

通過系統工程設計，得到微網系統電氣設計、能量管理、設備選型等方案，可依靠東方電氣“六電并舉”完備的產品鏈，以及豐富的海內外工程總承包經驗完成設備供應以及工程施工。東方電氣已形成“六電并舉”的產品格局，約占國內火電市場份額的三分之一和水電市場的一半左右，核電、燃氣發電、風電、光伏居于國內領先，海水淡化裝備及儲能系統正在逐步走向市場。

東方電氣積極拓展海外業務，產品運行在世界各地，從1994年起連年入選全球最大工程承包商之列，2013年“ENR（Engineering News-Record，《工程新聞記錄》）排名第92 位。嚴格參照傳統電站運行測試規范，微網系統須通過168h 運行測試，驗證系統滿足業主目標，使微網系統能夠安全、穩定、經濟、高效運行。

通過上述的系統方案設計、系統工程設計、工程施工及驗收，東方電氣具有從需求側分析，到方案設計、電氣設計、設備供應、工程施工及電站服務等全產業鏈的一體化解決能力。

2 產業鏈優勢

東方電氣在風光儲微網系統領域具有全產業鏈的一體化解決能力，其產業鏈優勢主要表現為：一體化解決方案、微網系統經濟性構建軟件、穩定性分析測試平臺、智能能量管理系統、完備的產品供應鏈、工程總承包（EPC）業績卓越。

2.1 微網系統經濟性構建軟件

自主開發的微網系統經濟性構建軟件（MODER）如圖4所示，從業主需求側出發，根據當地的負荷特性、自然資源、電源類型，確定微網系統的結構，建立微網各子系統電氣、成本模型（風電、光伏、儲能、水輪機組、柴發機組等），綜合考慮微網構建的投資成本、電源發電的等效成本、 新能源發電比例、負荷功率需求增長等因素進行分布式發電電源的選取以及容量配置，以業主需求為目標構建微網系統，為業主提供備選微網系統設計方案。

圖4 微網系統經濟性構建分析軟件

2.2 微網系統穩定性分析測試平臺

自主開發的微網系統穩定性測試平臺如圖5所示，利用東方電氣RTDS 實時仿真系統，搭建風電、光伏、儲能，以及配電線路和變壓器仿真模型，并結合實際產品控制器，形成風光儲微網系統硬件在環測試平臺，驗證在不同工況下，各備選微網系統的穩定性及性能，從而選出既滿足業主經濟性要求，又滿足穩定性及性能要求的最佳微網系統設計方案。

圖5 微網系統穩定性測試平臺

在RTDS 實時仿真系統上，模型的精確性直接影響驗證微網系統穩定性的可信度，而模型的精確性需通過產品實際運行數據進行效驗和優化。依靠東方電氣在發電設備領域完備的產品鏈，結合產品現場運行數據，對已有產品模型進行RTDS 仿真效驗，現已完成模型包括：光伏機組、風電機組、儲能系統，以及常規發電機組等。

2.3 智能能量管理系統

通過自主開發和工程驗證，智能能量管理系統如圖6所示，其關鍵技術包括：

1）監控系統。實時對系統運行狀態進行監測與控制。

2）發電管理。對系統內發電設備工作狀態及出力進行自動分配，確保系統穩定運行。

3）功率預測。對未來系統內發電設備出力進行有效的短期、長期預測，其預測結果用于優化發電管理控制以及調度參考。

4）儲能控制。根據系統內發電設備出力與負載需求，控制儲能系統用于波動平抑、消峰填谷、主電源等功能。

5）系統保護。分為設備級保護、系統級保護，根據系統運行工況，減小故障影響范圍，確保系統能安全穩定運行。

6）智能調度。根據功率預測、負荷預測、儲能系統功能，對系統內發電設備進行優化控制，提高系統發電效益。

通過智能能量管理系統，使微網系統能夠安全、穩定、高效運行。

2.4 完備的產品鏈及卓越的EPC 業績

東方電氣在發電設備領域擁有完備的產品鏈，已形成“六電并舉”的產品格局，約占國內火電市場份額的三分之一和水電市場的一半左右，核電、燃氣發電、風電、光伏居于國內領先地位，海水淡化裝備及儲能系統正在逐步走向市場。

東方電氣積極拓展海外業務，產品運行在世界各地，從1994年起連年入選全球最大工程承包商之列，2013年“ENR”排名第92 位。

圖6 智能能量管理系統

3 解決方案案例

東方電氣在風光儲微網系統領域具有全產業鏈的一體化解決能力，積極開拓市場，并成功應用在杭州新能源風光儲微網系統試驗平臺上，正在為光熱電站風光儲微網系統、印度阿薩姆州綠色能源生活小區、泰國光伏電站儲能系統等項目進行方案設計，為后續應用于綠色能源生活小區、新能源廠區、海上鉆井平臺、遠離大陸的島嶼等打下良好基礎。

3.1 完成案例

1）杭州新能源風光儲微網系統試驗平臺

東方電氣新能源設備（杭州）有限公司是中國東方電氣集團直驅式風力發電機組的研究、生產、試驗基地，現已批量生產1.5MW、2.5MW、3MW 直驅型機組。在東方電氣新能源設備（杭州）有限公司廠區內建立 1.5 MW 直驅型風電機組、125kWh/500 kW 儲能裝置、100 kW 光伏機組、100 kW 柴油發電機，構成風光儲微網系統試驗平臺，如圖7所示，微網系統于2014年3月通過168 小時運行測試，完成項目目標，通過業主驗收；系統于2014年4月正式并網發電，每月發電量5 萬度左右，可為廠區節省電費約50 萬元/年。

杭州新能源風光儲微網系統正常穩定運行，體現了東方電氣擁有風光儲微網系統一體化解決方案的能力；通過試驗測試，驗證了微網系統經濟性構建軟件、穩定性分析測試平臺、智能能量管理系統的有效性，為方案應用于綠色能源生活小區、新能源廠區、海上鉆井平臺、遠離大陸的島嶼等提供了試驗測試平臺，進一步驗證方案的可行性。

3.2 進行案例

1）光熱電站風光儲微網系統

在50MW 光熱電站周圍建立10.5MW 風電系統、20MW 光伏系統、20MWh/5MW 儲能系統，構成風光儲微網系統，如圖8所示，微網系統運行模式分為孤島模式、并網模式。

孤島模式：風光儲微網系統給光熱電站廠區負荷、施工供電，當光熱電站啟動時，給5MW 廠用負荷供電4h；施工供電包括生活區、組裝區、施工區，總負荷小于2MVA，考慮負荷不平衡、沖擊負荷。

圖7 杭州新能源風光儲微網系統

圖8 光熱電站風光儲微網系統結構示意圖

并網模式：光熱電站并網發電后，微網運行在并網模式，向大電網送電。

東方電氣按照業主需求，通過自主開發的微網系統經濟性構建軟件、穩定性分析測試平臺，分析了風光儲微網系統在孤島、并網模式穩定運行的邊界條件，設計了微網的智能能量管理系統，使微網系統穩定運行，滿足業主目標。

2）印度阿薩姆州綠色能源生活小區

印度阿薩姆州生活小區有250 棟房屋，每個屋頂安裝太陽能板，共安裝1MW 光伏系統，配置適當的儲能電池，組成光儲系統，保證電網沒電時，光儲系統能給小區負荷供電4h，系統如圖9所示，業主需求：白天，電網有電，光伏發電，儲能裝置平衡能量，電網給住宅負荷供電；白天，電網沒電，光伏發電，光儲系統給住宅負荷供電（4h）；夜間，電網有電，光伏不發電，電網給住宅負荷供電，給儲能充電；夜間，電網沒電，光伏不發電，光儲系統給住宅負荷供電（4h）。

東方電氣按照業主需求，根據當地的負荷特性、光照資源，通過自主開發的微網經濟性構建軟件、微網系統穩定性測試平臺，得到微網設計方案，并結合現場工況，完成光儲系統電氣設計、設備選型、智能能量管理系統、儲能系統控制等，使光儲系統穩定運行，滿足業主目標。

圖9 印度阿薩姆州綠色能源生活小區示意圖

3）泰國光伏電站儲能系統

泰國對光伏電站的發電功率是限制的，超出限制功率，電網不支付電費。由于光伏發電量受陽光直射影響，早晚的發電量低，中午發電量高，而中午發電量超過上限的功率不能收取電費，造成電站經營的損失。可采用儲能裝置將超出限制功率的電能存入，低谷時放電， 提高可再生能源的利用率。一年內光伏電站超出限值的發電量如圖10所示。

圖10 泰國光伏電站一年內超出限值發電量

東方電氣按照業主需求，根據光照資源，通過自主開發的微網經濟性構建軟件、微網系統穩定性測試平臺，確定儲能設備的容量及種類，并結合現場工況，完成光儲系統的設備選型、智能能量管理系統等，使系統穩定運行，滿足業主目標。

3.3 后續應用

通過上述完成項目和正在進行的案例，東方電氣自主開發的微網系統經濟性構建軟件、穩定性分析測試平臺、智能能量管理系統的有效性得到充分驗證，為方案應用于海上鉆井平臺、遠離大陸的島嶼、新能源廠區、綠色能源小區等打下良好基礎。

4 結論

通過工程項目驗證，東方電氣風光儲微網系統一體化解決方案的產業優勢主要表現如下。

1）系統方案設計。根據負荷特性、當地自然資源，以及業主需求，通過自主開發的微網經濟性構建軟件、穩定性分析測試平臺，得到業主滿意的微網系統設計方案。

2）系統工程設計。根據方案設計，依托東方電氣的豐富設計經驗、自主開發的智能能源管理器，完成微網系統電氣設計和智能能量管理系統。

3）工程施工及驗收。根據系統工程設計，依托東方電氣在發電設備領域擁有完備的產品鏈、 卓越的EPC 業績，完成微網系統設備供應、系統施工、168h 運行測試，使微網系統能夠安全、穩定、經濟、高效運行，滿足業主驗收目標。

東方電氣的風光儲微網系統一體化解決方案，可應用在新能源廠區、綠色能源生活小區、風電場、光伏電站等，提高新能源利用率，增加發電效益；也可為我國解決邊遠山區、邊疆海防哨所、海上鉆井平臺、遠離大陸的島嶼等傳統電網無法覆蓋地區的缺電問題提供了最佳的解決方案，有著非常好的市場前景和經濟效益。

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