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微电网的分类
微电网通常情况下可分为并网型微电网以及离网型微电网这两种类型。而这两种微电网根据功能和各能源模块占比的不同又可进行二次细分。那么接下来,我们就对以上各种类型微电网做详细介绍。
一、并网型微电网
并网型微电网中,市网通常不稳定,为了保证供电的连续性,需增加柴油发电机组作为备用电源,组成“市网+柴油机”电力系统,在该系统中,增加光伏系统和储能系统可以节约市电或者是柴油发电机组的燃油消耗。通常,该类型微电网工作模式是,当市网稳定的时候,柴油机组不启动,光储系统并网运行,当市网突然断电时,柴油发电机组启动,柴油发电机组或者是储能系统做VF源,光伏并网运行。
市电突然断电和市电恢复时刻,需要市电与柴发机组之间的切换,增加STS无缝切换柜可以实现无缝切换(即20ms内完成切换),如果不加STS柜,通常不能实现无缝切换。
■不具备无缝切换功能的并网型微电网
这种类型微电网系统原理图如下:
该类型微电网的工作原理:
工作原理
市网有电时,柴油发电机组不启动,光伏系统和储能系统均为并网模式,如果光伏发电较多且不允许上网,多余电量可以储存在储能电池中。
市网突然断电后,光伏系统和储能系统触发防孤岛保护,储能系统防孤岛报警,EMS控制储能逆变器停机,然后将储能逆变器模式转换为VF模式,转换完成后启动储能逆变器,如果电池SOC达到极限低值后,EMS控制柴油发电机组自动启动,光储柴系统离网运行。
市网恢复后,EMS控制柴油发电机组逐渐减载至停止,光储系统重新并网运行。
另外,如果项目预算不多,可以不加储能系统,但同时,系统的可再生能源渗透率也会降低。
中腾微网缅甸微电网项目
.2kWpPV+kWhBattery+kWPCS+kWDiesetgenset既属于该种类型的微电网。
■具备无缝切换功能的并网型微电网
这种类型的微电网系统原理图如下:
该类型微电网的工作原理:
工作原理
市电稳定的时候,柴油发电机组不启动,光储系统并网运行。
市电非计划停电后,EMS检测到电网侧无电压,控制储能逆变器切换至离网模式,光储系统为负载供电,此时图中关键负载可以连续性供电,非关键负载则断电。
如果储能电池SOC达到极限最低值,EMS控制柴油发电机组启动,光储柴组成离网型微电网(TYPEB或者TYPEC,视系统工作逻辑而定,见下文对TYPEB和TYPEC模式的介绍)为负载供电。
市电恢复后,EMS控制柴油发电机减载,光储系统并网运行。此时关键负载和非关键负载均处在不间断供电的状态。
中腾微网乌干达微电网项目
.4kWpPV+kWhBattery+kWPCS+kWDieselGenset项目以及所罗门.6kWpPV+.28kWhBattery+kWPCS属于这种模式。
二、离网型微电网
亚洲开发银行曾将离网型微电网分成三种类型:TYPEA、TYPEB和TYPEC;这种分类方法主要是基于可再生能源渗透率,TYPEA型的微电网可再生能源渗透率最低,TYPEC型微电网最高。
TYPEA微电网
柴油发电机组和光伏系统组成,柴油发电机组做主网,由于柴油发电机组需要持续运行且运行功率不能过低,同时为了保证电网的稳定性,这种类型微电网可再生能源渗透率比较低。
TYPEB微电网
系统包含光储柴,柴油发电机组做主网,相比TYPEA,此时由于增加了储能系统,光伏系统容量相应也可以增加。储能系统保证了电网的稳定性,且可以接收多余的光伏电量,所以该类型微电网可再生能源渗透率最高。但相应,成本和投资收益率也要低于TYPEA。
TYPEC微电网
系统包含光储柴,储能系统做主网,柴油发电机组做备用电源,因为柴油发电机组仅为备用电源,这种类型微电网能源渗透率最大可以达到%。但相应储能系统容量也需要比较大,由于储能系统成本比较高,这种类型微电网投资回报率比较低,且通常项目都建在交通不便的偏远地区或是海岛。
■TYPEA型微电网(光柴系统)
该类型微电网原理图:
该类型微电网的工作原理:
工作原理
柴油发电机组做主网,柴油发电机组一直处于运行状态,光伏系统作为PQ源为负载提供部分有功和无功,有效的减少机组燃料的消耗。
当柴油发电机组运行功率较低时(通常20%-30%),柴油发电机组有发生积碳的风险,不利于柴发寿命,所以当光伏系统发电量较大或者是负载较低时,EMS需要通过光伏逆变器限制光伏的出力,避免柴油发电机组运行在较低功率。
EMS可以根据负载情况控制启动不同功率的柴油发电机组,保证柴油发电机组始终运行在高效工作点。
■TYPEB型微电网(光储柴系统,柴油发电机组做主网)
该类型微电网原理图如下:
该类型微电网的工作原理:
工作原理
柴油发电机组做主网,为系统提供稳定的电压频率支撑,光伏系统和储能系统作为电流源为系统注入有功功率与无功功率,减少燃油消耗的同时,保证了电网的稳定性。
光储柴系统共同为负载供电。为了防止柴油发电机组运行在较低的功率下引起积碳,损坏柴油发电机组,EMS可控制柴油发电机组运行的最小功率,如果光伏发电功率较大或者负载较小,导致柴油发电机组运行功率小于其最小运行功率,EMS控制柴油发电机组运行在最低功率下,多余的光伏电量为储能系统充电,当光伏系统发电功率较小时,蓄电池SOC达到较大值时,EMS系统采用合适的控制逻辑控制储能系统放电,当储能蓄电池SOC达到较大值且此时光伏系统功率比较大时,EMS系统控制柴油发电机组运行在最低功率下,且限制光伏系统的发电功率。另外,储能系统还承担了该电网内二次调频的任务,保证了电网的稳定性。
在离网型微电网系统中,该种类型应用较多,中腾微网马尔代夫26岛项目中,大部分岛屿采用该种运行模式。另外,中腾微网尼日尔项目、苏里南项目及马绍尔项目均是采用该种运行模式。
中腾微网TYPEB型微电网应用
项目
PV
BESS
PCS
DG
马尔代夫
2.86MWp
3.23MWh
4.45MW
6.72MW
尼日尔
2.9MWp
4.35MWh
kW
1.48MW
苏里南
2.3MWp
1.14MWh
kW
-
马绍尔
4MWp
2MWh
kW
8.6MW
■TYPEC型微电网(光储柴系统,储能系统做主网)
该类型微电网原理图如图:
该类型微电网的工作原理:
工作原理
储能作为电压源为系统提供稳定的电压频率支撑,柴油发电机组作为备用电源。
一般情况下,光储系统联合运行为负载供电,当P(PV)≤P(load),负载优先由光伏供电,如果储能电池SOC高于设置的最低值,不足的电量由储能系统放电补充,如果储能电池SOC低于设置的最低值,EMS控制柴发自动启动,柴油发电机组运行在较高的功率点,与光伏系统联合为负载供电及为储能电池充电;当P(PV)P(load),负载全部由光伏供电,如果储能电池SOC低于设置的最高值,多余的光伏电量为储能电池充电,如果储能电池SOC高于设置的最高值,EMS控制光伏系统限功率运行。
这种类型的电网通常装机容量都比较小,中腾微网马尔代夫26岛微电网项目部分岛屿即采用了这种模式,另外,中腾微网埃塞俄比亚项目(2MWpPV+5.5MWhBattery+1MWPCS+kWDieselGenset)也是采用了这种运行模式。
SUMMARY
总结一下上述各种类型微电网的特点:
不同类型微电网应用场景
类型
子类型
种类代号
应用场景
项目目标
系统成本
投资回报率
可再生能源利用率
并网型
不具备无缝切换功能
-
存在市网,但是市网不稳定,对用电质量要求不高,没有无缝切换要求,对系统总成本比较敏感
√
经济性
√
绿色环保
不加储能较低,加储能较高
不加储能较高,加储能较低
不加储能较低,加储能较高
并网型
具备无缝切换功能
-
存在市网,但是市网不稳定,对用电质量要求相对比较高,需要实现设备的不间断供电,即需要实现缝切换,对系统总成本不太敏感
√
功能性
√
绿色环保
较高
较低
较高
离网型
柴油机+光伏
TYPEA
没有市网,对系统总成本非常敏感
√
经济性
√
绿色环保
较低
高
低
离网型
柴油机(VF)+光伏+储能
TYPEB
没有市网,对系统总成本比较敏感,同时追求比较高的可再生能源利用率
√
功能性
√
绿色环保
√
经济性
较高
较低
较高
离网型
柴油机+光伏+储能(VF)
TYPEC
没有市网,项目规模相对较小,同时追求高的可再生能源利用率
√
功能性
√
绿色环保
高
低
高
综上可以看出,在上述各种类型的微电网中,EMS能量管理系统都起着非常重要的作用,一款可靠的EMS系统对项目的顺利运行起着非常关键的作用。
中腾微网拥有一支资深的研发团队,自主研发的产品EMS(能量管理系统)、GDP(全球数据管理平台)及SP30H(PCS储能逆变器)等均已正式上线并成功应用于马尔代夫、缅甸、乌干达及苏里南等国家地区的微电网项目当中。
中腾微网已获得国家高新技术企业和中关村高新技术企业证书。已申报和获得授权的国家发明专利有8项,计算机软件著作证书26项及实用新型发明专利63项。此外,中腾已通过了ISO三体系认证及HSE管理体系认证。
中腾微网技术团队有15年以上的新能源微电网产品设计和集成经验,始终坚持以“客户第一”的服务宗旨,始于客户需求,终于客户满意。根据客户的实际应用需求,提供完整的新能源微电网和离网系统解决方案。
迄今为止,中腾微网已在二十多个国家和地区建成30余个新能源微电网项目,惠及人口超过万人,业务版图覆盖了东南亚、中亚、太平洋地区、中南美洲和非洲,项目经验丰富。此外,中腾微网在全球欠发达地区已成功安装并投入使用超过40万套太阳能离网系统,为欠发达地区超过三百万人解决了基本用电问题。在这些欠发达地区投建的项目中,中腾微网针对用户进行免费培训和使用维护,并在项目地投建配套维修站,持续为用户提供高质量的产品和服务。
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