一. 項(xiàng)目背景

西安xx電力電子技術(shù)有限公司作為xx集團(tuán)研發(fā)分中心，緊密結(jié)合電力電子前沿市場需求，致力于為集團(tuán)在大功率電力電子產(chǎn)業(yè)提供核心技術(shù)支撐，為集團(tuán)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(yīng)用技術(shù)方案。核心業(yè)務(wù)涵蓋：新能源并網(wǎng)發(fā)電(風(fēng)電變流器、光伏逆變器、儲能變 流器、虛擬同步機(jī))、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(bǔ)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(shù)(電動汽車有線/無線充電裝置、岸電電源)五大業(yè)務(wù)領(lǐng)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(hù) 裝置構(gòu)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(fù)荷側(cè)配置3臺60kW 的充電樁；交流側(cè)配置1個 AC400V工頻隔離端口，并通過風(fēng)電控制器接入2500W的小型風(fēng) 力發(fā)電裝置。

2.2 整套系統(tǒng)的主要設(shè)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(shè)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(hù)裝置：包括直流故障檢測保護(hù)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(fēng)力發(fā)電裝置：包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)、風(fēng)電控制器、蓄電池等

• 計(jì)量與動環(huán)改造：包括計(jì)量表計(jì)及載波通信模塊、動環(huán)監(jiān)控設(shè)備。

2.3 主要技術(shù)創(chuàng)新

A. 光伏直流拉弧檢測技術(shù)

在光伏系統(tǒng)中直流側(cè)電壓通常高達(dá)600V~1000V, 由于組件接點(diǎn)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(dǎo)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(xiǎn)、線纜，重者燒毀組件和設(shè)備引起火災(zāi)。

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(jìn)行適當(dāng)?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(jié)合的方式進(jìn)行識別，對電流噪聲進(jìn)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(jìn)行積分，積分值與 其閾值進(jìn)行比較，精確判斷是否發(fā)生了直流拉弧。

B. 虛擬同步技術(shù)

虛擬同步技術(shù) (VSG) 在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上將變流器等效為同步發(fā)電機(jī)，電網(wǎng)阻 抗等效為定子電抗，直流源等效為原動機(jī)，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(shí)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(yùn)行時可通過功率控制指令實(shí)現(xiàn)對電池的雙向充放電操作， 并模擬同步發(fā)電機(jī)的調(diào)頻調(diào)壓特性， VSG 模式并網(wǎng)運(yùn)行時的功率控制設(shè)置與PQ 模式設(shè)置方法一致；在離網(wǎng)運(yùn)行時，儲能變流器脫離大電網(wǎng)運(yùn)行，可為負(fù)荷提 供穩(wěn)定的電壓和頻率支撐。

并網(wǎng)運(yùn)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(yùn)行，則需 PCC 點(diǎn) 開關(guān)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(yùn)行；離網(wǎng)運(yùn) 行狀態(tài)下儲能變流器在電網(wǎng)恢復(fù)后若需轉(zhuǎn)到并網(wǎng)運(yùn)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(dāng)與 電網(wǎng)相位同步之后會向上層監(jiān)控系統(tǒng)上傳預(yù)同步完成狀態(tài)，上層監(jiān)控系統(tǒng)檢測 到預(yù)同步完成后閉合 PCC 點(diǎn)開關(guān)， PCC 點(diǎn)開關(guān)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(yùn)行。

C. 新能源構(gòu)網(wǎng)型發(fā)電技術(shù)

在“雙碳"背景下，我國明確構(gòu)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(shè)備必須提升控制性能、以具備同步發(fā)電機(jī)或者類似同步發(fā)電機(jī)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(gòu)網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的核心思路：儲能控制光伏端口電壓，并實(shí)現(xiàn) MPPT 功能；變流器采用虛擬同步技術(shù)，并以濾波后的光伏實(shí)測功率作為同步機(jī)功率 指令，實(shí)現(xiàn)慣量阻尼、平滑波動。

新能源構(gòu)網(wǎng)發(fā)電技術(shù)方案圖

D. 低碳園區(qū)多能協(xié)調(diào)控制技術(shù)

低碳園區(qū)集中了光伏、儲能、風(fēng)電、充電樁、電網(wǎng)等多種能源和負(fù)荷，新 能源呈現(xiàn)波動性和間歇性的特征，用電負(fù)荷也具備較大的隨機(jī)性，必須針對新 能源的發(fā)電特性和負(fù)載用電特性，確定集運(yùn)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(fù)荷數(shù) 據(jù)等其他相關(guān)設(shè)備的信息進(jìn)行集采協(xié)控。

• 運(yùn)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(cè)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(yùn)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(shí)際負(fù)荷，避免功率進(jìn)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(shè)備的運(yùn)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(shè)備的運(yùn)行。

E. 雙向直流充電機(jī)技術(shù)

基于本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的微網(wǎng)結(jié)構(gòu)，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(shè)計(jì)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(shè) 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(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝安科瑞自主研發(fā)的各類監(jiān)測、分析、保護(hù)、治理裝置；通過先進(jìn)的控制、計(jì)量、通信等技術(shù)，將分布式電源、儲能系統(tǒng)、可控負(fù)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(jià)格、用電負(fù)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(shè)備，保證企業(yè)微電網(wǎng)始終安全、可靠、節(jié)約、高效、經(jīng)濟(jì)、低碳的運(yùn)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?fù)?/strong>

對微電網(wǎng)的源、網(wǎng)、荷、儲能系統(tǒng)、充電負(fù)荷進(jìn)行實(shí)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(yùn)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(biāo)下光儲充資源之間的靈活互動與經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)能源效益、經(jīng)濟(jì)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(yīng)用于微電網(wǎng)、分布式發(fā)電、儲能等領(lǐng)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(fēng)力發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電樁等設(shè)備的接 入，通過對微電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行全天候數(shù)據(jù)采集分析，監(jiān)視光伏、風(fēng)能、儲能系統(tǒng)、充電樁運(yùn)行 狀態(tài)及健康狀況，并在此基礎(chǔ)上以安全經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行為目標(biāo)，獲取優(yōu)控制策略進(jìn)而對微電 網(wǎng)實(shí)施調(diào)節(jié)控制，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)分布式能源、儲能系統(tǒng)、負(fù)荷的實(shí)時動態(tài)調(diào)節(jié)功能，促進(jìn)新能 源就地化消納，提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性、補(bǔ)償負(fù)荷波動；有效實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的需求管理，提高微電網(wǎng)運(yùn)行效率、降低供電成本，保障微電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(xué)智慧能源管理平臺；江蘇灌南城區(qū)智慧停車場充電運(yùn)行平臺；緬甸某寺廟光儲系統(tǒng)

湖南某機(jī)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(wù)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(xué)院智慧能源管理平臺·········

3.7 核心功能（優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)安全可靠、經(jīng)濟(jì)節(jié)約）

• 削峰填谷：配合儲能設(shè)備、低充高放優(yōu)化用能成本

• 柔性擴(kuò)容：短期用電功率大于變壓器容量時，儲能快速放電，滿足負(fù)載用能要求

• 有序充電：根據(jù)變壓器容量、電價(jià)進(jìn)行引導(dǎo)，利用技術(shù)進(jìn)行協(xié)調(diào)充電功率，降低運(yùn)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(chǔ)電費(fèi)

• 某光儲充微電網(wǎng)項(xiàng)目的策略

• 參與虛擬電廠

四. 總 結(jié)

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(shù)有限公司針對該系統(tǒng)提出的方案，包括系統(tǒng)構(gòu)成、主要設(shè)備及光伏直流拉弧檢測、虛擬同步等五大技術(shù)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?fù)浼鞍咐宫F(xiàn)了通過技術(shù)創(chuàng)新與智慧平臺實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)安全、高效、經(jīng)濟(jì)、低碳運(yùn)行的整體思路。