海岛型微电网项目典型案例初设方案设计

1、某驻地海岛型微电网项目典型案例初设方案（风、光、柴、储 ）-4-目录- 33 -项目背景整体建设方案2.1 光伏发电系统2.1.12.1.22.1.32.1.42.1.52.1.62.1.7组件倾角设计 太阳能电池阵列设计 太阳能光伏方阵直流防雷汇流箱设计 直流配电柜设计 太阳能光伏并网逆变器的选择 光伏系统防雷接地装置 光伏施工组织设计 - 10 - 11 -2.2 风力发电系统2.2.12.2.22.2.32.2.42.2.52.2.62.2.7风力发电系统描述 . 风机主体选型 风机技术参数表 风机逆变器技术设计风机控制器功能设计风机防雷设计 地面风机的安装选型- 12- 12 - 13

2、 - 14 - 15 - 16 - 19 - 19 -2.3 柴油机供电系统 2.3.1 柴油机的基本参数2.3.2 柴油机的基本参数- 22- 22 - 22 -2.4 储能系统 2.4.1 储能系统总体描述 2.4.2 100kW 双向智能控制成套装置 (PCS)2.4.3 储能监控 - 23- 23 - 27 -2.5 微电网控制管理中心 2.5.1 微电网控制管理中心系统概述- 34- 34 -项目背景微电网是指将一定区域分散的小型发电单元 （分布式电源） 、储能装置以及 当地负荷组织起来形成的配用电系统。 它可以与常规电网并网运行， 也可以独立 运行。孤岛微电网是指仅具备独立运行功能

3、的微电网， 例如对偏远地区或者海岛 供电的微电网。孤岛系统通常远离陆地并且岛屿面积也比较小， 长期柴油运输和消耗费用制 约了传统系统的发展； 另一方面，由于一次能源日益枯竭和人类生存环境日益恶 化世界各国都把开发新的可再生能源作为能源发展的方向。 孤立岛屿传统采用柴 油机自给自足供电，近几年来发电量越来越难满足用户要求。现以岛某驻地为项目实施地点，对海岛型微电网系统进行优化设计。岛位于中国最南端，北隔琼州海峡与相望，南临广阔的南海，地处热带，位 于东经108 37111 05,北纬18 10 20 10之间，与美国夏威夷处在相近纬度。是中国最具热带海洋气候特色的地方，全年暖热，雨量充沛，干湿

4、季节明显，常风较大，热带风暴和台风频繁，气候资源多样。岛年太阳总辐射量 约 110-140 千卡/平方厘米，年日照时数为 1750至2650小时，光照率为 50- 60%。根据该岛的地形地貌和自然条件加之用电增长预测， 不得不采用一种更为经 济的发电方式。 而在众多可再生能源技术开发中潜力最大、 最具开发价值的是风 能和太阳能， 它们是一种取之不尽， 用之不竭的可再生能源。 风 - 光- 柴 - 蓄混 合互补发电系统由风力发电单元、 太阳能发电单元、 蓄电池充放电单元和柴油发 电机组成。配置的主要目标是，满足孤立岛屿 72h用电的同时要求发电效率高,系统运行成本低。 其优化配置思想就是从一系列

5、混合电源配置方案中找出一种最 为理想的配置， 该配置能尽可能多地利用太阳能和风能， 减少柴油机的运行， 提 高整个系统的发电量。ft AC */ .严 ,.- -rm 总* “ U i4-Z决*皀吐jTF irtd J,够膨J H.zai-HU2 _ . t99%额定交流输出功率50kW总电流波形畸变率0.99效率96%允许电网电压围（三相）380 10%允许电网频率围50 0.02 Hz夜间自耗电30保护功能极性反接保护、短路保护、孤岛效应保护、过热 保护、过载保护、接地保护、欠压及过压保护等通讯接口（选配）RS485或以太网使用环境温度25C + 55 C使用环境湿度095%,不结露尺寸（

6、深X宽X高）mm600*720*1085噪音 50dB防护等级IP20 （室）电网监控按照UL1741标准电磁兼容性EN50081,part! ; EN50082,part!电网干扰EN61000-3-4性能特点选用光伏并网逆变器采用32位专用DSP空制芯片，主电路采用先进的智能功率IPM模块组装，运用电流控制型PWMT源逆变技术和优质进口高效隔离变压 器，可靠性高，保护功能齐全，且具有电网侧高功率因数正弦波电流、无谐波污 染供电等特点。该并网逆变器的主要技术性能特点如下:采用32位DSP片进行控制;采用智能功率模块（IPM）;太阳电池组件最大功率跟踪技术（MPPT）;50Hz工频隔离变压器，

7、实现光伏阵列和电网之间的相互隔离；具有直流输入手动分断开关，交流电网手动分断开关，紧急停机操作开关。有先进的孤岛效应检测方案;有过载、短路、电网异常等故障保护及告警功能;?直流输入电压围（450V820V），整机效率高达95%以上;?人性化的LCD液晶界面，通过按键操作，液晶显示屏（LCD），可清晰显示实时各项运行数据，实时故障数据，历史故障数据（大于 条），总发电量数据，历史发电量（按月、按年查询）数据。逆变器支持按照群控模式运行，并具有完善的监控功能；可提供包括RS485或Ethernet （以太网）远程通讯接口。其中RS485遵循Modbus通讯协议；Ethernet （以太网）接口支持

8、 TCP/IP协议，支持动态（DHCP或静态获取IP地址;逆变器具有CE认证资质部门出具的CE安全证书。电路结构50kW并网逆变器主电路的拓扑结构如图3-8所示，并网逆变电源通过三相全桥变换器，将光伏阵列的直流电压变换为高频的三相斩波电压， 并通过滤波器为了使光伏阵列以最大功率发电，在直流侧加入了先进的MPP算法。光伏阵列申M=PTt滤波变成正弦波电压接着通过三相变压器隔离升压后并入电网发电。图2-6逆变器主电路结构2.1.6光伏系统防雷接地装置为了保证本工程光伏并网发电系统安全可靠， 防止因雷击、浪涌等外在因素 导致系统器件的损坏等情况发生，系统的防雷接地装置必不可少。接地线接地线是避雷、防

9、雷的关键，在进行配电室基础建设和太阳电池方阵基础建 设的同时，选择接地扁钢，添加降阻剂并引出地线，引出线采用35mm铜芯电缆, 接地电阻应小于4欧姆。直流侧防雷措施电池支架应保证良好的接地，太阳能电池阵列连接电缆接入光伏阵列防雷汇流箱，汇流箱含高压防雷器保护装置，电池阵列汇流后再接入直流防雷配电柜， 经过多级防雷装置可有效地避免雷击导致设备的损坏。交流侧防雷措施每台逆变器的交流输出经交流防雷柜 (含防雷保护装置) 接入电网， 可有效 地避免雷击和电网浪涌导致设备的损坏，所有的机柜要有良好的接地。防直接雷整个系统应具有防直接雷的措施， 原则上一般安装外部接闪器作为防直接雷的首选设备。该设备防止外

10、部雷击直接击坏相关设备。2.1.7 光伏施工组织设计1) 施工条件拟建的 50kWP 太阳能光伏并网发电系统位于屋顶或坡地，工程施工地势开阔为良好的施工场地。本工程推荐方案计划安装太阳能光伏组件 256 块，总装机容量 51.2kWp。 基本布置为 1 个光伏阵列，施工特点为单体光伏阵列分散进行。2) 工程占地本期工程占地为国有岛屿建设用地，无需额外征用土地。3) 主体工程施工主体工程为光伏阵列基础施工。施工需架设模板、绑扎钢筋并浇筑混凝土， 混凝土在施工中经常测量， 以保证整体阵列的水平、 间距精度。 施工结束后混凝 土表面必须立即遮盖并洒水养护， 防止表面出现开裂。 一般情况尽量避免冬季施

11、 工。施工过程中，待混凝土强度达到 28 天龄期以上方可进行安装。4) 太阳能光伏阵列安装? 施工准备安装支架运至相应的阵列基础位置，太阳能光伏组件运至相应的基础位置。? 阵列支架安装支架分为基础底梁、立柱、加强支撑、斜立柱。支架按照安装图纸要求，采用镀锌螺栓连接。安装完成整体调整支架水平后紧固螺栓。? 太阳能电池组件安装细心打开组件包装，禁止单片组件叠摞，轻拿轻放防止表面划伤，用螺栓紧固至支架上后调整水平，拧紧螺栓。（7）施工总体进度依据项目实施计划，从项目开始实施之日起，3个月左右工程实施完毕，并并网发电。2.2风力发电系统 2.2.1风力发电系统描述根据整体规划，在该驻地安排总容量为30

12、kW的风机。年平均风速为2.23m/s（全年数据参见表2-30由于该驻地靠近沿海，周围无任何遮挡物，因此风速会略高于平均风速。平均风速以 3.0m/s计，3.020.0m/s有效风能利用小时数在 2700小时以上。表2-3全年平均风速统计表（国际通用卫星数据库得到以下气象信息）月份风速大气压力月平均温度（米/秒）(KP a)(C)一月2.2101.4918.2二月2.4101.3219.1三月2.5101.0421.9四月2.5100.7125.5五月2.2100.427.7六月2.2100.0828.8七月2.3100.0529八月2100.0628.5九月1.9100.4527.5十月2.

13、2100.9525.9十一月2.2101.323十二月2.2101.5619.5年平均2.23100.7824.55可选择启动风速为2.5m/s的5kW小型风力发电机组，安装数量6台，安装 位置设置驻地周围向风处。小型并网风力发电机系统由风力机、发电机、并网控制器、并网逆变器、隔离变压器组成。并网控制器由斩波器和泄荷负载组成， 起整流和保护作用，并 网逆变器将直流变换成交流输出，并经隔离变压器上网。井网逆吏器刹车捋一创AS7图2-7小型并网风力发电系统构成222风机主体选型风力机的风轮把风能转化为机械能，风力机的尾翼作为调向机构实现 风轮旋转面垂直于风向。机械能驱动永磁式交流发电机产生交流电。

14、并网 控制器起整流和保护作用，把不规则的交流电变成直流电。并网逆变器再 将直流电逆变成交流电输出后并入电网。桨叶选型优选高升阻比翼型，兼顾宽尖速比和降噪进行气动优化设计，经装机运行试验和检测，气动效率高于0.4，噪音低于65 db。采用兆瓦级风力机桨叶专用的胶衣树脂和增强玻璃纤维制品制作的桨叶，结构强度高，能保 证在高转速下安全运行。发电机选型采用强磁材料，优级轴承，F级绝缘IP54防护，按免维护技术设计,保证使用寿命 30000小时以上，寿命期无需解体保养。风轮选型采用机械离心变桨距机构，风轮不旋转时，桨叶处于易于起动的角度, 风速高于3m/s，风轮即转动；411m/s风速下，风轮旋转桨叶受

15、离心锤作 用，其角度随转速变化，跟踪在利于加速的高升阻比状态，风轮保持高效 率平稳运行；当风速继续增大，风轮转速提高，桨叶在离心锤的作用下， 向负角度转变，迫使风轮恢复并维持在额定转速附近运行，最高转速不超 过 360r/min。塔体选型此类塔体采用多棱形锥度结构，选用优质钢材制作而成，具备牢固地 抗大风能力；外表进行热镀锌防腐工艺处理，外观简洁、美观；占地面积 小等特点。防腐处理所有外露机件均采取了长效防腐蚀表面处理，保证风力机在露天使用不锈蚀。2.2.3风机技术参数表表2-4风机技术参数表技术参数表额定功率(W5000叶片材料增强玻璃钢额定风速m/s)9限速方式离心变桨限速启动风速m/s)

16、3发电机型式永磁三相交流发电机工作风速(m/s)325塔架高度(m)48安全风速(m/s)50停车方式后掠变桨额定转速(r/mi n)360主机重量(kg)约130风轮直径(m)4拉索塔杆重量(kg)100工作电压(V)DC48V/240/AC220V工作环境( C)-40 85年发电量(KWH)2000/6000绝缘等级F224风机逆变器技术设计逆变器控制功能主要是把通过风机控制器整流的的直流电通过单相全（如图MPP算法。桥电路进行逆变，将输入的直流电压变换为高频的斩波电压，并通过滤波 器滤波变成正弦波电压接着通过变压器隔离升压后电流馈入电网2-8）。为了使风力发电机以最大功率发电，逆变器使

17、用了先进的图2-8并网逆变器原理结构示意图端子定义:RS485: RS485A/B通讯线通过 RS485/RS232转换器和PCM相连。DC+直流输入正极端子,最多允许两路接入。DC-:直流输入负极端子，最多允许两路接入。AC OUT PUT交流输出L、N和接地端子待机 在运行后，如果直流侧电流过小（近似于0A）并保持3分钟后，逆变器从运行转为待机状态，停止工作。在待机模式下逆变器不断检测小风机控制器是否有足够的能量并网发电，当直流电压在20V-40V之间时，逆变器从待机模式转入运行模式。运行 在此模式下，逆变器将控制器输出的直流电变换为交流电并入电网。同时在此模式下逆变电源一直以最大功率点跟

18、踪（MPPT方式使小风机输出的能量最大，故并网发电模式一般也称MPP模式。故障 当小风机发电系统出现故障时，逆变电源会停止工作，将交流侧的接触器立即断开。系统此时持续监测故障是否消除，如果故障未消除,表2-5 DMIV-W6/5K特性参数连续过载能力110%瞬时过载能力130% 20 秒输入直流电压围230400V并网启动电压(V DC)180V额定功率电压点(V DC)240V额定交流输出功率5KW总电流波形畸变率0.99取大效率94%欧洲效率92%允许电网电压围(单相)180V260V AC（可设定）允许电网频率围4752Hz/5762Hz（可设定）交流电网接入方法直插式端子夜间自耗电10

19、W噪音 97%? 工作噪声 65dB;?过载能力1.5倍额定电流，允许过载1min；?冷却方式强制风冷。B. PC&空制电路设计每个ac/dc功率回路的控制由底层控制器和上层控制配合完成充放电功能的实现，上层控制由集中监控装置通过通讯接口与底层控制器实现协调控制，充 放电指令通过通信（CAN或485通信）对并联运行的PCS系统发出控制指令，PCS 底层控制器接受到指令后通过 PWMI制脉冲实现对本柜的输出控制。底层控制器采用低压产品控制器（1/3的6U机箱），此控制器具有16路模 拟量接口、16路开关量输入接口和16路开关量输出接口和12个PWM脉冲输出 接口，2个232/485接口和1个CA

20、N2.0B接口，可以同时控制两个 PCS系统。本产品采用可编程操作显示器 TD220作为本装置的人机接口单元，外观如下图2-22所示。显示模块通过RS232接口与低压控制器通讯。PCS ? ?|f列 H 1心1CD 叵 I CD CD 叵 1 CDQ Q 0 O Q B 卜图2-22人机接口显示单元外观C. 人机接口的显示和操作功能?显示功能：PCS具有显示功能，显示菜单为中文菜单，人机界面友好，容易操作。?操作功能：PCS具有输入输出显示界面、告警显示界面、历史记录显示界面、运行状态显示界面、参数设置显示界面，通过这些显示界 面能清楚的知道PCS的运行状态、各输入输出量的数值、历史记录等,同

21、时可以通过参数设置界面对相关参数进行设置来灵活配置PCS系统的充放电电压电流限值等。2）双向智能控制成套装置技术参数A. 环境要求? 环境温度：-10C50 r （工作温度）? 相对湿度：5%95%（ 40r）? 海拔：2000米? 地震烈度：7度? 水平加速度： 0.2g? 垂直加速度： 0.1g? 散热方式：强制风冷B. 主要技术参数? 输入/出特性：工作电压：AC380V 15%，三相四线制;工作电压频率： 50Hz 0.2Hz;电网电流波形：THD 0.98 （满载）? 直流侧特性：额定电压： DC625VDC800V;充放电电流：0A200A （200A允许工作1min）;输出额定功

22、率： 30kW;稳压精度（能量存储）：w1%稳流精度：w 2% （在20%le100%le）充放电电压纹波系数：W 2%充放电电流纹波系数：W 3%满载效率：97% （不计隔离变压器损耗）? 其它特性：保护方式：具有软启动功能、过压、过流、过热、短路等自动保护功能，具有电网过压、欠压、缺相和不平衡保护；工作方式绝缘电阻可长期满负载连续工作； 10M Q （测量电压为 500V）;绝缘强度工频交流 2000V （或直流3000V） ,1min安装条件户；工作噪声 65dB （距装置1m处）；通讯接口RS485/CAN2.0B3）双向智能控制成套装置使用说明A. 装置启动过程：? 操作装置总进线开

23、关闭合， 辅助电源上电， 控制器上电自检， 操 作员通过监控装置人机显示检查定值设置、查看状态显示和系统参数显 示。装置上电后， 主控制器将自动设置为充电模式， 输出稳压工作方式， 充电电流设定为零。此时 AC/DC 模块中所有接触器处于分闸状态；? 检查各模块面板的显示单元， 按需要可将模块设置为就地手动或远端控制模式。操作面板复位按钮，面板故障指示灯熄灭。此时操作面 板启动按钮，首先闭合 AC/DC 模块的软启动接触器， AC/DC 模块直流 侧开始充电，5秒钟后自动闭合主接触器，1秒钟后AC/DC模块开启PWM 脉冲进入闭环工作，直流母线电压稳定到与蓄电池电压相同的电压。若5 秒钟 AC

24、/DC 模块的输出电压都稳定在蓄电池电压 1%以，控制器则 控制输出直流接触器闭合，装置完成上电启动。B. 装置充电过程：? 若需要就地手动操作， 在人机操作显示模块上设置工作模式为手动方式，设置充电电流值来控制装置的充电电流大小。该装置具备恒流 限压的功能，当蓄电池电压逐步升高超过限压值的时候， AC/DC 模块将 自动转入恒压模式；? 若需要远端控制，在人机操作显示单元上设置操作模式远端控制， AC/DC 模块控制器接收监控装置的充电电流指令以改变装置的输出电流。C. 装置放电过程描述：? 若需要手动操作，在人机操作显示模块上设置工作模式为手动模 式，放电运行，控制器将运行模式转换为能量回

25、馈方式，放电电流给定 值将自动回零，需要重新设置。可通过手动在人机操作显示模块上设置 放电电流值来控制装置的放电电流大小，该装置具备恒流限压的功能， 当蓄电池直流电压低于限压值的时候， AC/DC 模块将自动转入恒压模 式;? 若需要远端控制，在人机操作显示单元上设置操作模式远端控制，此时控制器接收监控装置的放电电流指令， 以改变装置的放电电流。4）装置的正常退出过程描述：? 装置退出时， 若装置处于远端控制模式， 控制器接收监控系统的退出运行命令后闭锁脉冲，控制器控制蓄电池侧的接触器和交流侧主控 制器分闸，装置退出运行；? 若装置处于就地运行模式， 操作面板的停机按钮， 装置即自动完 成退出

26、运行的操作;? 手动 /远方遥控断开装置的总进线开关。2.4.3 储能监控本产品的监控系统框图如图2-23所示。BGM（后台管理系统）与PCS（双 向智能控制装置）、SM （智能仪表，用作计量）、EMS（用户蓄电池组配置的电池 管理单元） 之间通过通讯实现状态监视和设备管理。 在功能的划分上充分考虑独 立性和完整性，在BGMSS讯失败的情况下，PCS可按原先设定好的模式继续工 作，或由人工转入手动工作方式。BGM主要实现如下功能:与PCS控制器通过RS485接口通讯;与电池管理系统（BMS采用CAN2.0B通讯;与智能仪表（SM采用RS485接口通讯。图2-23储能监控系统框图2.5微电网控制

27、管理中心 2.5.1微电网控制管理中心系统概述本项目为孤岛型微电网系统，建设 50kW光伏发电系统2套、15kW风力发电系统2套、100kW/600kWh磷酸铁锂储能系统1套、单、三相负载，通过低压配 电柜接入系统，形成包含风、光、柴、储、微电网系统，整个微电网系统的运行 示意图如图2-24所示。储储储储储储储储储储储储储储储储储储储储储储储I储储储储储储储储储储储储储储储储储储储储储储储储 储储储储图2-24微电网系统结构示意图为了为了提高充电站的智能化和高效运行，微电网集中控制器要求所有的中 低压开关都是集保护、量测、控制于一体的智能控制元件。整个微电网管理系统由微电网接入柜、微电网通讯屏、微电网测控屏（含微电网集中控制器