8月7日,由华北电力大学、中国可再生能源学会主办的“第一届中国储能学术论坛暨风光储创新技术大会”在北京召开,会议为大力推广风能、太阳能、储能创新技术,推动风光互补、太阳能+储能、风光储技术以及智能微电网、能源互联网技术在综合能源服务领域的应用;搭建风能、太阳能与储能产业科学技术、创新应用的交流与合作平台,推进风电、太阳能发电无补贴平价上网项目技术发展,推动储能技术进步和创新。

  主旨报告环节,特变电工新疆新能源股份有限公司刘韬作“智能微电网创新解决方案探索与工程应用分享”报告。

特变电工新疆新能源股份有限公司 刘韬

  尊敬的各位领导,各位专家,大家下午好,我是来自特变电工新疆能源股份有限公司的刘韬,本来这次报告是由我们公司的郝博士汇报的,由于一些原因没有来到北京,下面由我来汇报特别是智能微电网创新方面我们做的一些工作,本次汇报的题目是“智能微电网创新决定方案探索与工程应用分享”。

  介绍分五部分:1,微电网的发展背景。2,针对微电网特变电工的解决方案。3,针对创新型的微电网系统构架来介绍我们的核心产品能量路由器。4,微电网解决方案的特点计价值。5,微电网前景进行展望。

  首先是微电网的发展背景,在上午的时候有嘉宾提到了,在我们面临着非常严峻的环境问题,在严峻的环境问题背后是我们的能源生产以及能源消耗方面都有非常不足的现状。能源生产方面,我国人均能源消费资源拥有不到世界平均水平的一半,中国单位GDP能耗是世界平均水平的2.5倍,发展清洁能源成为了必要。

  最近清洁能源得到了成熟的发展,特别是随着平价上网的到来,未来在电力系统当中整个新能源的占比会逐步的提升,但是在新能源占比逐步提升的过程中也会对传统电网带来非常大的冲击,这里面不同的专家学者提出了相应的解决方案。概括里面核心的要素,主要有以下三个重要的元素:清洁能源、高压电网、智能微电网。清洁能源主要是希望通过新能源的形式来替代传统的化石燃料。在高压电网层面,主要是构架高效率的电网,实现高效的能源传输。最后是智能微电网,主要是三个部分:第一部分,是实现区域光伏的消纳、新能源的消纳。第二部分,实现区域里面燃料的高效传输。第三部分,实现微电网和大电网友好的接入。

  这里面介绍微电网的概念,微电网是由分布式能源、储能装置、燃料转换装置、负荷、监控和保护装置等按照一定的拓补结构组成的小型发配电系统。有这样几个特点:微型、清洁、自治、友好。

  首先是微型,其次是清洁主要是强调新能源的消纳、利用。自治,主要是要保证微电网系统可以脱离整个大电网,可以独立的运行,对微电网可靠性提高了要求。最后是友好,实现跟大电网友好的交互。

  最早微电网提出是在美国,最早美国在微电网应用主要是针对于军事海岛上的供电,这里面应用场景来说更强调微电网的可靠性。同时欧洲也在微电网方面取得了长足的发展,这里面由于欧洲有非常多的电力公司,国家与国家之间的电网也是互联的,所以这里面欧洲更强调微电网灵活的特性。在日本微电网也取得了非常多的技术方面的研究以及相应的示范工程,这里面主要是强调清洁能源的问题。

  我国在最近几年微电网也取得了长足的发展。最早我们的微电网区域最开始开展是在一些边远地区,包括新疆、西藏、东部沿海的地区,实现高效的供电。随着微电网的发展,我们微电网也从边远地区走向城市,开展包括一些示范工程。在微电网发展的同时我们也不忘研究一个是轻型的微电网构架,实现整个系统能量高效的传递,这里面也开展了直流和交直流的微电网系统,包括广东珠海微电网的工程,后面会对这两个规程进行详细的介绍。

  第二部分,微电网特变电工的解决方案。

  首先针对微电网的应用需要明确整体的需求。在发电侧,微电网系统可以有效的解决弃风弃光的问题,进行传统的光伏系统或者是风电系统是不可控的,为了解决这样一个弃风弃光,当然今天上午很多专家也提到了非常多的解决方案,从技术手段来说,建立储能系统构架整体的微电网是弃风弃光解决的整体出路。另外微电网的构建是先有效的调频,满足相应的要求。

在园区功能方面也可以利用微电网来形成相应的方案架构,这里面由于园区供电面临几个问题:1,用能成本高,降本空间大。2,扩容需求大,这里面包括我们很多工业园区的建设采用分期建设的方案,在能源区里面有配置新兴的负荷,包括充电桩等这样一些设施。3,供电可靠性低,特别是在一些大型的园区,因为拥有一些较大的负荷,这样一些投入和输出都会对电网稳定性带来问题。4,用能形式粗放,能效低。通过微电网系统对以上问题形成非常好的解决方案。

  下面介绍一下特变电工微电网的解决方案以及相应的服务。

  特变电工可以提供双端、三层、多场景的解决方案。双端,可以实现云端和本地的运维。三层主要是针对微电网整个系统的架构,这里面把系统架构分为三层,包括管理层、协调层、执行层。管理层主要是实现何云伟人员的相互交互,时间尺度往往从秒级到分钟级的时间尺度。协调层,主要是把相应应用的一些要求翻译成相应的机器语言,最终下到执行层。协调层因为涉及到系统快速的暂态情况下的稳定性,时间尺度是毫秒级的。最下面是执行层,包括各个园区的调控,这里面时间尺度往往是毫秒级的。多场景包括交流、直流、交直流混合的多场景应用。

  微网的系统解决方案是非常重要的,这里面只有完成非常好的配置才能保持微电网稳定高效的运行,系统解决方案我们可以为客户提供包括能耗分析、评测、策略设计、容量优化配置、网架设计以及经济测算,提供高效低成本的微电网整体解决方案,这块是对系统级别的解决方案。在系统解决方案后面可以实现多时间尺度的能量管理,能量管理主要实现微电网各个元素之间合同的调控,这里集成了SCADA系统的数据图表和报表分析的功能,通过源荷功率预测,采用智能优化法,进行多时间尺度源荷储能量管理,从而实现经济优化运行,提升微电网经济效益。主要是针对二次产品,大家整个产品设计是按照模块化的思想,针对不同的客户应用需求可以提供相应的解决方案。

  第三个业务主要是跨平台的智能运维,也是基于特定的云平台实现相应的运维。

  第四个基于微电网系统可以提供核心装备,首先我们有能量路由器,整体来说能量路由器可以实现不同电压登记以及电压形式能量高效的传递。另外一方面,在储能方面可以提供高低压的储能电流其,功率登记可以从500千瓦到1兆瓦。储能系统方面可以提供整体的储蓄集成的产品,功率500千瓦到1兆瓦。

  第三个,能量路由器这个产品,实际上也是来自于我们平常所知的路由器产品,主要实现信息的高效传递,能量路由器主要以电能为载体,实现电能的传递。这里我们定义能量路由器是先进的电能变换装置为核心,集成了现代通信技术和电力电子变换技术、智能控制与管理技术,实现局域电网的能量智能管理、分布式能量的高效利用与控制的电力设备。简单来说,利用电能路由器可以实现不同电压等级、不同电压形式的变换。需要具备以下四个特点,1,重量其,体积小,无污染。2,实现多种形式电能变换语接口匹配。3,电能质量隔离补偿。4,潮流双向。

  针对能量路由器产品其实在国内外开展了非常多的研究,包括ABB、GE、ETH等等,目前能量路由器的产品把相应的情况进行了罗列,这里面也按照功率和频率进行了产品的划分。功率是直接关系到我们能量路由器的产品应用场景,整体来说,我们跟相应的产品进行对比,可以看到我们特变电工的能量路由器这些指标也是国际领先的。

  这个是我们能量路由器第一代产品,是实现从低压直流到高压交流的变换,交流电压可以实现10千伏,这里面最大效率达到98.2%这样的水平。

  概括一下特变电工能量路由器的特点:1,模块化LPHS(地压测并联高压测串联)拓补结构。模块化、标准化设计,容量易扩展,方便维护。高压侧模块化串联技术,具备多电平波形输出能力,谐波含量低,无需大量铝箔装置,节约成本和体积。2,在线智能冗余技术。单个模块出现故障的话,在直流侧、交流侧可以把这个故障去除。

  高效率的产品特点,是我们电力装备一直在追求的目标,实现高效率我们在以下三个技术方面进行了大量的突破:1,碳化硅功率器件的工程化应用技术。2,基于双有源桥电路的软开关技术。我们采用了载波移相+PWM控制的多自有度控制技术。3,高频隔离、高功率密度设计技术。主要是系统连接10千伏的电网,要实现35潜伏高电压等级的耐压,我们也通过合理的布局实现每个模块35千伏的电压等级。

  我们的能量密度产品用到电网中,实现先进的智能控制系统。我们也采用了DSP+PGCA移动处理器,我们采用分级分层的技术架构,在每个层级之间我们通过高速的检测,来实现快速的控制。

我们的产品也是在2016年通过了开普测试,取得了鉴衡认证证书。2016年取得了中国电机工程学会科技成果奠定取得了国际领先水平的高度评价。

  在2016年的12月,也将能量路由器产品应用到实际工程当中,在我们园区构建了2兆瓦的光伏发电系统,这里面我们将1兆瓦连接传统的逆变器+相变的发电单元,另外1兆瓦是连接到我们的能量路由器产品,我们通过长期的运行整体的发电量提升可以提升1个点,这里面主要是因为整体来说我们能量路由器变换的效率相对于逆变器效率有提高,宽范围的输出电压可以保证光伏系统的电压在更小的水平。

  基于以上的技术原理,实现了不同电压等级以及不同功率等级能量路由器产品的设计包括工程应用,这里面包括2兆瓦的三端口直流系列产品,以及1兆瓦四端交直流混合系列产品,还有500千瓦两端口直流系列产品,还有1兆瓦两端口交直流混合系列产品,应用在不同的案例当中。

  第四部分,特变电工微电网方案的特点及相应的价值。

  传统交流微电网,配置情况是在已有的供电系统中通过添加光伏、通过添加储能以及相应的能量管理系统来实现高效的控制。分为以下几个部分,这里也是以园区微电网系统来介绍,首先可以赚取峰谷电价差,节省基准的能量费,主要是基于大量的储能来实现价值的体现。电网的稳定切换,提高整体的用电可靠性。三是配置了相应的光伏发电系统,通过微电网系统可以提升光伏的自发自用比例以及相应的渗透率,通过能量管理系统可以实现用能管理的精细化,降低整体的能耗,提升可再生能源的渗透率无污染。

  我们在特变电工开展了相应的示范,这是我们在系统云平台上的显示,这个系统我们配置了2兆瓦的源网荷储的工程,储能配置是1兆瓦,这里面也有相应的充电桩。

  基于能量路由器的交直流混合微电网的方案以及相应的机制。基于能量路由器交直流混合微电网的方案,我们通过能量路由器实现交直流负荷的供电,同时低于直流的微电网,我们可以连接常规的直流负荷,包括光伏、储能系统,包括光伏、储能、充电桩系统等等,他们本质上都是一些直流负荷,这里面我们可以节省交流到直流的变换环节,来提升系统整体的效率,这里面方案的价值体现在以下几个部分:1,先进的网架设计以及核心装置,会提高整体供电的可靠性。2,减少电能变换环节,降低能量传输过程中的损耗。3,提升设备利用率,减少电缆使用,降低初始投资成本。4,系统高度集成,在能量路由器产品当中可以通过一二次的高度融合来缩短整体的施工周期。

  这里面我们也对交直流混合微电网和传统交流电网的情况进行了对比,我们也是以一个典型的案例,包括2兆瓦的光伏、2兆瓦的储能、1兆瓦的直流负荷,以及1兆瓦的交流负荷进行介绍,在传统的方案当中,光伏、储能、直流负荷,为了接入传统的直流电网,必须通过DC/DC交流变换的过程,这里面通过相应的交流线来连接交流母线,直流交直流混合方案,我们可以重复利用负荷的优点,通过能量路由器构建低压直流网络,通过核算整体的能源效率可以提升6.5%。另外一方面,整体成本可以节约22%,也是基于相应的电缆以及相应的电能变换装置来实现。

  基于以上考虑把能量路由器产品应用到了实际的市场工程当中,在珠海唐家湾直流微网系统应用了我们的产品,这个工程是能源据互联网+的重点项目,构架了直流微电网,实现了电站以及园区级电能传输。主要有三个换电,在正负10千伏基础上利用能量路由器的产品,正负1100千伏的电缆,可以连接相应的光伏储能装置等等。

  最后是微电网前景的展望。微电网随着光伏、储能规模化的推广应用,未来微电网的市场也会呈现非常稳定的增长,2023年国际的微电网市场规模可以达到170亿美元的水平,国内微电网也是有非常迅猛的发展,我国微电网也将以新的业态参与电力市场形成高效清洁的能源利用新载体。

  最后是微电网技术方面的展望。整体来说,交流系统、直流系统各自有各自的优点,能量路由器可以实现交直流系统高效的能量传递,它可以充分利用交流电缆、直流电缆的优点来构建交直流混合微电网。

  我的介绍就到这里。谢谢大家!


2019年08月09日

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特变电工刘韬:建立储能系统构架整体微电网是解决弃风弃光的整体出路

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来源:太阳能网  

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