方案：海外某工厂风光储微电网综合能源系统方案

微信扫码，打开到小程序

1.2MW/2.23MWh 风光储微电 网系统方案 光储充综合能源系统方案设计说明书 II 目 次 1 项目概况.................................................................................................................................................................. 1 1.1 项目背景...........................................................................................................................................................1 1.2 项目需求...........................................................................................................................................................1 2 术语和缩略语..........................................................................................................................................................2 3 系统方案设计..........................................................................................................................................................2 3.1 系统整体配置...................................................................................................................................................2 3.2 系统拓扑...........................................................................................................................................................3 3.3 光伏系统方案...................................................................................................................................................4 3.3.1 太阳能资源分析........................................................................................................................................4 3.3.2 光伏组件的选择........................................................................................................................................4 3.3.3 逆变器的选择............................................................................................................................................5 3.3.4 光伏阵列布置方案....................................................................................................................................6 3.3.5 分布式光伏系统效率................................................................................................................................6 3.3.6 发电量核算................................................................................................................................................6 3.4 风电系统方案...................................................................................................................................................7 3.4.1 风资源分析................................................................................................................................................7 3.4.2 风力发电机组选型....................................................................................................................................7 3.4.3 系统特点....................................................................................................................................................7 3.4.4 发电量核算................................................................................................................................................8 3.5 储能系统方案...................................................................................................................................................8 3.5.1 储能系统配置............................................................................................................................................8 3.6 EMS 管理系统.................................................................................................................................................14 3.6.1 控制策略及系统架构..............................................................................................................................14 3.6.2 系统功能介绍..........................................................................................................................................16 4 项目工程量配置清单............................................................................................................................................17 光储充综合能源系统方案设计说明书 共 17页 第 1页 1 项目概况 1.1 项目背景 本方案旨在实现吉布提某工厂 24h 不间断供电，降低用户用电成本，提高工厂供电可靠性，在电网断 电时作为后备电源，保证重要负荷的持续供电。 该工厂负荷约 250~400kW,日平均负荷 300kW,重要负荷最大功率约 250kW（平均值约 200kW）。由于 当地电网主要依赖光伏、风力发电，火力发电、水电装机规模较少，电网系统不稳定，电网只能在每天 10-16 点提供电力供应且不稳定。 1.2 项目需求 根据项目所在地可再生能源资源分布情况，当地年均等效日照时长达6.38h/天，年平均风速约6.5m/s， 风光照资源特别丰富，同时属于风资源、光资源丰富区。介于当地丰富的风光资源，且当地电价较贵（约 30美分/kWh，人民币2.15元/kWh）拟建设以风力/光伏发电系统为主、电网供电为辅，配套储能系统的风光 储微电网供电系统，经计算用户年用电量约262.8万kWh,考虑到当地电网在每天10至16点可以提供电力供应， 风力发电和光伏发电系统各按照满足用户40%用电需求进行配置，且功率不超过500kW（智能并网柜单支路 功率阈值），根据风机、光伏系统常见规格和配置特点，系统配置如下： 表 1 项目总体配置 分系统名称 配套需求 备注 风电系统 装机规模：500kW（日平均输出功率约 130kW） 1 台额定功率 500kW 风力发电机组,单台额定电压 400V AC，切入风速 3m/s，额定风速 13m/s，切出风速 20m/s。 光伏系统 装机规模：604.8kWp（实际最大出力约 500kW） 光伏组件：装机容量 604.8kWp，选用 560Wp 单晶硅高效光伏组件 1080 块，每 18 个组件 1 串共 60 串，每 12 串组件接入 1 台组串式光伏逆变器。 逆变器：额定功率 110kW,额定电压 400V AC，共 5 台。 储能系统 1200kW/2236kWh（电池系统、储能变流器、EMS、辅控系统、智能并网 柜和隔离变压器集成在 1 台 20 尺集装箱内） 表 2 用户电力供应分布 分系统名称 用电量或发电量（万 kWh） 备注 负荷 总负荷 262.8 重要负荷 175.2 当风光出力不足，储能系统 SOC 低于 50% 时，只保证重要负荷用电。 光储充综合能源系统方案设计说明书 共 17页 第 2页 500kW 风电系统 114.5 43.6%总负荷用电 604.8kWp 光伏系统 108.2（25 年平均值） 41.2%总负荷用电 电网 提供剩余电量 15.8%总负荷用电 2 术语和缩略语 术语和缩略语见表2 。 表 3 术语和缩略语 序号 术语/缩略语 描述 1 EMS Energy Management System/能量管理系统 2 PCS 储能变流器 3 PV 光伏逆变器 4 BMS 电池管理系统 5 BMU 从控，电池模块管理单元 6 BCMU 主控，电池簇管理单元 7 BAMS 总控，电池堆管理单元 8 SOC 剩余电量 9 SOH 电池健康状态 10 ETH 以太网通讯模块 11 Modbus Modicon（现为施耐德公司一个品牌）制定的一套工业通信协议 3 系统方案设计 3.1 系统整体配置 为解决电网断电时工厂的电力供应问题，根据当地风光资源条件和对用电需求以及负荷类型分析，项 目总体规划设计如下： 1、在工厂屋顶或周边合适区域建设装机容量为 604.8kWp 的分布式光伏系统，光伏系统采用 380V 并 网，接入储能并网柜光伏支路，系统包含 560Wp 单晶硅双玻组件 1080 片，110kW 组串式光伏逆变器 5 台， 每 18 个组件 1 串共 60 串，每 12 串组件接入 1 台组串式光伏逆变器； 2、安装 500kW 风力发电系统 1 套，包含 1 套 500kW 风力发电机、变流器和控制系统，系统采用 380V 并网，接入储能并网柜风电支路； 光储充综合能源系统方案设计说明书 共 17页 第 3页 3、配套 1200kW/2236kWh 储能系统 1 套，储能系统包含 6 台 200kW 组串式储能变流器，单台接入 1 个 372.736kWh 液冷电池簇，配套 EMS 系统； 4、将工厂重要负荷如主要产线设备、通讯设施、防灾报警系统、重要区域安防监控设施和火灾报警系 统归类为重要负荷当储能系统剩余 SOC 低于限定值时，系统自动切除非重要负荷只保证重要负荷的供电。 系统特点：  光伏系统、风电系统、储能系统系统相互结合，节约复合投资成本，减少用户用电成本，提高系 统供电稳定性；  多站融合实现与电网互动，支持并网运行，孤岛运行，离/并网运行切换。  实现局部微网的削峰填谷，本地用电负荷协调优化，解决部分电网增容、扩容的困难，缓解区域 电网供电压力。  可模块化部署、灵活配置、资源利用率高，支持/风电等多种绿色能源扩充接入，低碳化运营。  配套能量管理系统 EMS 进行统一调度、控制、管理，可实现无人值守，降低运维成本。 3.2 系统拓扑 图 1 风光储微电网系统拓扑图 其中： 光储充综合能源系统方案设计说明书 共 17页 第 4页 （1）光伏装机容量 604.8kWp，配置 560Wp 双玻单晶硅组件 1080 片，配置 110kW 组串式逆变器 5 台； （2）风力发电系统装机规模 500kW，配置 500kW 风力发电机组 1 台、控制系统 1 套、塔筒 1 套（含 基座）和叶片系统 1 套（含 3 片叶片）; （3）储能系统采用 280Ah 磷酸铁锂电池包含 2236kWh 储能电池系统 1 套、1200kW 储能变流器 1 套、 1250kVA 隔离变 1 台、智能并网柜 1 台、EMS 系统 1 套和 20 尺储能舱 1 台（含配电、温控、消防和辅控系 统）; （4）系统各接口通讯：  EMS：与各设备通过 RS485/以太网通讯，经过通讯管理机转发；  光伏逆变器： 与 EMS 采用 RS485/以太网；  风电变流器： 与 EMS 采用 RS485/以太网；  PCS：与 EMS 采用 RS485/以太网，与 BMS 采用 CAN/RS485；  电池：与 PCS 采用 RS485/CAN，与 EMS 采用 RS485/以太网。 3.3 光伏系统方案 本工程拟在地面建设 604.8kWp 分布式光伏系统，安装高效单晶硅双玻 560Wp 的光伏组件 1080 片，倾 角按根据项目所在地最佳倾角安装，安装容量 604.8kWp，配置 5 台 110kW 组串式光伏逆变器。光伏系统采 用 380V 低压并网，所发电量通过逆变器并入箱式变压器低压配电柜供充电桩和市场其他负荷使用，剩余发 电量在充电低谷进行余电储能，系统充放电控制由能量管理系统 EMS 进行控制调配。 3.3.1 太阳能资源分析 经查询吉布提当地等效日照时长达6.38h/天，光照资源及其丰富。 3.3.2 光伏组件的选择 各类型光伏组件性能比较如下。 表 4 光伏组件性能比较 种类 电池类型 商用效率 实验室效率 使用寿命 特点 光储充综合能源系统方案设计说明书 共 17页 第 5页 根据目前市场行情，单晶硅电池组件单价比多晶硅电池组件单价略高，但是单晶硅电池组件效率更高， 单片功率更大，在光伏场区较为有限的区域单晶硅组件优势明显。选用大功率组件可以减少一定容量内的 组件数量，从而达到减少组件间连接点、故障几率、接触电阻、线缆用量、整体损耗、维护检修工作量等 目的，综合考虑项目建设方案、组件单体功率大小、本工程场地的实用性及实际商业应用的性能稳定可靠 性，本期工程拟选用单体功率为 560Wp 高效双玻单晶硅组件，组件主要参数见下表： 3.3.3 逆变器的选择 光伏逆变器是将光伏组串输出的直流能量转换成交流能量馈入电网的装置，适用于各种光伏发电应用 场景。光伏并网发电系统是由光伏组串、光伏并网逆变器、变压器及配电系统组成，如下图所示。 本项目选用的 110kW 三相组串式逆变器智能化程度高，主电路采用行业先进 IGBT 智能功率模块， 有效地降低了开关损耗与导通损耗，提高系统的效率；同时，结合运用 SVPWM 调制逆变技术，可靠性高， 保护功能齐全，并具有电网侧高功率因数正弦波电流、无谐波污染供电等技术特点。从系统性能和器件结 构布局，符合电网标准；逆变器采用创新的结构设计，支持 IP65 防护等级，适应各种复杂环境；10 路 MPPT， 晶体硅电池 单晶硅 16～22% 24.7% 25 年 效率高，技术成熟 多晶硅 14～17% 20.3% 25 年 效率较高，技术成熟 薄膜电池 非晶硅 6～8% 13% 20 年 弱光效应较好 成本相对较低 碲化镉 9～11% 16.5% 20 年 弱光效应好 成本相对较低 铜铟镓硒 9～11% 19.5% 20 年 弱光效应好 成本相对较低 光储充综合能源系统方案设计说明书 共 17页 第 6页 最大支持 20 路输入，容配比灵活；集成智能 I-V 曲线扫描、故障录波功能、远程在线升级功能，便于系统 升级与维护。 技术参数表： 本工程拟采用容量为 110kW 组串式逆变器，MPPT 数量为 9，最大输入路数 18，MPPT 电压范围 200-1000V，最大输入电压 1100V，额定输出功率 110kW，额定输出电压 380V，额定输出电流 167A，最大 输出电流 184A。防护等级 IP66。以下为逆变器电路框图： 图 2 110kW 光伏逆变器主电路框图 3.3.4 光伏阵列布置方案 光伏组件串联数量计算，利用 GB50797-2012《光伏发电站设计规范》章节 6