_河北电力科技园光、储、热一体化示范工程.docx

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1、UUSHVX-f1.guuus河北电力科技园光、储、热一体化示范工程刘贵,刘琦,赵景涛，王前双，杨涛(国电南瑞科技股份有限公司，江苏台南京市2161)摘要：本文介绍了河北电力科技园区光、储、热体化示范1：程的总体建设匚程.分析了地诲耕泵启动特性及对整个Stt电网稳定运行的影响.并据此提出了地源热泉的控制方式.针对多媛戕电网的运行特性,提出了名级微电网的多代理掖制技术.并设计了三层运行控制体系.经现场调试运行验证了所提出的体系架构、运行方式和控制策略的可行性及系统稳定性.关键词：光、储、热体化；多级战电网；堆海热泵：多代理：三层控制O引吉1光、储、热一体化微电网系统总体设计储级元.SOkW光伏发

2、电单元有激龙(APF).微电网将分布式发电、储能.负荷通过控制手段有效然合，为分布式可再生能源发电技术的利用提供了灵活、高效的平台，近年来得到了普遍关注,国内外很条学者对分布式发电和急电网领蝴行了不少研究UT,但在能源综合利用、统一实验平台、多圾送电网的协调控制应用方面尚存在很多问踪1.41.在能效综合利用方面，目前国内的优电网建设很多都是以风.光W就地负荷构成，有些为了示范而建设,技乏统筹考虑,并没有做到因地制宜、结合当地实际能源的综合利用而建设，存在资源浪费情况.在截电网统一试验平台建设方面，近年来国内已建立了一些微电网示范工程,但是基本于自发的、为局部地区E艮务的,工程建设存在不规范之处

3、，目前也缺乏相关的标准和设计规危.本文所述光伏发电、储能、地遁热泵一体化磔电网的建设模式尚属国内苜例，该项目的成功实施为国内可再生能源与当际能服的有机结合提供了又一种切实可行的实施方案.此外，作为国内首个交m流混合需电网实验讲究平台，也将为未来分布式货源多择化利用.微电网结构多样化设计提供百实可靠的实验依据以及效益分析方法.该项目根据河沌力科技园区实际的负荷、可再生建源分布情况及客户的具体需求，并通过对前期研究方案,技术方案的多次论证及幡改，最终确定建设T光储、热一体化微电网实验研究平台.该实验研究平台采用主微电网与子微电网联合组网的形式构建，两个子微电网分别在交流和回流则组网.该平台是以光、

4、褚、热为主体，兼容各类负载与模拟发电设留的一体化出电网实验研究系抚.其运行模式涵差了交流微电网、口流微电网、交直流混合微电网等多种形式,平台的总体架构!HS1.主播电网采用40W交流电琉网,由25OkWZ25OWh静止无动补偿装置(SVG),交骸用班.交流照明以及预留的交流电源和负即强组成所有单元!硼均在交流母战地源热技机组制热时电功率为163kW,制冷时电功率为104kW,由于负荷较大，采用主微电网与子微电网共同供电模式，同时配置50kW10s的超级电容与变频肩动装窗，用以在离网俣式下支撑地源热泵机妲黑启动.直流子裱电网采用400V直流电压组网，由Mdbd工工图图1圜曲回图图H1兑.埃一体化

5、傩电网姿拘出n三M三J1.120kW20kWh储能单元*20kW光伏发电单元*IOkW模拟风力发电单元直斓明、统网控制室直就陶成.所有单元间隔均在直流母线汇装,通过DC/AC变换单元与外部电网连接.交流子微电网模拟分布式家庭用徽电网系疣,由两个户用被电网组成，采用400V交流组网.每个户用绿电网由IokW光伏发电单元、IokW储能单元.交流负载组成,通过充电逆变一体机与外部电网连接.2多级微电网的控制技术以下对河北电力科技园光、锯、热一体化示范工程中涉及的控制技术进行阐述.2.1坨源热泵的启动方案地源热项是一种利用地下浅层地热资源既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统,地源热泵通逮肖耗少量的

6、电能,即可实现能量从低温热漉向高温热源的转移，从而达到调节室内温度的效奥,与传统电空调相比具有非常明显的节能减排效果.结合园区屋顶可安芸光伏组件的面积和投资综合考虑,本项目选定小螺杆式热泵机组为炖网的就地负荷.旋转动力负荷在启前时启动电流会达到额定电流的47倍，会对电网产生一定的影响,其启动波形见图2.从图中可以看出，在星形接线启前过程中，有持续600ms的600A电流,在星形接线向三角形接线方式切换时,瞬时电流会达到1400A,远远超过微电网主储能逆变器容量.所以，如果惘能系统的容量起出仅与地源热泵机组的额定功率相当,其启动电流会引起微电网母线电压的息刷下地,对微电网的冲击几乎类似于三相短路

7、对微电网的冲击，会引发功率振速.使电网失去稳定.不但不能成功启动动力负荷，还耐能导致送电网崩溃.2地涵热泵压缩确切电流ua用户的Ht功率冷却水KK功率大g式热泵矶姐373(70A)553(103A)373(70A)小蟆杆式热泉机组152(30A)372(70A)152(30A)为了保证动力负荷能顺利启动.微电网配置的储能系统的容量必须满足动力负荷启动时尖峰电流的功率要求，即要求储旎系娩的额定险出功率为动力负荷欲定功领47倍，但这样刽次地翩避流因此，为了兼IHi微电网的经济性和动力负荷的启动需求.对动力负荷采用变频启动的方式进行启动.并且，在系统中配Si超圾电容和SVG,在地源热项离网启动时,超

8、级电容和SVG熊快速地补充无功.通过这种方式，不仅可以优化储帆置,还能提高地源热泵的利用可靠性.地源热泵系统中包括压缩机和水泵,水泵容量见表1.结合园区座顶可安装光伏组件的面枳和投资综合考虑，选定的源热泵系统中两套6台水演机组为袋电网的就地负荷，水泵功率分别为55、37.37、37、15.15kW,总功率四196kW.经过计算分析,本项目对SSkW水泵进行变频改造,同时为减少变频启动对微电网带来的增波污染，对变频器也进行改装；对一台37kW水泵进行变频改造；对两台37kW水泉进行软启动改造；S1.g启前两台ISkW丑2.2交直流混介多拨微电明控制技术交亘浣混合多圾微电网综合了交流俄电网与直流微

9、电网,并且分层分级.根据交直濡昆合多级袋电网的控制需求，提出了分层分级、集中管理、分散控制的交直流混合多级微电网控制架构，明确架构的结构体系和各组成部分的功能，通过将部分控制权分散到各个微电网局部控制装置,让其有一定的自主权和智能性，使得集中控制不必要采用很班杂的模型，从而避免大规模的运O.实现实时控制；分散控制装置的自主性使其能第对局部电网状态的波动产生快速反应，减少集中控制的电网电能质量谓节工作员.集中控制和分散控制的有效配合是微电网最佳控制手段之一，而多代理系统自身具有良好的集中-分散的持住661.采用多代理系统为交直流混合多级微电网的协调控制提供强有力的支厚,控制原理图见图3.图3IS

10、于MUHi-Agent技术的多微电网例充控制原理阕2. 3直流微电网运行控制技术百流微电网是以直流配电的形式，通过一条公共的百流母线将所有微电源连接起来的独立可控系统，对当地提供电能吃在A流潴电网中，直流母线电压是系统功率平衡的唯一指标，所以保持直流母坡电压恒定是控制系统的主要目标.本项目采取直流母线电压恒定控制策珞,在并网时通过双向AC/DC变流器实现直流母线电压的鬼定，控制卷图见图4,这里需要重点注怠的是在外环采用了百流母战电压闭环控制，通过该闭环控制可以实现白流恻DISTRIBUTION&U11UZA11ONhttp:/母拨电压的稳定；在商网时储能双向IX7【）C变换翳的工作模式会发生切

11、换,从并网时的功率外环切换至直流母线电压外环控制实现用流或线电压的稳定，控制枢图见图S.在并置网切换时,通过光纤通信互锁快速切换百流母线电压支撑源，从而保证百流母线电压的稳定.94双向AeDC交流器控制系统结构图8B5信能双向DCQC变换都控制精构图3微电网运行控制系统成电网的运行控制分为接入控制层、货电网控制层、就地挖制层三个层面.以就班制为主，远年制为辅.裱电网的主要相关运行数据可以远传到调度就网.Vi电哨亍控制体系的架构见图6.3.1接入控制层微电网对于大电网表现为单一可控.可灵活调度的单元，既可与大电网并网运行，也可在大电网故障或需要时与大电网断开运行.正常运行时参与大电网及济运行调度

12、,提高整个电网的运行经济性.在特殊情况下，微电网可作为配电网的爸用电源向配电网提供有效支撑,加速配电网的故障恢豆.在大电网用电紧张时,微电网可利用自身的储能机制进行削峰填谷，从而避免配电网大厄琢拉闸限电，减少大电网的箭用容量.3. 23电网控IMJg货电网控制层是整个成电网运行控制的核心部分，用来实现微电网的监视和控制.在保证微电网安全运行的前提下，以全系统掂量利用效率最大为目标，最大限度地利用可再生能源.同时兼顾电能的优化配置.微电河控制层通过负荷预测和分布式电源发电预测，根据当前微电网的运行慵况,实时迸行分布式电源与负荷、微电网与主网的优化侨调控制.并及时响应接入控制层的远方控制，实现并网

13、、孤网、停运的平滑过渡.3. 3就地控制旧就地控制层由一系列就地控制器和就地保沪设备组Vq?-fsuQds成,就地控制器独立完成各分布式电:源叛率和电压的一次调节.就地保护设备独立完成各单元的故障快速保护.通过就地控制和保护的配合实现微电网故障的快速自愈.4运行结果与分析.1交电流濯介多级微电网控制实4为了实现绿电网的安全Ia定和经济高效运行，制定了考虑峰谷电价的储能运行控制策珞111131,包括眸谷时E殳的削蟀Ia谷括剌及平时段的定功率控制.4.1.1削峥埔谷控制削峰结谷控制是在用电高峰和用电低谷时段按照蜂谷电价合理的硼蹄能充放电功率，做到微电网经济效益最大化.谷时段，铭镯装置以恒定功率充电

14、，充分吸收价格便宜的电能，称为填谷控制；峰时段，便能装置以恒定功率放电，减小主网对负载的供电功率，节省电然开支，称为削嫌控制.削峰地谷实始图形见图7.图7削峰填谷实验图形（八）IH峰控制；(b)f谷控制4.1.2联络线定功军控和定功率控制时，绒电网相对于大电网表现为单一的受控单元，接受上级配电网的调度控制命令或通过自身调节，以恒定功率并网,定功率控制实验图形见图8.实览结果表明，本项目采用的交应流混合多级徼电网控制技术实现了交直流混合多圾裱电网的安全稳定和姓济闲媚行.4.2直流微电网的运行控网实验有流微电网仅需考虑有功功率的平衡,无需考虑无功功率流动,因此直流母线电压为凿量系统稳定的唯一指标.

15、对并网运行.图网运行、并网酹阳网、离网狗并网四种工况分别进行实验，从实验结果可以看出，本项目采用的m泳线电网的运行控制技术，实现了口流微电网的安全稳定.图9给出了直流微电网在并网运行时的突加负我波形，图io给出了直流微电网在并网运行时的突减负载波形，图11给出了宜流道电网从并网切换到圄网状橱的波形,图12给出了直流微电网从离网切换到并网状态时的实验波形.从上述实验波形可以看出，应用本文设计图9百流圆电网并网运行时突加负栽波形:VWV%KA图10直流微电网并网运行时突减负载波形的慵能DC/DC双向变换器控制第咯,亘流街(电网能够稔定运行,且静.动态性镶优良.5结束语本文所述的交直流混合多级微电网是国内首个光、他、热一体的实际运行的微电网示范工程，通过该示走工程和实验平台，可以迸行相关关犍技术的研究和相关企业标准的制定.通过对地源热泵启动特性分析,提出了地源热泵的启动方案.针对多级微电网的控制较为匿杂.提出了多代理的控制策咯以及三层控制方式,提高了系统运行的可靠性和稳定性.同时，通过直流微电网系统的建设，为直流配电网的研究提供了基咄.011M*.助理工程伸，研究方向为新能源及谎电网.炖%助理工程师,研究方