风光储微网系统一体化解决方案

田 军 吴建东

（东方电气中央研究院，成都 610054）

随着智能电网的大力推广，风光储微网系统在并网模式下高效运行，可以提高绿色能源生活小区、新能源厂区、风电场、光伏电站等新能源利用率，增加发电效益；风光储微网系统在孤岛模式下稳定运行为我国解决边远山区、海上钻井平台、远离大陆的岛屿等传统电网无法覆盖地区的缺电问题提供了最佳的解决方案，有着非常好的市场前景和经济效益[1-10]。

东方电气结合自身成套设备优势，自主研发了微网系统经济性构建软件、稳定性分析测试平台、智能能量管理系统，可根据当地负荷特性和自然资源，以及业主需求，得到微网系统设计方案，结合丰富的电气设计经验、完备的产品供应链、卓越的工程总承包业绩，东方电气在风光储微网系统领域具有从需求侧分析，到方案设计、电气设计、设备供应、工程施工及电站服务等全产业链的一体化解决能力，积极开拓市场，并成功应用在杭州新能源风光储微网系统、印度阿萨姆州绿色能源生活小区、泰国光伏电站储能系统等项目。

通过工程项目验证，东方电气的风光储微网系统解决方案具有较大的产业链优势：一体化解决能力、微网系统经济性构建软件、稳定性分析测试平台、智能能量管理系统、完备的产品供应链、工程总承包（EPC）业绩卓越。

1 系统组成及功能

风光储微网系统一体化解决方案如图1所示，包括3 个部分：系统方案设计、系统工程设计、工程施工及验收。

图1 风光储微网系统一体化解决方案示意图

1.1 系统方案设计

系统方案设计的功能是：根据负荷特性、当地自然资源，以及业主需求，通过微网经济性构建软件、稳定性分析测试平台得到业主满意的微网系统设计方案。

1）微网经济性构建软件

微网经济性构建软件功能如图2所示，根据负荷特性、当地自然资源、约束条件，以及设计目标如缺电率、成本等，通过自主开发的微网经济性构建软件（MODER），评估可利用的自然资源（如风能、太阳能），确定装机容量和可接入负荷；根据业主对供电安全性和供电质量的要求，确定储能设备的容量及种类，从而设计出兼顾度电成本最优的系统设计方案。

图2 微网经济性构建软件

2）微网稳定性分析测试平台

根据经济性微网系统设计方案，利用东方电气RTDS 实时仿真技术，结合实际产品控制器，建立风光储微网系统硬件在环测试平台，验证微网系统的稳定性及性能满足业主需求。东方电气RTDS 实时仿真系统如图3所示，具有4 套RACK，在发电设备商中处于领先。

图3 RTDS 实时仿真系统

1.2 系统工程设计

系统工程设计功能：通过系统方案设计，得到业主认可的微网系统设计方案，东方电气拥有新能源发电/风力发电设计资质，可完成微网系统电气设计；通过微网系统电气设计，根据自主开发的智能能量管理系统（包括：监控系统、发电管理、功率预测、储能系统管理、智能调度等），使微网系统能够安全、稳定、高效运行。

1.3 工程施工及验收

通过系统工程设计，得到微网系统电气设计、能量管理、设备选型等方案，可依靠东方电气“六电并举”完备的产品链，以及丰富的海内外工程总承包经验完成设备供应以及工程施工。东方电气已形成“六电并举”的产品格局，约占国内火电市场份额的三分之一和水电市场的一半左右，核电、燃气发电、风电、光伏居于国内领先，海水淡化装备及储能系统正在逐步走向市场。

东方电气积极拓展海外业务，产品运行在世界各地，从1994年起连年入选全球最大工程承包商之列，2013年“ENR（Engineering News-Record，《工程新闻记录》）排名第92 位。严格参照传统电站运行测试规范，微网系统须通过168h 运行测试，验证系统满足业主目标，使微网系统能够安全、稳定、经济、高效运行。

通过上述的系统方案设计、系统工程设计、工程施工及验收，东方电气具有从需求侧分析，到方案设计、电气设计、设备供应、工程施工及电站服务等全产业链的一体化解决能力。

2 产业链优势

东方电气在风光储微网系统领域具有全产业链的一体化解决能力，其产业链优势主要表现为：一体化解决方案、微网系统经济性构建软件、稳定性分析测试平台、智能能量管理系统、完备的产品供应链、工程总承包（EPC）业绩卓越。

2.1 微网系统经济性构建软件

自主开发的微网系统经济性构建软件（MODER）如图4所示，从业主需求侧出发，根据当地的负荷特性、自然资源、电源类型，确定微网系统的结构，建立微网各子系统电气、成本模型（风电、光伏、储能、水轮机组、柴发机组等），综合考虑微网构建的投资成本、电源发电的等效成本、 新能源发电比例、负荷功率需求增长等因素进行分布式发电电源的选取以及容量配置，以业主需求为目标构建微网系统，为业主提供备选微网系统设计方案。

图4 微网系统经济性构建分析软件

2.2 微网系统稳定性分析测试平台

自主开发的微网系统稳定性测试平台如图5所示，利用东方电气RTDS 实时仿真系统，搭建风电、光伏、储能，以及配电线路和变压器仿真模型，并结合实际产品控制器，形成风光储微网系统硬件在环测试平台，验证在不同工况下，各备选微网系统的稳定性及性能，从而选出既满足业主经济性要求，又满足稳定性及性能要求的最佳微网系统设计方案。

图5 微网系统稳定性测试平台

在RTDS 实时仿真系统上，模型的精确性直接影响验证微网系统稳定性的可信度，而模型的精确性需通过产品实际运行数据进行效验和优化。依靠东方电气在发电设备领域完备的产品链，结合产品现场运行数据，对已有产品模型进行RTDS 仿真效验，现已完成模型包括：光伏机组、风电机组、储能系统，以及常规发电机组等。

2.3 智能能量管理系统

通过自主开发和工程验证，智能能量管理系统如图6所示，其关键技术包括：

1）监控系统。实时对系统运行状态进行监测与控制。

2）发电管理。对系统内发电设备工作状态及出力进行自动分配，确保系统稳定运行。

3）功率预测。对未来系统内发电设备出力进行有效的短期、长期预测，其预测结果用于优化发电管理控制以及调度参考。

4）储能控制。根据系统内发电设备出力与负载需求，控制储能系统用于波动平抑、消峰填谷、主电源等功能。

5）系统保护。分为设备级保护、系统级保护，根据系统运行工况，减小故障影响范围，确保系统能安全稳定运行。

6）智能调度。根据功率预测、负荷预测、储能系统功能，对系统内发电设备进行优化控制，提高系统发电效益。

通过智能能量管理系统，使微网系统能够安全、稳定、高效运行。

2.4 完备的产品链及卓越的EPC 业绩

东方电气在发电设备领域拥有完备的产品链，已形成“六电并举”的产品格局，约占国内火电市场份额的三分之一和水电市场的一半左右，核电、燃气发电、风电、光伏居于国内领先地位，海水淡化装备及储能系统正在逐步走向市场。

东方电气积极拓展海外业务，产品运行在世界各地，从1994年起连年入选全球最大工程承包商之列，2013年“ENR”排名第92 位。

图6 智能能量管理系统

3 解决方案案例

东方电气在风光储微网系统领域具有全产业链的一体化解决能力，积极开拓市场，并成功应用在杭州新能源风光储微网系统试验平台上，正在为光热电站风光储微网系统、印度阿萨姆州绿色能源生活小区、泰国光伏电站储能系统等项目进行方案设计，为后续应用于绿色能源生活小区、新能源厂区、海上钻井平台、远离大陆的岛屿等打下良好基础。

3.1 完成案例

1）杭州新能源风光储微网系统试验平台

东方电气新能源设备（杭州）有限公司是中国东方电气集团直驱式风力发电机组的研究、生产、试验基地，现已批量生产1.5MW、2.5MW、3MW 直驱型机组。在东方电气新能源设备（杭州）有限公司厂区内建立 1.5 MW 直驱型风电机组、125kWh/500 kW 储能装置、100 kW 光伏机组、100 kW 柴油发电机，构成风光储微网系统试验平台，如图7所示，微网系统于2014年3月通过168 小时运行测试，完成项目目标，通过业主验收；系统于2014年4月正式并网发电，每月发电量5 万度左右，可为厂区节省电费约50 万元/年。

杭州新能源风光储微网系统正常稳定运行，体现了东方电气拥有风光储微网系统一体化解决方案的能力；通过试验测试，验证了微网系统经济性构建软件、稳定性分析测试平台、智能能量管理系统的有效性，为方案应用于绿色能源生活小区、新能源厂区、海上钻井平台、远离大陆的岛屿等提供了试验测试平台，进一步验证方案的可行性。

3.2 进行案例

1）光热电站风光储微网系统

在50MW 光热电站周围建立10.5MW 风电系统、20MW 光伏系统、20MWh/5MW 储能系统，构成风光储微网系统，如图8所示，微网系统运行模式分为孤岛模式、并网模式。

孤岛模式：风光储微网系统给光热电站厂区负荷、施工供电，当光热电站启动时，给5MW 厂用负荷供电4h；施工供电包括生活区、组装区、施工区，总负荷小于2MVA，考虑负荷不平衡、冲击负荷。

图7 杭州新能源风光储微网系统

图8 光热电站风光储微网系统结构示意图

并网模式：光热电站并网发电后，微网运行在并网模式，向大电网送电。

东方电气按照业主需求，通过自主开发的微网系统经济性构建软件、稳定性分析测试平台，分析了风光储微网系统在孤岛、并网模式稳定运行的边界条件，设计了微网的智能能量管理系统，使微网系统稳定运行，满足业主目标。

2）印度阿萨姆州绿色能源生活小区

印度阿萨姆州生活小区有250 栋房屋，每个屋顶安装太阳能板，共安装1MW 光伏系统，配置适当的储能电池，组成光储系统，保证电网没电时，光储系统能给小区负荷供电4h，系统如图9所示，业主需求：白天，电网有电，光伏发电，储能装置平衡能量，电网给住宅负荷供电；白天，电网没电，光伏发电，光储系统给住宅负荷供电（4h）；夜间，电网有电，光伏不发电，电网给住宅负荷供电，给储能充电；夜间，电网没电，光伏不发电，光储系统给住宅负荷供电（4h）。

东方电气按照业主需求，根据当地的负荷特性、光照资源，通过自主开发的微网经济性构建软件、微网系统稳定性测试平台，得到微网设计方案，并结合现场工况，完成光储系统电气设计、设备选型、智能能量管理系统、储能系统控制等，使光储系统稳定运行，满足业主目标。

图9 印度阿萨姆州绿色能源生活小区示意图

3）泰国光伏电站储能系统

泰国对光伏电站的发电功率是限制的，超出限制功率，电网不支付电费。由于光伏发电量受阳光直射影响，早晚的发电量低，中午发电量高，而中午发电量超过上限的功率不能收取电费，造成电站经营的损失。可采用储能装置将超出限制功率的电能存入，低谷时放电， 提高可再生能源的利用率。一年内光伏电站超出限值的发电量如图10所示。

图10 泰国光伏电站一年内超出限值发电量

东方电气按照业主需求，根据光照资源，通过自主开发的微网经济性构建软件、微网系统稳定性测试平台，确定储能设备的容量及种类，并结合现场工况，完成光储系统的设备选型、智能能量管理系统等，使系统稳定运行，满足业主目标。

3.3 后续应用

通过上述完成项目和正在进行的案例，东方电气自主开发的微网系统经济性构建软件、稳定性分析测试平台、智能能量管理系统的有效性得到充分验证，为方案应用于海上钻井平台、远离大陆的岛屿、新能源厂区、绿色能源小区等打下良好基础。

4 结论

通过工程项目验证，东方电气风光储微网系统一体化解决方案的产业优势主要表现如下。

1）系统方案设计。根据负荷特性、当地自然资源，以及业主需求，通过自主开发的微网经济性构建软件、稳定性分析测试平台，得到业主满意的微网系统设计方案。

2）系统工程设计。根据方案设计，依托东方电气的丰富设计经验、自主开发的智能能源管理器，完成微网系统电气设计和智能能量管理系统。

3）工程施工及验收。根据系统工程设计，依托东方电气在发电设备领域拥有完备的产品链、 卓越的EPC 业绩，完成微网系统设备供应、系统施工、168h 运行测试，使微网系统能够安全、稳定、经济、高效运行，满足业主验收目标。

东方电气的风光储微网系统一体化解决方案，可应用在新能源厂区、绿色能源生活小区、风电场、光伏电站等，提高新能源利用率，增加发电效益；也可为我国解决边远山区、边疆海防哨所、海上钻井平台、远离大陆的岛屿等传统电网无法覆盖地区的缺电问题提供了最佳的解决方案，有着非常好的市场前景和经济效益。

[1] 杨占刚. 微网实验系统研究[D].天津:天津大学,2010.

[2] 肖朝霞. 微网控制及运行特性分析[D].天津:天津大学,2008.

[3] 峁美琴.风光柴复合发电及其智能控制系统研究[D].合肥:合肥工业大学,2004.

[4] 王成山,肖朝霞,王守相.微网综合控制与分析[J].电力系统自动化,2008,32(7):98-103.

[5] 郑漳华,艾芊. 微电网的研究现状及在我国的应用前景[J].电网技术,2008,32(16):27-31.

[6] 陈卫民,陈国呈,崔开涌,等.分布式并网发电系统在孤岛时的运行控制[J].电力系统自动化,2008,32(9):88-91.

[7] 梁有伟,胡志坚,陈允平.分布式发电及其在电力系统中的应用研究综述[J].电网技术,2003,27(12):71-75.

[8] 王成山,王守相.分布式发电供能系统若干问题研究[J].电力系统自动化,2008,32(20):1-4.

[9] 郭力,许东,王成山. 冷电联供分布式功能系统能量优化管理[J].电力系统自动化,2009,33(19):96-100.