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分布式新能源发电及微电网实验室技术方案
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分布式新能源发电及微电网实验室技术方案

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产品描述

  1. 背景介绍

  随着光伏、风电等可再生能源发电技术的发展,分布式发电日渐成为满足负荷增长需求、提高能源综合利用效率、提高供电可靠性的一种有效途径,并在配电网中得到广泛的应用。但分布式发电的大规模渗透也产生了一些负面影响,如单机接入成本较高、控制复杂、对大系统的电压和频率存在冲击等。这限制了分布式发电的运行方式,削弱了其优势和潜能。微网技术为分布式发电技术及可再生能源发电技术的整合和利用提供了灵活、高效的平台。 微电网系统被视为未来智能电网的最重要一环,可以有效地实现电网侧电力能量的转移,实现能量的削峰填谷。

 

  2. 系统特点

  智能微电网微电网建设主要针对新能源专业的老师/学生而开发的微电网科研/教学设备。系统的核心在于中央控制与能量调配,本系统采用集中管理的方式对一次侧接入进行电能调度分配;

  1)可实现实际光伏、模拟光伏,实际风电、模拟风电、蓄电池、超级电容、柴油机、模拟负载、燃料电池、充电桩等多种一次侧设备的互联,各个设备都单独可控,通过IEC61850规约,实现四遥数据的控制。

  2)系统中既包含交流母线,又具备直流母线,两种母线混合在一起,可提供更多的研究实验和更灵活的能量管理策略。

  3)可实现智能并离网(并网与孤岛状态)切换,既可以并网运行,也可以孤网运行,实现无缝切换,且多种运行模式相互自动或手动方式切换。各子系统可以独立完成相关的实验。

  4)集成并/离网切换、黑启动、功率平滑、时移、故障诊断、离网功率平衡控制、有功/无功功率控制、电压/频率响应特性控制、保护等功能。

  5)实现微电网整体系统数据监控、数据采集、设备管理、功率控制、电能质量监测、能效评估、用电计划设定,经济性分析等。

  6)将接入微电网的负荷进行分级管理实时监测、显示、记录微网系统的工作状态,具有本地监控和远程监控两种控制方式

  7)配置分级保护和计量装置,在微电网内部故障、外部故障情况下,均保证其准确、快速动作,使系统安全运行。

  8)针对高校学生,充分考虑了学生的具体知识结构与层次,使得学生可以充分理解微电网的特点与结构;学生可以在本系统中进行系统的设计、安装、软件控制等多个专业的知识进行实训。

  9)针对做科研的老师,开放部分一次侧设备的软硬件资料,包括板级硬件图纸以及软件驱动源代码、算法源代码等,开放上位机软件的源代码程序。提供整体的系统的基础开发平台,方便用户二次开放,提供详细而丰富的培训课程,使用户可快速入门并掌握整体系统,大大提高科研实验的效率。

  10)设备应用底层驱动与应用层分离,底层硬件驱动,各类数据库、通讯协议解析进行封装,与系统数据监控、设备管理等功能应用进行分离,保证用户在此平台上进行后台控制策略软件的二次开发。

 

  系统架构

  系统由发电侧系列设备、储能侧系列设备、用电侧系列设备、二次侧控制设备、配电保护及测量设备等几个部分组成,每个部分都可按照客户的需求进行灵活搭配。

 

分布式新能源发电及微电网实验室技术方案

 

  3. 系统主要部件技术说明及特点介绍

  3.1 光伏发电系统(开放式)

  光伏发电系统部分主要包括:

  1、多晶硅光伏组件 单晶硅光伏组件

  2、光伏三相并网逆变器

  3、光伏PV模拟源

  4、实验例程和项目

  5、光伏变流器开源软硬件资料

 

  3.2 模拟风力发电系统—直驱式&双馈式风力发电系统(开放式)

  直驱风力发电实验仿真平台组成

  直驱式风力发电系统主要包括:

  1)7.5kW三相异步电机、5.5kw三相永磁发电机、槽钢底座

  2)7.5kw ABB矢量变频器

  3)5kW风机背靠背整流逆变柜

  4)实验例程和项目

  5)变流器开源软硬件资料

 

分布式新能源发电及微电网实验室技术方案

 

  双馈风力发电实验仿真平台组成

  双馈式风力发电系统主要包括:

  1)7.5kW三相异步电机、5.5kw双馈发电机、槽钢底座

  2)7.5kw ABB矢量变频器

  3)5kW风机励磁变流柜

  4)实验例程和项目

  5)变流器开源软硬件资料

 

分布式新能源发电及微电网实验室技术方案

 

  3.3 实际风力发电系统

  风力发电系统主要包括:

  1)水平轴风力发电机

  2)支架与拉杆配件等

  3)风机控制器(含卸荷器)

  4)风机并网逆变器

  室外风力发电系统基本组成包括:1KW水平轴风机,1KW风机控制器,1KW并网逆变器, 风机塔架及风机塔架基础、辅助拉杆、电力线缆等附件。

 

  3.4 柴油机发电系统

  1、柴油发电机

  2、柴油机变流器

  3、柴油机电子模拟器(模拟设备,可选)

 

  3.5 储能DC-AC双向变流器(PCS)

  储能逆变器是整个微电网系统的核心设备,是应用在储能环节,以双向逆变为基本特点,具有一系列特殊性能、功能的并网逆变器。能有效调控电力资源,能很好地平衡昼夜及不同季节的用电差异,调剂余缺,保障电网安全。是可再生能源应用的重要前提和实现电网互动化管理的有效手段。

 

分布式新能源发电及微电网实验室技术方案

 

  拓扑结构

 

分布式新能源发电及微电网实验室技术方案

 

  3.6 磷酸铁锂电池储能系统

  磷酸铁锂电池由128组3.2v50AH锂电池模块组成,一共分为1组,由128个电池串联。共20KWh,直流电压400V。

分布式新能源发电及微电网实验室技术方案

 

  3.7 超级电容系统

  超级电容组是由4组110V,7F电容模块组成,2串2并。孤岛运行时,可为系统提供瞬间功率支撑;容量5kW.15s,额定输出直流电压220V,电流20A。

 

  3.8 双向DC-DC变换器(开放式)

  双向DC-DC变流器,是将磷酸铁锂电池组和超级电容组的直流电进行升/降压,使其接入到400V直流母线上,可实现能量的双向流动,完成储能系统的充放电,同时可接受中央控制器的调度和监测。

分布式新能源发电及微电网实验室技术方案

 

  3.9 可编程RLC负载

  可编程RLC负载特点

  1. 内置有精密RLC负载,是由连续可调电阻、电感、电容负载系统、电气参数测试系统、自动控制系统、软件分析编程系统组成。

  2. 可以模拟三相负载不平衡、负荷突加突卸、不同功率因素超前、滞后等各种电力工况。检验微网系统在各种复杂极端工况下的运行可靠性。

  3. 预先设置负荷运行的状态及时间,可编程交流负载预先设定的根据负荷曲线自动加载运行,模拟预测的负荷曲线。

  4. 可以用于测量微网逆变器或微网并网点的防孤岛效应保护功能。

  5. 在微网试验平台与能量管理系统程序研发试验中,可以将本设备任意设定成一级负荷、二级负荷、三级负荷,通过软件远程控制功能实施可行性实验。

  6. 内置有多通道的电气参数采集模块,能够精确测量显示三相RLC各个通道的电压、电流、有功功率、无功功率等电气参数。

  7. 内置的阻性负载、感性负载及容性负载最小标准功率为0.1kVA,步进幅度0.1kVA,负荷功率连续可调,可精确模拟交流谐振发生并满足逆变器防孤岛保护功能检测需要。

  8. ABC三相阻性负载、感性负载、容性负载的功率,可以分相独立控制及调节,满足三相电压不平衡条件下仍可精确调节出交流谐振点的要求。

  9. 可以通过远程PC机设置相应的功率,任意组合、设定加载RLC功率,即可远程控制并调节RLC功率,将测量数据上传到PC机。

 

  3.10 交流充电桩系统

  功能特点

  主控板采用具有嵌入式操作系统的单片机,充电模式分为自动充满、定时间、定金额、定电量四种,可预留RS-485组网通讯接口。

  采用8寸800x600分辨率彩色触摸屏显示,以触摸按键操作,可设定充电模式;

  采用单相电子式电能表进行电度计量,通过RS-485接口与主控板通讯;

  采用非接触式智能读卡器,读取IC卡相关信息,通过RS-485接口与主控板通讯,由主控板后台程序进行充电者身份识别、用户信息记录、充电费用计算等;

  进线开关采用具有漏电保护功能的开关,并安装急停按钮;

  外形采用钣金和部分ABS塑料结构。

 

分布式新能源发电及微电网实验室技术方案

 

  3.11 可回馈式直流电子负载

  产品简介:

  直流电子负载是专门为直流电源老化、测试及储能蓄电池性能测试开发的电子负载。电子负载能量逆变馈网,实现能量回收,节能环保!广泛应用于直流电源、电池、电力电子设备检测等用途。

 

  3.12 电缆阻抗及故障模拟系统

  阻抗模拟系统带有独立且不同规格的模块,每个模块可单独使用;能够精确模拟对应距离微网接入电缆的阻抗、感抗值,连接的公共低压供电系统电缆长度的模拟,其步进50米。

 

分布式新能源发电及微电网实验室技术方案

 

  主要功能:

  1) 模拟微电网接入的线缆特性;

  2) 测量各种保护设备的跳闸时间试验及数据采集;

  3) 短路电流的比较试验;

  4) 测试发生短路时对设备的影响;

  5) 功率传输的影响,线损对接入影响的分析依据;

  6) 可在控制台上调节阻抗、感抗,实现高效率检测;

  7) 满足本地控制,根据现场实验测量需要,可以任意调节;

  8) 阻性负载采用特殊合金电阻元件,不会产生红热现象,防止由于阻性负载元件发热而引起电阻值热漂移;

  9) 感性负载采用线性电感,精度高,热漂移变化极低;

  10) 过流保护功能:设备超过限值时所有线路模拟会直接自动调节并跳闸为“直通”档

 

  3.13 APF & SVG有源滤波器

  有源电力滤波装置,以并联方式接入电网,通过实时检测负载的谐波和无功分量,采用PWM变流技术,从变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对应的反向分量并实时注入电力系统,从而实现谐波治理和无功补偿。原理如下图:

 

分布式新能源发电及微电网实验室技术方案

 

  主要技术特点

  ——DSP+FPGA全数字控制方式,具有极快的响应时间;

  ——先进的主电路拓扑和控制算法,精度更高、运行更稳定;

  ——一机多能,既可补谐波,又可兼补无功;

  ——模块化设计,便于生产调试;

  ——便利的并联设计,方便扩容;

  ——具有完善的桥臂过流、保护功能;

  ——使用方便,易于操作和维护。

 

  3.14 微电网主控柜(开放式)

  微电网中央控制器

  微电网中央控制系统,通过对微电网系统进行高速数据采集,收集全网电气参数, 对全网运行状态进行采集和监视, 并在此基础上进行逻辑运算,得出控制策略对微电网进行实施调节控制,实现微电网电源、储能、负荷的实时动态调节功能,保证微电网安全、稳定运行。

 

分布式新能源发电及微电网实验室技术方案

 

  3.15 微电网能源与管理系统

  微电网能源管理系统是微网系统的神经中枢和能量管理中心,系统利用物联网技术构建传感测控网络,对智能微网各种类设备运行、环境状态及人员管理进行综合的信息感知,监控BMS和PCS的运行信息,集成微网系统发电和储能监控、供电监控、计费管理等功能。同时接收电网调度中心下发的调度指令,并根据当前电池组和微网逆变器的运行信息合理的分配调度指令。

 

  3.16 直/交流微源接入组合柜

  直/交流微源接入组合柜,是将直/交流流母线接入电网、各类型分布式发电源、储能系统、各类型模拟负荷等设备的接入端口汇总到组态柜上,同时配备远控电操、接触器、电能参数采集模块等,实现中央控制器统一远程控制各设备,并实现自动切换实验拓扑结构功能。

 

分布式新能源发电及微电网实验室技术方案

 

  3.17 并网接入柜

  微电网并网接入柜对微电网系统的发电、用电、储能设备提供必要的保护,接受微电网控制系统的统一控制以保证微电网的稳定、可靠运行。是电网控制系统的关键设备。

  微电网并网组态柜包含了PCC接入点,具备电能质量在线监控、并离网切换开关、各类电信号的采集、双向计量等功能。包含了部分分布式发电源、储能系统的接入。微电网并网组态柜是微网实验平台的配电装置,负责微网内各变流器与电网的连接,必要时可断开平台与电网的连接,形成孤网。柜内配有测量装置,双向智能电表,通信协议向外部开放。

 

  3.18 电网模拟器

  60kVA交流可回馈模拟电源通过先进DDS频率控制算法以及双环双极性的SPWM逆变控制技术实现光伏逆变器测试所需各种电网电压和频率变换,模拟电网变化的各种工况,达到真实模拟电网状态的目的,满足各标准要求的测试项目任务;同时整流端是四象限运行方式,被测逆变器的能量可直接通过电网模拟源回馈到电网,除防孤岛外的所有测试无需连接负载,测试平台连线简单方便。

分布式新能源发电及微电网实验室技术方案

 

  3.19 在线式电能质量监测仪

  设备采集模块采用TI公司的TMS320F28335,32位DSP数字处理器,主频高达150M,外扩内存512K,保证数据采集处理的准确性和稳定性,四层电路板设计,提高了系统稳定性和抗干扰能力。

 

  3.20 线路测控柜

  (1)含线路首末端开关及其控制系统、测控单元;

  (2)可在线监测各线路的三相电流、电压有效值和相位;各序分量的有效值和相位;有功功率、无功功率、功率因数以及频率;

  (3)在线监测线路开关的开、断状态;

  (4)对线路开关的开/合控制;

  (5)测控单元的响应能力满足对生产过程的数据采集和控制命令执行的时间要求;

  (6)控制中心的响应能力满足系统数据采集、人机通信、控制功能和系统通信的时间要求;

 

  3.21 示波器

 

分布式新能源发电及微电网实验室技术方案

 

  4. 微电网系统实景展示图

 

分布式新能源发电及微电网实验室技术方案

 

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