微型电网及Chroma测试方案

1、微型电网简介整理胡昌福2智能微网发展: “十二五”实施核电、风电、太阳能光伏、生物质发电、储能装置，实施新能源集成示范重大工程。背景微网简介微网与储能电池市场趋势与应用微网与储能电池市场趋势与应用1.智能电网就是指可以自动调控电力供需，提高用电效率，以达到节约用电的成效.2.整合发电、输电、配电及客户端的电网系统，电力公司或小到家庭,实时收集用电 的信息，再藉由通讯网络与应用软件，来进行电力分配、使用及调度管理由分布式电源(太阳能/风力)、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤岛

2、运行。是智慧电网的重要组成部分。智能微网智能微网(Micro Grid)电动车充电站需要短时间大功率的对EV电池充电, 对当地的供电与配电, 都是很大负担, 尤其是用电尖峰时间. 且申请此类用电, 电力公司都会高额收费.充电站需要不只供应电能给电动车, 也要做电能的优化管理, 形成小型的智慧电网. 才能节省成本. 例如采用电池储能, 并整合分布式发电(太阳能/风力), 降低短时间的大功率充电的影响.BatteryChargerCharger分布式发电电网High power 50KW智能微网智能微网-电动车快充站的应用电动车快充站的应用家庭家庭/楼房楼房/办公室办公室/工厂等级工厂等级,结合以

3、下装置结合以下装置, 做电力优化调配应用做电力优化调配应用 Green Energy - Photovoltaic - Li-Battery - Fuel Cells - Wind PowerEnergy Saving - LED - Smart meter e-Mobility - Electrical Vehicle - Electric Scooter - Power Battery Pack小范围小范围(Small-Scale)智能电网智能电网BatteryChargerChargerGrid微网与储能电池市场趋势与应用微网与储能电池市场趋势与应用BatteryChargerInver

4、ter储能电站EV充电站备用电源智慧家庭电池储能与电力转换电池储能与电力转换,将是绿能产业运用主流将是绿能产业运用主流微网模拟实验室微网示范运行微网示范运行不同发电来源的配置不同发电来源的配置, 搭配不同用电负载搭配不同用电负载, 实际验证其可行性实际验证其可行性PCS储能电池储能电池太阳能阵列太阳能阵列光伏光伏逆变器逆变器交流母线交流母线电网电网用户负载用户负载微网交流母线示意图微网交流母线示意图风力转换风力转换风机风机逆变器逆变器分布式电源分布式电源隔离装置隔离装置脱网脱网 孤岛运行孤岛运行微网模拟实验室微网模拟实验室 微网实验室建立微网仿真系统目的微网实验室建立微网仿真系统目的: - 开

5、发“微网监控软件平台“, 未来可移植到实际微网系统 - 事先模拟各种可能发生状况 ,确定系统能稳定且安全的运行 - 验证要连接上微网的电能转换器是否可运行正常 - 将未来设置微网系统的地区 ,试运行其日照, 温度, 风速, 负载等环境状况. - 依照建置目的, 找出风光电储能装置的优化(效能, 成本)功率与容量配置优化的配置优化的配置, 及高效率的运行及高效率的运行, 未来才有商业化未来才有商业化的的可能可能, 产业才能真正健康发展产业才能真正健康发展 微网监控软件平台微网监控软件平台, 需要监控以下装置需要监控以下装置 - 发电装置: 光伏逆变器,风力发电逆变器, (柴油发电机) - 储能装

6、置: 电池BMS, 交直流转换器(PCS), 充电器 - 负载装置: 变动的负载 微网环境模拟平台微网环境模拟平台 致茂电子公司提供或协助整合致茂电子公司提供或协助整合 - 硬件: 电网模拟电源, 电池模拟电源, 太阳能电池阵列模拟电源, 可程控的负载 - 软件平台: 整合各模拟器的控制, 供使用者设定环境状况, 并监控运行微网模拟实验室微网模拟实验室每个设置微网每个设置微网目的目的不同不同, 环境与负载状况也不同环境与负载状况也不同, 都需都需事先模拟与规划事先模拟与规划, 才能找到最优化的控制及配置才能找到最优化的控制及配置61800系列回收式电网模拟电源62000HS系列光伏阵列模拟直流

7、电源17030电池模拟电源63800系列交流电子负载光伏逆变器逆变器模拟风机62000HS系列光伏阵列直流源 模拟风机充放电模块PCS 交流交流母線母線電網電網微网监控平台微网监控平台微网环境模拟平台微网环境模拟平台Ethernet风光电集合风光电集合微网模拟微网模拟系统系统模拟测试解决方案电网模拟电网模拟1.目前微网实验室大多用隔离变压器与电网隔离, 易受 外界影响, 且无法控制2.电网的电压频率随负载状况可能变动, 也有异常状态 - 电压瞬间变动电压瞬间变动 - 电压波形失真电压波形失真 - 频率抖动频率抖动3.需要一台能与电网隔离, 能设定电压频率, 且可模拟 异常状况的电网模拟电源,

8、对整个微网系统搭配储能 电站的运作, 做整体的模拟测试, 及各种保护状况的 验证.4.一般可程控交流电源, 只能输出电流, 电网模拟电源 可以吸收电流, 且电能回收到电网.Chorma 61860 60KVA四象限运作四象限运作, 100%电能吸收电能吸收电池包测试电池包测试1. 短时间的对电池包的动态充放电, 成为运行常态2. 稳态充放电测试, 预估寿命与实际运行有很大差异3. 整体体积大, 若温度不均, 容易造成单体电压不平衡实际记录电池充放电波形,储存为数字档案软件读取.xls 檔, 并下载到充放电机内存Chorma电池包充放电电池包充放电测试系统测试系统Chorma电池模电池模组组充放

9、电充放电测试系统测试系统电池包测试电池包测试储能系统需对温度及单体电压监控, 处理大量数据量,电池测试系统须可进行u 可抄写 BMS资料,包括各单体电压,温度,异常旗标等u 以 BMS资料值做为充放电截止或保护条件u 和实际量测值做对比,找出可能异常点Charge/DischargeBMSBMSBMS information转换软件数据库直接汇入资料搜集器资料搜集器可量温度及电压可量温度及电压,同步采样机制同步采样机制,无时间差无时间差电池模电池模组组测试测试测试成本: 对电池包而言, 高压大功率的充放电测试, 仪器成本及电费很可观, 且验证 时间很长,常会多达数个月, 费用及空间问题, 无

10、法进行多数量的测试建议一些老化相关测试可使用模建议一些老化相关测试可使用模组组(module)来测试来测试, 节省测试成本节省测试成本充放电系统可并联及动态测试充放电系统可并联及动态测试,增加使用弹性增加使用弹性例如: 模组规格 12S/60Ah, 电压: 4.2V x 12 = 50.4V 稳态电流放电: 90A , 动态放电: 180A可同时测试8个模组可同时测试4个模组1234120A x 2ch240A x 电池模拟电源电池模拟电源为何需要电池模拟电源为何需要电池模拟电源?1. 电池种类不同, 充放电特性曲线不同, 液流电池, 钠硫蓄 电池,锂铁电池等, 要同时准备不易2. 电池非线性

11、特性:温度, 充放电速度, 老化程度, 效率等3. 电池充放电需要时间, 要测试电能转换器的极限值不方便4. 大容量电池占体积, 使用后老化, 可能损坏有危险, 在 某些实验室中,不方便购置大容量电池电池模拟电源电池模拟电源电池充放电测试系统电池充放电测试系统, 搭配电池搭配电池模拟模拟电源电源(Battery Simulator)软件软件, 可可进阶进阶设定设定电池模拟的电池模拟的参数参数, 并实时量测显示及记录并实时量测显示及记录电池电池模拟模拟电源功能电源功能电池电压与容量曲线设定电池电压与容量曲线设定 - 读取电压与容量(SOC)对应的Excel档案曲线, 来调整电压做电池仿真输出 -

12、 此电压与容量的Excel档案, 可由17030对实际电池放电的量测数据由软件导出. - 使用者也可自行定义存入Excel档案. 及可设定截止电压, 过低发生保护讯号.电池基本参数设定电池基本参数设定1.总容量 2.目前容量(SOC), 3.定电压 4.电池能量效率 5.直流阻抗电池相关参数记录电池相关参数记录1. 实时将选定参数(电压/电流/功率/容量)等数值随时间变化曲线做图形显示.2. 可设定时间间隔, 记录选定参数(电压/电流/功率/容量)等数值于指定档案中, 供 运行分析或故障记录直流电直流电交流电交流电双向转换器双向转换器 PCS电网端电能回收利用电网端电能回收利用电池模拟电源电池

13、模拟电源电池模拟电源的应用电池模拟电源的应用电网模拟电源电网模拟电源储能电站电网与电池间交直流转换器测试应用储能电站电网与电池间交直流转换器测试应用太阳能电池太阳能电池阵列模拟阵列模拟1.太阳能电池阵列, 随日照与温度而有不同特性的 电压电流曲线,可提供的最大功率也会变化2.太阳能逆变器会以最大功率追踪(MPPT)方式, 转 换直流为交流电能, 并入电网. 常用的分布式电源.3.为能不受天气限制, 且有效测试逆变器运作, 需要 可设定的太阳能电池阵列模拟电源太阳能太阳能电池电池阵列阵列模拟电源模拟电源风速风速-时间图时间图发电功率发电功率-时间图时间图风机发电风机发电模拟模拟1. 风机发电模拟

14、需将风速, 空气密度, 风机参数等, 转换为电力功率输出2. 一般风机发电模拟需要直流电动机驱动感应发电机, 再给变流器输出到电网3. 微网实验室建议可用光伏逆变器搭配可建风力发电模型运算的模拟电源, 简单化Power = 0.5 x Swept Area x Air Density x VPCS电网电能回收利用电网电能回收利用电池模拟电源电池模拟电源太阳能阵列太阳能阵列模拟电源模拟电源光伏光伏逆变器逆变器交流母线交流母线电网模拟电源电网模拟电源负载负载微网交流母线模拟示意图微网交流母线模拟示意图风力转换风力转换模拟电源模拟电源风机风机逆变器逆变器结结 论论1. 智能微网及储能电站, 其产业链的联结, 包括电网公司, 电力电子产业, 电池产业, 系统整合商等, 都是全新的组合, 需要不断测试及验证, 才能成熟.2. 新概念的实行, 不仅需要新技术的发展, 还需要大量的实验室模拟与示范运行. 不只