风光氢储微网发电项目

微网实验平台的建设

• 总体建设思路

• 建成国内领先的微网关键技术体系及支撑平台，开展分布式光伏发电、风力发电、氢能发电、储能系统、微电网控制等相关技术综合应用的研究。构建智能微网能量管理系统，实现对微网内分布式电源和智能负荷的协调优化控制，并且在本元建设微网实验平台监控中心。

• 微网实验平台结构

• 微电网实验室通过建立光伏/风力/氢能/储能并网发电应用系统，然后配置一套微电网中央控制器和能量管理单元，组建风光氢储微网发电系统。

• 拟购置的设备及系统包括具体建设

• 建设30KW太阳能固定光伏发电系统1套

• 建设5kw太阳能双轴跟踪发电系统2套

• 建设1kw水平永磁风力发电机及并网发电2套

• 建设1个50kw微电网储能变流柜（PCS）

• 建设1个100kw无缝快速切换开关(STS)

• 建设1套500Ah铅酸电池储能系统

• 建设1套5.6kw电解水制氢负载

• 建设1套2kw氢燃料分布式发电系统

• 建设一套微电网能量管理系统

• 建设一套微电网工控机监控系统

• 根据设计要求，微网实验系统如图所示，通过并网开关S0与低压380V市电相连，可通过快速开关STS切换为并网和离网模式，过渡时间<10ms，满足重要负载不掉电重启的情况。

• 配置一套监控系统，满足运行指示、监控，发电、用电、并/离网操作控制等实训教学。监控系统接入光储双向储能变流一体机、分布式风力并网逆变器、风机控制器、双向电能计量表、电解电源、电解槽、氢燃料发电电堆、负载多功能电能表。还可以对PCS进行各种运行模式切换操作及参数设置、故障报警监控等等。

• 本方案配置30KW光伏发电、10kw双轴跟踪发电、2KW风力并网发电系统、2kw氢燃料电池发电系统、500ah锂电池储能系统、5.6KW电解电源及50kW三相微网储能双向变流器（含STS），正常情况下，储能变流器工作在并网运行状态，对分布式电源实现P/Q控制；当外部电网断电时，快速开关断开，储能变流器转入孤网运行状态，利用储能系统电能为微网系统主建电压频率，使分布式电源继续并网、负载供电得以为继，储能变流器工作在V/F状态。

主要技术参数

• 太阳能光伏电站

• 组件、支架安装方案：屋顶承重设计为45kg/m2，承载、雪载、风载等各方面均满足本项目的建设要求。此外，光伏电池组件边框及支架与接地系统绝对保持可靠连接

  

• 逆变器及其他电气的安装方案：太阳能光伏发电系统由光伏组件、直流监测配电箱、并网逆变器、计量装置及上网配电系统组成。太阳能通过光伏组件转化为直流电力，通过直流监测配电箱汇集至并网型逆变器，将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流。由于本工程中屋顶的光伏发电功率不大于30KW，根据相关并网技术原则，直流逆变为交流后，直接并入国家电网。并网型逆变器选型时除应考虑具有过/欠电压、过/欠频率、防孤岛效应、短路保护、逆向功率保护等保护功能外，同时应考虑其电压（电流）总谐波畸变率较小，以尽可能减少对电网的干扰。
  

• 多晶硅组件参数

  

• 组件参数：采用445w高效单晶硅光伏组件

• 组件连接：总计光伏组件68块（445w 3*75）、组串方式为：14串5并、组串电压：577-686V

  

• 光伏储能双向变流器

• 储能双向变流器作为微电网系统主机，集成了整个微网系统的运行模式转换和智能控制。本系统配置G2-50Kw可接入光伏组串的储能双向变流器。

• 产品特点

Ø 充电、放电自动控制，能量双向流动；

Ø 空间矢量控制，有功、无功解耦控制；

Ø 功率因素大范围可调，具备动态无功补偿；

Ø 在能源管理调度下，参与电网的调峰、有效缓解电网提供功率的压力；

Ø 支持并网运行、孤网运行双运行模式；

Ø 孤网时交流电压、频率支持；

Ø 系统动态相应快，满足对电动汽车等临时性暂态负载的需求；

Ø 先进主动式孤岛及低电压穿越功能；

Ø 完善的保护功能，有效保证逆变器安全运行；

Ø 产品具有三相全桥以及三相H桥两种电路拓扑，后者具备应对不平衡负载能力。

Ø 采用最新一代IPM和IGBT产品，控制器采用光纤驱动功率器件，可靠性高；

Ø 控制器采用高性能32位MCU+DSP处理器，控制器硬件平台在数十万套高压继电保护装置中已得到充分考验；

Ø 能彻底解决多组电池并联所带来均流及环流问题，可降低多个电池模块串联所带来的  特性不一致风险，保证电池寿命；

Ø 与（电池管理系统）配合时，能根据输出功率要求及各组电池SOC自动均衡出力，保证所串电池总运行小时数趋一致；

Ø 充、放电特性可以在线整定，与不同储能组件接口时，能根据特性轻松改变变流器的充、放电特性，具备很强的通用性；

Ø 充分考虑电网对储能系统接口要求，支持“削峰填谷”、“二次调频”、“稳态和紧急无功控制”等多种高级应用功能；

Ø 提供完善的软件保护与硬件保护功能；

Ø 在屏柜整体设计方面充分考虑电磁环境的影响，具备抗干扰性能；

• 产品优势

Ø 技术领先，整体解决微电网系统方案

Ø 国内首创，双端交流无缝切换平滑控制解决方案；

Ø 直流解耦技术，调节系统电能质量；

Ø 先进的多机并联技术，8机并联，支持冗余设计，系统容量可扩展；

Ø 接入方式多样化，支持风、光、柴、蓄互补系统。

Ø 可靠性高，从容应对各种复杂环境

Ø 能量多方向流动，根据能量流向，工作模式智能切换，平滑过渡，过渡过程功率无波动，无损失；

Ø black-start单元，用户可选配black-start单元，可以从直流侧实现系统黑启动。

Ø 节约用户投资成本，更友好

Ø 可兼容铅酸、锂电等多种储能介质，系统设计方案灵活；

Ø 隔离性能强，内置隔离变压器，380/220Vac（3/N/PE），可直接并入电网

Ø 具备能量储存，削峰填谷功能

Ø 便捷操作，更智能

Ø 支持远程管理；

Ø 采用7寸LCD HMI触摸屏，界面直观简洁；

Ø 冗余的RS485通讯功能，BMS通讯接口，CAN通信接口，以太网通讯。

• 技术参数

• STS无缝切换

Ø 本项目配置100kwSTS，防止微网重要负载自动模式切换时意外断电，损耗或需重启设备。

• 产品功能特点

Ø 微网与大电网间有唯一的公共连接点PCC；

Ø 无缝切换控制主要由PCS 来实现，STS快速开关10ms 内完成过渡过程；

Ø 用户可在微网与电网间加装“用户开关”，以实现在电网正常情况下，手动/远程操作，主动实现微网与电网间无缝切换；

Ø 电网正常时，微网与电网连接，PCS处于并网状态，其并网运行模式可设（注：状态设置需由EMS完成默认为待机）；

Ø 电网故障发生，PCS由并网状态快速转换至离网模式，维持微网内部电压幅值、频率的稳定；

Ø 电网恢复正常后，PCS会调整微网电压实现与电网同步，完成微网与电网的无冲击并联；

Ø 微网恢复与电网连接后，PCS转换为并网状态，并逐渐将负荷交还给电网，随后，其并网运行模式可设；

• 产品特征

Ø 集成配电柜功能，多种分布式电源接入并网及离网无缝切换

Ø 能量调度管理，满足能源经济运行自动运行，无人值守

Ø 具备 7 寸显示屏，可监测各设备运行情况

Ø 可实现并离网无缝切换自动运行，无人值守

• STS参数

• 风力发电

• 本项目配置2套1kw并网风力发电机。每套风力发电机包括：6m拉索塔架、1kw水平永磁风力发电机、和1kw并网逆变器。由于风力发电的不稳定性比较大，一般风力发电机不能像光伏组件一样进行串并联，只能一个风力发电机配置1个逆变器。

• 风力发电机特点

Ø 启动风速低

Ø 运震动低

Ø 风能转化率高

Ø 铝合金机身

Ø 三相交流永磁发电机

• 风力发电机参数

Ø 额定功率1000w

Ø 最大功率1100w

Ø 额定电压48V

Ø 启动风速2.5m/s

Ø 额定风速10 m/s

Ø 安全风速35m/s

Ø 额定转速400rpm

Ø 风轮直径2.8m

Ø 塔架形式：6m拉索塔架

• 风力并网逆变器 

Ø 产品概述

①本风能并网逆变器可以直接把风力发电机风能转换成电能并输送到电网中，不需要任何额外的设备。可连接市电，本系统连接微网交流母线。并网逆变器输出的频率、电压、相位、输出波形（纯正弦波）和电网一致。

②本风能并网逆变器是为风力涡轮机设计,它可以维持风力发电机的转速和风力发电机的电压始终保持在额定的范围内工作。并且有高电压保护功能,当风力太大，风机输出电压超过额定工作电压，逆变器将会启动负载卸荷控制系统，通过卸荷电阻释放电能，从而控制风力发电机转速,防止飞车，提高设备运行安全性。

Ø 安装方式

①可直接连接风力发电机和市电

Ø 产品参数

锂电池及电池管理系统(BMS)

• 要求电池管理系统使用模块化结构，扩展性强，可灵活应对不同电池组串电压需求及电池系统单元容量需求。同时，系统需要针对每个电池组串配置了BCMS（电池组串管理系统），能够完成单个电池组串的接入和退出电池系统运行，该系统需具备国内外行业领先的高精需采用高水平的 SOC及 SOH核心算法，可有效的解决因电池一致性差异产生的电池成组短板效应，显著提高电池堆工作效率，延长电池系统单元循环使用寿命。

• BMS系统需要具有高速通信接口与外围设备互联，包括以太网或RS485，充分满足电网对于系统可靠性及高速通讯的要求。需要配备至少3组硬节点，完成与PCS之间的联系。

• 本系统主要功能

Ø 电池单体及电池组的温度、电压监测、电池组SOC计算。

Ø 电流、电压、温度、异常报警信息本地显示及上报功能

Ø 电池系统保护功能

Ø 自诊断功能

Ø 均衡功能

Ø 运行参数设定功能

Ø 本地运行状态显示功能

Ø 事件及历史数据记录功能

Ø 电池组串接入/退出运行功能

Ø 电池系统容量标定及SOC 标定

• 消防灭火配置

Ø 七氟丙烷优势介绍

Ø 七氟丙烷：是主兼有物理化学灭火作用的洁净气体灭火剂；它无色、无味、不导电、不污染被保护对象，不会对财物和精密设施造成损坏。 能以较低的灭火浓度，可靠的扑灭B、C类火灾及电器火灾；储存空间小，在常温下可液化储存；释放后不含粒子或油状残余物，对大气臭氧层无破坏作用（ODP值为零），符合环保要求。七氟丙烷气体灭火系统在机房，档案室，贵重物品库，配电房等重要场所作为灭火器材料广泛应用。

太阳能双轴跟踪系统

• 光伏双轴跟踪设计

• 本双轴跟踪设计每台5kw，共安装2台，即可安装在地面，也可以通过水泥基础安装在平面屋顶。

• 光伏双轴跟踪参数

• 主要特点  

Ø 先进的定位控制。西门子PLC控制系统为跟踪支架提供最佳的定位控制，向日葵方式跟踪，做到精确定位计算，精确地移动控制及风速的安全控制。  

Ø 提高能量输出。太阳能地面支架追踪系统比固定的太阳能安装系统多了40%的能量输出。

Ø 良好的适应性。不受天气、季节和地理位置的影响，可以安装于多种户外环境。  

Ø 安全性。使用独立的立柱式安装结构，由水平蜗轮蜗杆、俯仰线性推杆驱动，因此不会受到不均匀沉降的影响，同时提供防雷击系统及台风防止系统。  

Ø 高品质。Q235钢材热浸镀锌工艺，保证了产品户外25年以上防腐蚀及耐候性。无论是原材料的选择，还是生产过程，都进行严格的质量管制，以确保系统的结构强度以及使用寿命达到最优。  

• 技术参数   

Ø 安装地点：户外   

Ø 追踪系统类型：双轴   

Ø 追踪精度：±0.5º   

Ø 最大单个系统面积：35m²   

Ø 系统排列：4*5  

Ø 跟踪轴：水平和垂直   

Ø 垂直和水平旋转角：垂直轴最大旋240度 水平轴旋转角60度     

Ø 跟踪器组件功率：5KWp  

Ø 地基：按地面性质情况设计尺寸的钢筋混泥土   

• 抗风能力

Ø 风载1：通常状态-14m/s(50km/h)  

Ø 风载2：安全状态-35m/s(126km/h)

Ø 风载3：瞬间最大-66.5m/s(240km/h)

• 技术指标

Ø 跟踪方式：双轴全自动跟踪

Ø 跟踪精度：±0.5°

Ø 水平回转角度：360°                     

Ø 俯仰角度：90°

Ø 传动机构自重：1.5t                      

Ø 最大承重：400Kg

Ø 电机供电电源：DC 24V                     

Ø 控制器供电电源：AC 220V

Ø 系统年平均耗电量：0.1W                  

Ø 抗风等级：10级

电解电源

• 产品优势

Ø 改进数字控制式电子电路，优化安全性能，保护更齐全。

Ø 管道式散热通道，有效降低温度，性能更稳定。

Ø  优化整流滤波技术，电源输出指标。

Ø 优化信号传输技术，有效提高电源精度。

Ø 提供优于开关型及硅整流型的线性直流电源参数，纹波系数低，抗干扰能力强。

Ø 双面玻纤板，SMT贴片元件，DSP程序控制，控制线路可靠。

Ø 具有电压调整简便，读数直观，电压输出稳定，使于操作，功能史用的特点。

• 产品参数：

PEM电解槽

• 额定电流：80A

• 电压范围：70V

• 适用范围：针对高功率领域制造、高端氢产品开发

• 膜电极型号：RQ-O7型膜电极 （电流密度0.7A/CM2）

• 用膜类型：进口杜 邦NAF1ON117膜

• 单电池电压：1.9V左右

氢燃料电堆

• 燃料电池模块由电堆、控制器、逆变器组成，主要应用场景为便携式电源、通信设备供电、小型交通工具供电等，具有轻量、便携的优点，同时，该系统结构简单、安全稳定、可靠性高、噪声小且无污染。

• 产品参数：

  序号	项目	单位	说明	备注
  燃料电池电堆基础性能
  1.	额定功率	W	2000
  2.	峰值功率	W	2040
  3.	额定电流	A	80
  4.	额定电压	VDC	25
  5.	电压范围	VDC	22~40
  6.	燃料电池电堆重量	kg	5.2
  燃料要求
  7.	氢气纯度	%	99.99
  8.	氢气额定压力	bar	0.35
  9.	氢气压力范围	bar	0.25~0.45
  10.	氢气额定耗用	L/min	13.5
  11.	空气散热量	L/min	4000
  环境适应性
  12.	操作温度	℃	5~45	裸电堆的工作温度
  13.	储存温度	℃	-20~55
  14.	工作海拔	m	≤2000

微电网能量管理系统EMS

• 集配电与控制于一体的紧凑型配电柜，其配电接口包含微网系统输入接口、电网系统输入接口和负载输出接口。电网系统可以是柴油发电机，也可以是交流电网，根据实际的使用情况，可以将这两类设备接到智能配电柜的电网系统输入接口。

• 接线方式：下进下出，1进1出。

• 柜体尺寸（W×H×D）：600×1860×600mm；（允许偏离±5%）

• 实现中小型微电网系统自动供电切换和能量管理；

• 有效利用分布式电源（光伏、风电、柴油），节能减排；

• 电池自动充放电控制；

• 支持储能微网优先选择控制；

• 支持有功、无功控制；

• 主要功能

Ø  可实现微电网的计划并转孤、非计划并转孤、孤转并、孤网主电源故障时电源切换、黑启动、稳定控制、经济运行等针对微网的功能。

Ø 控制层由微电网系统控制器和微电网区域保护装置来完成。微电网系统控制器主要控制目的是在微电网孤岛运行时，通过对各分布式电源的运行模式及控制参数进行设置，维持微电网电压/频率维持在允许范围之内以满足负荷、风电、光伏、储能等并网运行需求，保障微电网安全稳定运行。

• 微电接入中央柜参数

Ø 微电网接入测控柜由塑壳断路器、交流接触器、中间继电器、转换开关、指示灯、带灯复位按钮、急停按钮、智能数字电量计量表、智能微机线路保护器、PLC及护展模块、中央通讯与管理控制器、以太网交换机、微断空开、开关电源、接线端子等组成。

Ø 微电网与电网的分断由塑壳断路器、交流接触器和快速开关完成；智能数字电量计量表实时计量微电网与电网的双向流动电量以及电网的相关电能参数；智能微机线路保护器实时监测线路中的电压、电流、频率、零序电流等参数，在线进行欠过压、过流、缺相、频率异常、漏电等实时报警或故障关断保护；中央通讯与管理控制器实时采集微电网中的各项参数，与PLC连接实现微电网智能化继电保护控制和能量均衡管理。

•  配置参数

• 系统特点

Ø 数据采集

中央控制器的测控模块，可实现对微电网系统进线、分布式电源、储能、负荷、母线等各回路电气量及开关位置等信号量的采集，并将采集数据通过高速网络快速传送到中央控制器的主控单元。

Ø 控制操作

通过中央控制器的测控模块，可实现对微电网各回路开关及设备的控制操作，实现微电网系统运行状态的调节。

Ø 分布式电源调节

中央控制器可以通过通信接口实现对微电网系统的分布式电源进行调节，根据需要控制各电源有功、无功出力。

Ø 储能单元调节

中央控制器可以通过通信接口控制储能系统的充放电功率， 从而满足微电网运行方式的需要。

Ø 微电网运行模式实时控制

中央控制器的主控单元，可以根据调度指令、系统自动、手动进行微电网运行模式的控制。中央控制器内置微电网并网运行、孤网运行、并网转孤网、孤网转并网、全网停电等多种控制模式。根据不同的运行工况和控制目标实现微电网的实时控制，保证微电网系统的安全、稳定运行。

Ø 通信功能

中央控制器可以与微电网系统的各个智能控制单元进行通信， 通过通信实现对各控制单元的控制和调节。同时中央控制器还可以通过通信接口与微电网监控系统进行通信， 接受监控系统的统 一调度。

Ø 高速采集

中央控制器配置高速全电量采集模块，并能够高速传输，满足系统实时性要求。

Ø 实时模式控制

通过高速采集，快速控制，实现对微电网运行状态的实时调节与控制。

Ø 新型高速实时工业以太网

中央控制器采用新型高速实时工业以太网，实现采集数据的高速传输，从而满足对微电网系统实时控制的要求。

Ø 专业的逻辑控制软件包

中央控制器配置专业的逻辑控制软件包， 实现对微电网系统的实时模式控制、电源与负荷的实时动态调节

 远程监控

• 初始界面

• 主界面

  

• 管理报表界面

  

• 总拓扑界面

  

• 电力调度及历史曲线界面

  

• SCADA监控软件概述

• SCADA微电网电力监控系统由工业控制计算机和监控软件组成。监控软件通过以太网连接EMS中央通讯与管理控制器，对各终端设备进行实时遥测、遥信、遥控和遥调功能，实现微电网智能化控制与管理，有效调节微电网的电能质量和功率平衡调度。

•  通过对微电网（含有风力发电、光伏发电等分布式电源和储能单元的系统）的控制与保护、能量优化管理、后台运行监控等来对整个微电网运行状态进行集中监测、控制和优化，从而保证微电网的稳态安全、经济运行、可靠供电的能量管理系统。

• 同时系统可配置远程监控模块以及云平台软件，无线数据传输，通过wifi/4GGPRS网络，在世界上任何有网络地方实现远程监控。

Ø 监控操作台

①监控操作台台面优质进口防火木板，配缝不大于1.0毫米，整体美观，整齐。

②每台设备下均配托板1块，每联下部配置托板1块，托板承重大于60 kg。

③其余部分选用1.2~1.5mm厚板，面板部分配缝不大于1.0 mm。

④操作台表面处理经过脱脂、酸洗、防锈磷化、清洗、大型静电喷塑工艺流程。

⑤操作台设计依据人体学原理，能最大限度地吸引操作员的注意力，降低疲劳。

⑥操作台每联安装完设备总承重不超过250 kg，要求基础承重大于500公斤/ 平米。

⑦操作台体其余部份全部采用上海宝钢冷轧板加工生产，承重部分采用2 mm厚板。

Ø 工控机（台湾研华品牌）

① IPC-510/主板

②AIMB-562L/符合PICMG 1.3标准；支持LGA 775处理器，支持 FSB 1333 MHz；支持双通道DDR2 667/800 SDRAM ，最高可达8 GB；1个PCIe x16 and 和4个 x1位于无源底板上；通过2个PCIe x1插槽支持双千兆位以太网；支持6 串口；SATA2端口，支持 S/W SATA Raid 0, 1, 10, 5；

③CPU 双核E5300

④2.6G/内存，500G/硬盘，

⑤2G/光驱，DVD-ROM；

⑥通讯接口：以太网

Ø 显示器

① 戴尔（DELL）U2415 24英寸

②IPS高清显示屏:监控大屏（选配）

Ø 显示屏：65寸

Ø 分辨率：1920×1080

Ø 操作系统：Win10/Andoird

Ø 输入接口：USB、AV、VGA、HDMI、DP、AUDIO、LAN

Ø 图像比例：16：9

Ø 表面玻璃：AF防指纹钢花玻璃

Ø 触摸方式：手指、触摸笔或其它非透明物体

Ø 运行内存：4G

Ø 机身内存：64G

Ø 最大扩展内存：512G