引言

傳統(tǒng)能源在不斷的消耗中日益匱乏,這不但促進(jìn)了可再生能源的發(fā)展 ,也促使新能源發(fā)電規(guī)模不斷擴(kuò)大。儲(chǔ)能技術(shù)作為提高電網(wǎng)間歇性可再生能源發(fā)電接納技術(shù)水平的核心技術(shù),更是"碳達(dá)峰、碳中和"行動(dòng)方案的重要組成部分和新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵支撐技術(shù),現(xiàn)在在電力網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域呈現(xiàn)良好的發(fā)展趨勢(shì)。

傳統(tǒng)電網(wǎng)的運(yùn)行過(guò)程時(shí)刻處于發(fā)電與負(fù)荷之間的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài),電網(wǎng)系統(tǒng)以"供需平衡"的規(guī)則時(shí)刻運(yùn)行著。傳統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)由于科技和社會(huì)的不斷發(fā)展,其短板不斷凸顯,同時(shí)電力網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度日益困難和復(fù)雜 。

電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中引入儲(chǔ)能技術(shù),不僅可以配合一些新能源接入電網(wǎng),實(shí)現(xiàn)負(fù)荷調(diào)節(jié),彌補(bǔ)線路損耗,從而實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)的再優(yōu)化、電能質(zhì)量的進(jìn)一步提高,還可以通過(guò)商業(yè)化應(yīng)用與推廣,實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)價(jià)值,降低成本。

用戶(hù)側(cè)是儲(chǔ)能最早實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的領(lǐng)域,通過(guò)蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行峰谷套利,具有非常良好的市場(chǎng)發(fā)展空間。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)江蘇省電力價(jià)格及收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)(2021年1月）,大工業(yè)用電尖峰電度電價(jià)在1.1141元/(kw·h）,波谷電度電價(jià)在0.2987元/(kw·h）,峰谷差價(jià)為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益提供了可能。

1用戶(hù)側(cè)蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

1. 1儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及電氣拓?fù)鋱D

蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)電氣拓?fù)鋱D如圖1所示,主要由儲(chǔ)能電池組[Batterypack,由磷酸鐵鋰電池(3.2 V/120 Ah電芯）組成]、電池管理系統(tǒng)(BMS）、儲(chǔ)能雙向變流器(PCS）、監(jiān) 控系統(tǒng)(EMS）、熱管理系統(tǒng)(TMS）、配電系統(tǒng)等部件組成。

這套工作系統(tǒng)是將儲(chǔ)能電池組之間通過(guò)銅排進(jìn)行連接,直流配電柜至PCS采用電纜經(jīng)由電纜溝接入PCS直流側(cè)輸入斷路器 ,從而接入市內(nèi)電網(wǎng)。采用Modbus TCP/IP通信方式將工作狀態(tài)反饋給集中監(jiān)控系統(tǒng)和智能后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng),進(jìn)行整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的調(diào)控[4]。

1.2儲(chǔ)能系統(tǒng)功能概述

蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)(電站）的工作功能特點(diǎn)主要有下面幾點(diǎn):

圖1 電氣拓?fù)鋱D

(1）儲(chǔ)能電池組電池管理系統(tǒng)通過(guò)對(duì)電池電壓、能量均衡、電流的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)電池的日常維護(hù)、管理、保護(hù),同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)磷酸鐵鋰電池組的均衡管理。

(2）儲(chǔ)能雙向變換器系統(tǒng)(PCS）漸漸成為現(xiàn)代儲(chǔ)存電能最流行的形式 ,儲(chǔ)能雙向變換器具有諸多優(yōu)點(diǎn),比如:電壓升高時(shí)能夠有效降低輸入電流和功率的損耗:功率會(huì)隨著電壓的減小而減小:靜電電流小,可以更有效地為使用者節(jié)約電能:配置以及組合方式簡(jiǎn)潔明了。

(3）ModbusTCP/IP或RS485通信協(xié)議是BMS和微網(wǎng)中 央控制系統(tǒng)間進(jìn)行數(shù)據(jù)之間轉(zhuǎn)換的一種通信方式。

(4）通信控制接口的主要功能是通過(guò)對(duì)電池系統(tǒng)單元與PCS、中央控制系統(tǒng)間進(jìn)行調(diào)控、管理,從而使電池能夠在一個(gè)安全的環(huán)境下正常工作。

1.3主要電氣設(shè)備選型

1.3.1基礎(chǔ)分析

先進(jìn)行相關(guān)線路及變壓器潮流分析,確保上傳至上級(jí)電網(wǎng)時(shí)不會(huì)對(duì)周邊電網(wǎng)潮流分布造成影響,再根據(jù)工程最大電流選擇線路導(dǎo)線的截面。

1.3.2并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)設(shè)備選擇

并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)應(yīng)選擇安全性和效率高、開(kāi)關(guān)輪廓明顯且操作與后期維護(hù)簡(jiǎn)單的設(shè)備,開(kāi)關(guān)設(shè)備應(yīng)挑選最佳的斷路器搭配工作。由于開(kāi)關(guān)短路分?jǐn)嚯娏餍枰哂?0 kA,需要斷路器能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)切斷和接通負(fù)荷電路,以保障電路的安全運(yùn)行,篩選之下,塑殼斷路器最適合作為并網(wǎng)點(diǎn)的開(kāi)關(guān)設(shè)備。

1.3.3無(wú)功補(bǔ)償容量配置

安裝人員需要參考用戶(hù)提供的相關(guān)資料來(lái)決定是否安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置,安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置的基本要求如下:客戶(hù)在使用時(shí)功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0 .95以上,輸出的有功功率應(yīng)大于本身功率的1.5倍且輸出的有功功率應(yīng)為正常的1/5左右。

1.3.4 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)要求

隨著社會(huì)的發(fā)展,企業(yè)及普通用戶(hù)的用電量在不斷上升,電站的電能質(zhì)量也受到諸多因素的影響,其中有:波動(dòng)負(fù)荷產(chǎn)生的諧波、供電距離過(guò)遠(yuǎn)等導(dǎo)致的電壓偏差、電源事故可能出現(xiàn)的電壓波動(dòng)、電能輸送電纜老化等原因造成的電壓不平衡、電流在電路短路時(shí)無(wú)法突變產(chǎn)生的直流分量等。

由于光伏、風(fēng)力、儲(chǔ)能電站系統(tǒng)的輸出功率不穩(wěn)定,為防止這一情況發(fā)生,應(yīng)該對(duì)電能質(zhì)量加裝實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng),以便實(shí)現(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量指標(biāo)的實(shí)時(shí)測(cè)量以及記錄,一切都需符合國(guó)家發(fā)布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2實(shí)際儲(chǔ)能系統(tǒng)的接入與分析

2.1基本情況

以江蘇某廠1 .5Mw、4 .42 Mw·h儲(chǔ)能項(xiàng)目為例,現(xiàn)為兩路l0kv進(jìn)線,共6臺(tái)變壓器,一次主接線圖如圖2所示。

2.2 接入系統(tǒng)電壓等級(jí)

根據(jù)《分布式電源接入配電網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(o/GDw11147一2013),分布式電源接入配電網(wǎng)的電壓等級(jí),應(yīng)按照安全性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性等原則,根據(jù)分布式電源容量、發(fā)電特性、導(dǎo)線載流量、上級(jí)變壓器及線路可接納能力、用戶(hù)所在地區(qū)配電網(wǎng)情況,經(jīng)過(guò)綜合比選后確定。本次工程裝機(jī)容量為l.5Mwp,推薦380v電壓等級(jí)上網(wǎng)。

2.3接入系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)基本情況設(shè)計(jì)并做出模擬圖,如圖3所示,儲(chǔ)能電站自并網(wǎng)柜新建三回電纜線路將接入用戶(hù)廠區(qū)2#變電所380 v母線上網(wǎng) ,2#、4#、5#變壓器低壓側(cè)各接入500kvA ,單回路最大電流l000A,同時(shí)考慮每回線路同時(shí)充電和給用電負(fù)荷供電,按l000kvA容量計(jì)算,新建電纜型號(hào)為6×(ZRC-yJV-3 × 185+2×95）。采用無(wú)線公網(wǎng)通信方式,并向電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)提供并網(wǎng)點(diǎn)電流、電壓、并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)和發(fā)電量信息:儲(chǔ)能電站功率因數(shù)控制在0.95(超前）～0.95(滯后）且連續(xù)可調(diào)。

圖3模擬拓?fù)鋱D

2.4接入系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)收益分析

根據(jù)相應(yīng)的用電信息可以得出其1#進(jìn)線實(shí)際負(fù)荷谷電階段基本在1600～4000kw,峰電階段基本在2000～5000kw,因此1#進(jìn)線10kV母線既在谷電階段擁有足夠的余量對(duì)1000kVA儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行充電,又在峰電階段擁有足夠的負(fù)荷供儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行放電。同理,2#進(jìn)線也能在谷電階段擁有足夠的余量對(duì)500kVA儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行充電,又在峰電階段擁有足夠的負(fù)荷供儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行放電。

暫選擇2#變電所380 V母線上網(wǎng),2#、4#、5#變壓器低壓側(cè)各接入500kVA ,每個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)接入0.5Mw/1.47Mw·h儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行電力的削峰填谷。當(dāng)電量處于用戶(hù)使用量最少時(shí),可以對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)以0.5Mw功率進(jìn)行補(bǔ)充電量:當(dāng)電量處于用戶(hù)使用量最大時(shí),可以對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行1.47Mw·h的負(fù)荷放電,從而使得谷電狀態(tài)和峰電狀態(tài)同時(shí)獲得收益的最大化。

3結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)江蘇某廠新能源項(xiàng)目的思考和分析發(fā)現(xiàn)蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能極大地提高電能使用效率,減少使用成本,提高經(jīng)濟(jì)效益。由于電能不能直接被儲(chǔ)存下來(lái),儲(chǔ)能技術(shù)的突破成為世界性難題,不少學(xué)者為了能使用戶(hù)在電能使用高峰期免受停電影響 ,提倡將"電能轉(zhuǎn)換成勢(shì)能"技術(shù)普及應(yīng)用到生活中,也希望其他儲(chǔ)能方式被普及應(yīng)用的那一天可以早點(diǎn)來(lái)臨。