8月25-26日，首屆全國(guó)用戶側(cè)儲(chǔ)能細(xì)分市場(chǎng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用高層研討會(huì)在江蘇無(wú)錫太湖飯店召開(kāi)。會(huì)議由江蘇省電機(jī)工程學(xué)會(huì)、國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院、全國(guó)微電網(wǎng)與分布式電源并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)、中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)聯(lián)合主辦。會(huì)議吸引了國(guó)內(nèi)近400位學(xué)術(shù)和行業(yè)專家及企業(yè)高層代表參會(huì)。中國(guó)電科院新能源所新能源電站自動(dòng)化研究室柳丹在會(huì)上就“含新能源和儲(chǔ)能的主動(dòng)配電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)”發(fā)表演講。

 

 

演講全文如下：

 

柳丹：大家好，我今天匯報(bào)的主題是《含新能源和儲(chǔ)能的主動(dòng)配電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)》。首先簡(jiǎn)單介紹一下我們系統(tǒng)的概況。

 

我們的建設(shè)目標(biāo)是要建成一個(gè)全面支撐技術(shù)研究與驗(yàn)證、設(shè)備檢測(cè)與評(píng)價(jià)、成果孵化與推廣等工作的主動(dòng)配電網(wǎng)真型試驗(yàn)場(chǎng)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室建成以后，我們希望能夠具備主動(dòng)配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)、評(píng)估、調(diào)試測(cè)試以及功能驗(yàn)證測(cè)試的一體化綜合測(cè)試能力，能夠有效支撐省公司目前在做的源網(wǎng)荷互動(dòng)和主動(dòng)配電網(wǎng)建設(shè)。儲(chǔ)能也是主動(dòng)配電網(wǎng)當(dāng)中很重的單元，所以也在我們的建設(shè)目標(biāo)當(dāng)中。

 

第二是實(shí)驗(yàn)室功能定位，主要是六個(gè)方面。我們的研究領(lǐng)域非常廣，主要包括多能互補(bǔ)、發(fā)電功率預(yù)測(cè)、微電網(wǎng)群協(xié)調(diào)控制、電動(dòng)汽車充放電控制、膠質(zhì)瘤混合柔性組網(wǎng)、源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同控制等關(guān)鍵技術(shù)研究。我們目前能做的包括風(fēng)電光伏、儲(chǔ)能電站、充電樁、配電自動(dòng)化、虛擬同步機(jī)、微電網(wǎng)等設(shè)備和系統(tǒng)的試驗(yàn)檢測(cè)，我們現(xiàn)在已經(jīng)具備了相關(guān)的能力，并且我們?cè)航艘粋€(gè)仿真平臺(tái)，能夠開(kāi)展儲(chǔ)能配電網(wǎng)能量管理和儲(chǔ)能系統(tǒng)的分析和仿真驗(yàn)證。這張圖就是我們實(shí)驗(yàn)室目前電器的接線圖，我們主要是分了四塊區(qū)域。第一塊區(qū)域就是淺黃色的部分，是360V交流配網(wǎng)。第二塊區(qū)域是400V的直流微電網(wǎng)，第三塊區(qū)域是深黃色的，也是一個(gè)360V的交流配電網(wǎng)，第四塊我們主要是在系統(tǒng)當(dāng)中集中裝置了一些模擬的電網(wǎng)友好型的逆變器，第四塊區(qū)域主要是做一些偏設(shè)備型的技術(shù)驗(yàn)證，整個(gè)系統(tǒng)是交直流環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，可以開(kāi)展各種系統(tǒng)級(jí)的技術(shù)驗(yàn)證。

 

這邊是我們的二次控制的框圖，主要分為能量管理系統(tǒng)層、分層分布式控制層以及本地的控制。后面的話我會(huì)再詳細(xì)展開(kāi)來(lái)講。這是我們主要的系統(tǒng)架構(gòu)，下面我們因?yàn)橐劳衅脚_(tái)做了很多工作，結(jié)合剛才結(jié)題的國(guó)網(wǎng)項(xiàng)目關(guān)于交直流供電系統(tǒng)的項(xiàng)目，我簡(jiǎn)單的介紹一下在這個(gè)平臺(tái)上做的相關(guān)工作，主要是兩塊。一塊是數(shù)模仿真、一塊是控制保護(hù)。在數(shù)模仿真這塊主要是做了特性研究、實(shí)時(shí)建模仿真和控制保護(hù)。第一主要是對(duì)各種分布式電源、風(fēng)機(jī)、光伏和儲(chǔ)能的運(yùn)行特性進(jìn)行了分析，并且建立了他們自己的小信號(hào)模型，為我們做穩(wěn)定性信息提供一個(gè)基礎(chǔ)。第二就是我們針對(duì)直流系統(tǒng)當(dāng)中典型的包括阻性負(fù)載、旋轉(zhuǎn)電機(jī)負(fù)載和電力電子類的負(fù)載建立了一個(gè)模型。另外我們考慮到很多負(fù)荷是可以直接接入到直流系統(tǒng)當(dāng)中，本身就是直流供電，只不過(guò)現(xiàn)在是交流系統(tǒng)，所以很多都需要一個(gè)轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)才可以接到交流網(wǎng)。我們現(xiàn)有的交流負(fù)荷做了一些介入，針對(duì)他們可能出現(xiàn)的問(wèn)題包括極性反接、電弧、電火花等一些問(wèn)題提出了相應(yīng)的提升兼容性的方案。我們數(shù)模仿真的第二塊內(nèi)容就是實(shí)時(shí)建模，這個(gè)在運(yùn)行特性分析的基礎(chǔ)上完成了三種典型電源和三種典型負(fù)載的實(shí)時(shí)仿真模型的搭建。電源主要包括光伏、風(fēng)機(jī)以及混合儲(chǔ)能。因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室是交直流混合系統(tǒng)，所以我們針對(duì)交直流的換流器做了專門統(tǒng)一的模塊。這當(dāng)中主要是有兩塊，第一個(gè)是我們左下角DCDC統(tǒng)一功能設(shè)置接口，無(wú)論是光伏的DCDC還是儲(chǔ)能的DCDC，我們都有統(tǒng)一的模塊，可以通過(guò)設(shè)置不同的參數(shù)實(shí)現(xiàn)不同DCDC的功能。另外一塊就是右邊的代碼加密模塊，這個(gè)模塊是對(duì)所有做變流器廠商開(kāi)放的，變流器廠商可以通過(guò)這個(gè)模塊把自己實(shí)際在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的控制策略寫到模塊當(dāng)中，這樣就保證了在我們仿真程序當(dāng)中跑的控制策略和實(shí)際在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的控制策略是一致的。

 

我們對(duì)統(tǒng)一的直流換流器的功能包括穩(wěn)壓、穩(wěn)流以及最大功率點(diǎn)跟蹤的功能進(jìn)行了一些驗(yàn)證，驗(yàn)證的效果也挺好。第三塊是基于RTLAB數(shù)模仿真平臺(tái)建立。我們調(diào)研了各類實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)的特點(diǎn)，最終選定的是基于RTLAB同時(shí)嵌套了FPGA的模塊搭建了分布式新能源交直流供電系統(tǒng)實(shí)時(shí)化模型。

 

下面簡(jiǎn)單介紹一下仿真建模的情況。我們研究了電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真替代原理，對(duì)交直流供電系統(tǒng)模型進(jìn)行了分割和仿真資源配置。右邊的這張圖是總體設(shè)計(jì)方案，建這個(gè)仿真模型當(dāng)中有兩個(gè)非常關(guān)鍵的點(diǎn)。第一個(gè)點(diǎn)就是模型的劃分和分核，在這當(dāng)中一共有三類子系統(tǒng)，第一類就是控制的子系統(tǒng)目前只有一個(gè)，然后占一個(gè)核。第二個(gè)是SS子系統(tǒng)，有一個(gè)核。第三個(gè)是一個(gè)子系統(tǒng)，只有一個(gè)沒(méi)有核。我們研究了一下CPU模型搭建的方法是微秒級(jí)的，這里面也包括子系統(tǒng)劃分、建立工程等等。我們把FPGA切入到現(xiàn)有的平臺(tái)當(dāng)中，在右邊我們把控制裝置當(dāng)中的控制信號(hào)通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)化下發(fā)到FPGA當(dāng)中。我們是在這樣的一個(gè)方針平臺(tái)當(dāng)中開(kāi)展的實(shí)質(zhì)性研究，首先是針對(duì)電源的驗(yàn)證，這頁(yè)P(yáng)PT主要是針對(duì)光伏的輻照度，如果發(fā)生階躍的情況下，我們的儲(chǔ)能系統(tǒng)當(dāng)中的各個(gè)單元的輸出位的特性。這個(gè)是針對(duì)如果風(fēng)電出現(xiàn)風(fēng)速階躍的情況下，系統(tǒng)當(dāng)中各個(gè)單元的響應(yīng)特性。最后是在負(fù)荷發(fā)生階躍情況下，發(fā)電系統(tǒng)和用電系統(tǒng)各個(gè)單元的響應(yīng)特性。

 

以上主要是針對(duì)仿真平臺(tái)的基本功能做了一些驗(yàn)證，未來(lái)我們基于這個(gè)平臺(tái)還可以開(kāi)展更多更深入的工作，包括用戶儲(chǔ)能小規(guī)模的協(xié)調(diào)應(yīng)用，或者是在微電網(wǎng)當(dāng)中作為主電源等等有很多場(chǎng)景。我們還有待去發(fā)掘，可以利用這個(gè)平臺(tái)進(jìn)行一些技術(shù)驗(yàn)證。第二塊就是我們?cè)诳刂票Ｗo(hù)相關(guān)依托實(shí)驗(yàn)平臺(tái)做的工作，第一塊是交直流協(xié)調(diào)控制，第二塊是直流微電網(wǎng)內(nèi)部多電源和負(fù)荷的協(xié)調(diào)控制，最后是直流當(dāng)中的相關(guān)保護(hù)技術(shù)。在我們的平臺(tái)驗(yàn)證采用的是兩電平三相半橋并網(wǎng)變流器的電路拓?fù)?，這個(gè)并網(wǎng)電流器外環(huán)同時(shí)具有母線電壓的控制和功率的兩種控制模式，根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行模式可以進(jìn)行靈活切換。從右邊的這張圖可以看到響應(yīng)能力還是很好的，這個(gè)是并網(wǎng)變流器的控制。另外我們也在平臺(tái)對(duì)多并網(wǎng)變流器并聯(lián)的情況下實(shí)驗(yàn)控制做了一個(gè)驗(yàn)證，現(xiàn)在主要是針對(duì)在直流側(cè)并聯(lián)運(yùn)行的多臺(tái)變流器，如果采用下垂控制策略均流的效果，我們知道如果是多臺(tái)并網(wǎng)的變流器同時(shí)做電源點(diǎn)的話，并聯(lián)的時(shí)候必然會(huì)出現(xiàn)環(huán)流的問(wèn)題，我們也是通過(guò)這個(gè)平臺(tái)做了兩臺(tái)并聯(lián)看均流效果。從右邊這個(gè)圖形看到均流效果還是比較好的。

 

第三塊是針對(duì)我們系統(tǒng)內(nèi)部電源和負(fù)荷協(xié)調(diào)的控制做了一個(gè)試驗(yàn)的驗(yàn)證，我們提出了無(wú)互聯(lián)通信的直流供電系統(tǒng)、多電源協(xié)調(diào)控制策略，這個(gè)策略本質(zhì)上是在系統(tǒng)當(dāng)中儲(chǔ)能、光伏、負(fù)荷，因?yàn)槲覀兪墙恢绷鞑⒕W(wǎng)，所以還有電網(wǎng)這四個(gè)單元，他們之間怎么做協(xié)調(diào)。從右邊可以看到第一種情況是電網(wǎng)主導(dǎo)的模式，在這種情況下，電網(wǎng)的變流器作為一個(gè)支撐點(diǎn)比如說(shuō)這時(shí)候出現(xiàn)了大幅功率的缺額，這時(shí)候儲(chǔ)能就作為一個(gè)主要單元來(lái)調(diào)節(jié)，一旦儲(chǔ)能通過(guò)充放電超過(guò)了本身的充放電預(yù)值，我們就可能進(jìn)入到光伏的控制模式，如果系統(tǒng)需要它進(jìn)行協(xié)調(diào)的話就會(huì)降位運(yùn)行，最后一條就會(huì)運(yùn)行到如果整個(gè)系統(tǒng)的功率缺額比較大，會(huì)切掉負(fù)荷或者是降低部分負(fù)荷的需求，本質(zhì)上主要是這四個(gè)模式進(jìn)行切換。這是我們依托仿真平臺(tái)做了一些相關(guān)的模式切換仿真。

 

控制保護(hù)的第二部分就是直流保護(hù)技術(shù)，我們分析了一下直流配電網(wǎng)故障特點(diǎn)，第一個(gè)是變流器中IGBT關(guān)斷以后交流電源能夠通過(guò)續(xù)流二極管維持故障電流。第二個(gè)是直流網(wǎng)絡(luò)中阻尼小故障電流上升迅速，影響范圍廣，故障區(qū)域識(shí)別困難。第三塊是直流故障電流分?jǐn)啾容^困難，滅弧比較困難。第四個(gè)是控制和保護(hù)結(jié)合緊密，通過(guò)控制策略的改變保護(hù)可以免設(shè)備受過(guò)電流、過(guò)電壓的影響。從這些特點(diǎn)上我們分析出直流配電網(wǎng)保護(hù)的需求，形成了以下幾個(gè)結(jié)論：第一個(gè)是交流配電網(wǎng)廣泛使用的三段式過(guò)流保護(hù)不能滿足要求了；第二個(gè)是需要提出能夠快速準(zhǔn)確識(shí)別故障的直流保護(hù)；第三個(gè)是制定出相應(yīng)的故障方案；第四個(gè)是能夠利用控制策略的變化，抑制故障影響和通過(guò)控制保護(hù)做一個(gè)持續(xù)的配合。

 

下面內(nèi)容比較多我就簡(jiǎn)單的過(guò)一下。我們首先是針對(duì)直流微電網(wǎng)當(dāng)中所有的故障類型進(jìn)行了分析以及提出了相應(yīng)保護(hù)，在直流微電網(wǎng)當(dāng)中對(duì)于終端本身的控制我們?cè)谶@邊就沒(méi)有做過(guò)多的研究，主要還是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)，包括我們主要的一些設(shè)備。我們對(duì)母線以及故障類型分為單極和雙極，針對(duì)這樣的組合做了相應(yīng)分析。首先我們分析了一下線路的單極故障下的特征，提出來(lái)了相應(yīng)的保護(hù)配置推薦，主要還是采用不平衡電壓插動(dòng)保護(hù)，這是我們?cè)诜抡娈?dāng)中進(jìn)行的驗(yàn)證。接著就是我們對(duì)線路的雙極故障也做了相應(yīng)的分析，同理我們也對(duì)直流和母線故障作為了一個(gè)分析。

 

第二塊是直流當(dāng)中故障識(shí)別和快速隔離技術(shù)。我們現(xiàn)在依托項(xiàng)目對(duì)現(xiàn)有的幾種基于不同直流故障電流和設(shè)備的快速隔離方案做了調(diào)研和相應(yīng)對(duì)比。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室進(jìn)行一個(gè)驗(yàn)證是基于我們提出的變流器的方案，基本上是只在電源點(diǎn)配置，其他的地方都用普通的交流開(kāi)關(guān)。我們也把這種方式和如果在全線布置直流斷路器的方式做了一個(gè)對(duì)比，這樣一個(gè)方案顯然是在經(jīng)濟(jì)上更加可行，同時(shí)也能夠使整個(gè)系統(tǒng)的故障時(shí)間控制在100毫秒以內(nèi)，基本上滿足了進(jìn)度的需求，而且本身也比較易擴(kuò)展。