大功率储能PCS关键技术研究

©CopyrightSUNGROW2014人(Lecturer)：日期(Date)：阳光电源股份有限公司SungrowPowerSupplyCo.,Ltd.阳光电源及大功率储能PCS关键技术研究目录©CopyrightSUNGROW2014一、阳光概括二、PCS关键技术研究三、典型案例成立于1997年专注于太阳能、风能、储能等可再生能源电源的研发、生产、销售及服务光伏逆变器/风能变流器的国家标准制定者15项国家重大科技项目课题承担单位多款逆变器获得欧洲权威实验室-PhotonA级评测国家博士后科研工作站设站企业国家认定企业技术中心国家发改委“国家高技术产业化示范基地”连续获得安徽省“最佳雇主”单位中国可再生能源电源行业首家上市公司中国驰名商标亚洲最大逆变器企业，全球TOP3⋯⋯©CopyrightSUNGROW2014一、阳光概括---企业简介©CopyrightSUNGROW2014一、阳光概括---主营业务风能变流器光伏逆变器光伏发电风力发电储能电源及电站系统开发集成储能业务©CopyrightSUNGROW2014专利技术，可靠性高，适应多种环境，通过TÜV、BDEW、Photon、GL及LVRT测试100kW~1000kW1.5kW~60kW电站型光伏并网逆变器组串型光伏并网逆变器一、阳光概括---光伏逆变器©CopyrightSUNGROW2014专利技术设计，可靠性高，适应多种环境，通过CE、LVRT及德国GL测试等双馈型风能变流器全功率型风能变流器1000kW~3000kW850kW~2500kW一、阳光概括---风能变流器7©CopyrightSUNGROW2014一、阳光概括---储能电源具有实现并网电能双向调度、辅助新能源平滑并网、支撑微电网独立稳定运行等功能。10KV/3MW微网平台30kW~1000kW©CopyrightSUNGROW2014一、阳光概括---企业责任力行节能减排，坚持绿色发展，致力于为社会传递清洁高效的绿色能源。目录©CopyrightSUNGROW2014一、阳光概括二、PCS关键技术研究三、典型案例二、PCS关键技术研究功率模式：以设定的有功、无功输出功率值为参考；调频模式：设定频率；根据频率设定值吸收或发出有功功率以调节系统频率；调压模式：设定参考电压；根据电压设定值注入容性或感性无功（低电压穿越、STATCOM）；孤岛模式：脱离大电网，自行组网运行；调频调压，同步并网。二、PCS关键技术研究全新大功率应用解决方案：最新的拓扑结构、智能的模块化并联技术。智能模块化并联二、PCS关键技术研究---智能模块化二、PCS关键技术研究---多机并联谐振抑制技术随着新能源并网发电的大规模化以及分布式发电技术的发展，多逆变器并网谐振问题已使得发电系统和电网的可靠稳定运行受到了严峻挑战。　　由于多逆变器并网系统间的各种相互关联耦合构成了一个复杂的高阶电网络，因此，极易引起并网系统的谐振；　　随着新能源发电穿透率的增加，并网公共连接点阻抗的变化会使电压对功率波动敏感，同时电网电压谐波放大问题都进一步增加了引发系统全局谐振发生的可能性。严峻挑战针对多台逆变器集中并网运行的系统特征：研究多机并联的谐振抑制技术，改善逆变器分布式并网接入性能。10Kw,三相,两电平,单台电压背景噪声LCL滤波通过变压器并网15Kw,三相,三电平,单台调节器增益过大LCL滤波通过变压器并网3Kw,单相,两电平,单台电网阻抗过大LCL滤波通过变压器并网——XinChen;JianSun;,"AstudyofrenewableenergysystemharmonicresonancebasedonaDGtest-bed,"55Kw,三相,6台,330Kw3组330Kw组成成1Mw大功率谐波放大LC滤波共用一个变压器——清华大学赵争鸣教授2010台达会议报告,”兆瓦级光伏并网发电关键技术研究”6Kw,单相,每相6台,36Kw3相共组成108Kw过零锁相误差LC滤波通过变压器并网6Kw,单相,每相6台,36Kw3相共组成108Kw多逆变器耦合LC滤波通过变压器并网500Kw,三相,2台,1Mw载波不同步LC滤波通过三绕组变压器并网，逆变器输出电流含有间歇的高频谐振30Kw,三相,2台,60Kw控制滞后LC滤波通过变压器并网，逆变器输出电流含有间歇的高频谐振。二、PCS关键技术研究---多机并联谐振抑制技术15二、PCS关键技术研究---多机并联谐振抑制技术多机并联谐振抑制技术在微网中，由于并联逆变器各自的控制信号、载波不同步，此时逆变器可能发生谐振，且在高频、低频都有可能出现谐振峰。控制算法对微网逆变器的谐振影响较大。不同控制算法、不同控制参数均将导致不同谐振特性。采用被控对象的局部微分反馈对微网逆变器的谐振有着一定的抑制作用。16转动惯量小无短时过载能力电流源并网无孤岛运行和电压支撑能力基于电力电子接口的分布式电源二、PCS关键技术研究---VSG基于虚拟同步发电机的分布式发电技术研究。虚拟同步电机故障恢复能力频率稳定性17同步发电机组与电力电子装置的比较（1）数字与PWM控制，输出有谐波（2）控制响应快；（3）短时过载能力弱（4）有输出滤波器，并与分布式发电系统网络存在动态耦合，可能导致谐振同步发电机组（1）模拟系统，基本无谐波；（2）控制响应慢；（3）短时过载能力强（4）无输出滤波器。惯性、阻尼等参数不能变化惯性、阻尼等参数可以变化电力电子装置（VSG）二、PCS关键技术研究---VSG18Inverter_1GridInverter_N-1Inverter_N……00()PIrefgridsPPC（）单台并网：为抑制频率波动——PQ控制多台并联：为实现一次调频控制，并确保输出功率按照额定容量均分—下垂控制00grid(-)pPPk多台并联：在下垂控制基础上，为抑制频率的快速波动，增加系统稳定性—虚拟惯性00grid(-)+JpdPPkdt电网频率的稳定控制：（当线路阻抗呈感性时）利用电压——无功下垂控制可以抑制电压波动！二、PCS关键技术研究---VSG19虚拟电机控制技术及其在微电网中的应用二、PCS关键技术研究---VSGdcU1L2LCabcUqudtdduquabcIduqudiqidiqidcUambmcm虚拟惯量功率：一次调频功率：有功电流指令：r2P30dqefdiui1()drooprefpminertiadPJdt0refinertiadroopPPPP有功指令：20二、PCS关键技术研究---离网系统解决方案1、传统离网光伏电站解决方案共直流母线解决方案系统图DCBUSAC基本原理介绍：光伏组件所发电能，经光伏控制器对蓄电池进行充放电管理，由光伏控制器对组件所发的电能进行自动调节和控制；离网逆变器把直流电转换为交流电，为交流负荷供电。21二、PCS关键技术研究---离网系统解决方案2、基于微网系统的优化解决方案共交流母线解决方案系统图储能子系统：储能逆变器PCS负责建立交流母线的电压和频率，根据蓄电池状态，自动调度和控制光伏逆变器运行于M状态或限功率状态。PCS具有离网独立逆变以及多台离网独立逆变并联功能。不需要单独配EMS。光伏子系统：根据负荷及蓄电池状态确定工作模式，当负荷大于发电功率且蓄电池没有充满时，工作在MPPT模式，当负荷小于发电功率且蓄电池充满时，工作在限发模式。微网系统独立发电原理22二、PCS关键技术研究---离网系统解决方案SG30KTL-M（IP65）400V280V-950V光伏逆变器3、阳光电源微网系统解决方案主要设备介绍23二、PCS关键技术研究---离网系统解决方案储能变流器450-750VDC400VSC30、SC50、SC100、SC500双向逆变，维持系统功率平衡，保证负荷供电品质；具有多种通讯接口，包括以太网、RS485、CAN等通讯方式；并网/离网运行功能：储能变流器既可以工作在并网状态/离网状态，并且两种状态可以自动无缝转换；具备多机并联功能，便于系统扩容；适应不同类型蓄电池，具备浮充/恒流/恒压/恒功率等多种充放电方式；直流输入电压范围宽、转换效率高(96%)；具备R、L、C负载100%三相不平衡能力，满足非线性及电机类冲击负荷供电；具有交流黑启动功能；110%额定输出功率可实现长时间运行集成EMS功能，交流配电功能；3、阳光电源微网系统解决方案主要设备介绍24二、PCS关键技术研究---离网系统解决方案3、阳光电源微网系统解决方案系统试验数据不平衡负载阶跃波形带电机型冲击负荷波形带非线性负载波形并网到离网无缝切换离网到并网无缝切换二、PCS关键技术研究---离网系统解决方案3、基于微网系统的优化解决方案阳光电源解决方案集装箱式解决方案20尺或40尺标准集装箱体，IP54防护等级;一体化设计，方便运输及安装，节省现场安装时间；内部温控加热系统，确保电池室内环境温度在合理的范围内；标准的对外接口，方便接线，灵活的扩容。电池室变流室26二、PCS关键技术研究---离网系统解决方案4、几种方案对比传统方案主要缺点：光伏可利用率和逆变效率较低，整个系统的效率低于70%；系统效率低导致初始投资成本高；设备不能并联使用，系统后期不便于扩容；设备不具备并网功能，无法与大电网连接；系统同时存在直流母线和交流母线，拓扑结构复杂。27二、PCS关键技术研究---离网系统解决方案4、几种方案对比一体机方案DC/DC+DC/AC两级变换，系统效率低；系统器件数量多，故障率高；可靠性差，只要DC/DC或DC/AC中任一单元损坏，系统即无法工作，无法供电；DC/DC及DC/AC容量按照1:1配置不合理，光伏的容量与系统负荷的用电量决定的，而逆变器容量由负荷功率决定的，不是简单的1：1关系；冗余性差，系统扩容时所有设备需要成倍增加；光伏组件和蓄电池必须就近安装，空间位置受限制仅仅适合于功率小，户用系统。28二、PCS关键技术研究---离网系统解决方案4、几种方案对比共交流微网方案技术先进，未来离网系统的主流形式，国内外已有多个成熟应用案例系统具备离网/并网功能，预留并网接口，可与公用电网连接，无需增加投资成本全面提升系统效率，投资成本大大降低减少光伏组件配置至少15%以上；减少蓄电池配置至少5%以上；无需直流汇流盒，直流侧电缆数量减少系统冗余设计，方便扩容光伏、储能各功能子单元容量配置灵活，系统容量设计方便修改系统扩容方便，无需改造原有系统，仅扩容部分增加投资目录一、阳光概括二、PCS关键技术研究三、典型案例上海洋山港电能质量控制调节项目•项目地点：上海•项目时间：2011年•装机容量：3MW该系统配套了阳光电源SC500TL型大功率储能变流器，双向充放电，具有快速响应特性，从满冲到满放的响应时间<100ms，为实现整个系统的电能质量的调节提供了基础。项目保证港区电力供应的稳定性和安全性，缓和了大型港口的电力供需的矛盾，同时做到了节能减排。中节能青海治多县2.4MW微电网项目•项目地点：青海治多县•项目时间：2013年•装机容量：2.4MW该项目位于青海治多县，海拔4300米，全年最低温度达到-30℃。系统采用先进的采用集中式光伏+储能微网运行方式，10KV建网，为全县5000多户人口供电，解决当地用电问题。阳光电源提供整体解决方案，系统配置方式灵活，并具备与水电、电网并联运行的要求。甘肃敦煌国电9MW光伏储能项目•项目地点：甘肃敦煌•项目时间：2013年•装机容量：9MW该项目位于敦煌市七里镇光伏产业园，是西北地区第一个光伏并网储能项目。该系统采用光伏并网发电+三元锂电储能系统的运行方式，每天实现储能系统充放电12次，在光伏并网接入受限制的背景下，通过储能系统，有效改善了光伏发电质量，为项目增加了上网电量，提高了系统的经济效益。阳光电源为该项目提供了户外房式储能系统，将储能电池、监控系统、温度调控系统和储能变流器都集中到了户外房体内，极大的方便了项目现场的施工。中广核青海祁连县3.087MW离网微电网项目•项目地点：青海祁连县•项目时间：2013年•装机容量：3.087MW该项目位于青海祁连县，海拔3600米。光伏总装机3.087MW，储能电池采用锂电池和胶体电池配合的混合型储能系统，充分考虑不同电池的特性运用于微网中，从而提高电池的总体使用寿命。该项目的投运，极大地解决了祁连县的供电问题。三沙市永兴岛500kW独立光伏微电网发电示范项目•项目地点：海南三沙永兴岛•项目时间：2013年•装机容量：500kW嵊山岛海洋再生能源多能互补独立电力系统示范工程•项目地点：浙江舟山嵊山岛•项目时间：2012年•装机容量：300kW系统安装于浙江省舟山群岛的嵊山岛，采用多种分布式能源（光伏、风电、海流）和储能系统优化运行，三台储能变流器独立并联运行，做微网系统电源支撑，采用先进的并联控制技术，实现在线投切，大大提高了系统可靠性，为岛屿电力设施提供稳定可靠的电力供给。时间：2011年系统描述：该工程集中展示了智能电网、智能用电的先进理念及内涵，公寓供电整体由微电网系统控制，其包括的微型冷热电三联产系统、大容量储能系统、能量管理及配电自动化系统，共同作用，可实现多种电源方式优化分配和经济运行，达到节能环保的目的。该系统实现了并网和离网运行的无缝切换，整体切换时间不超过8ms，保证了系统用电的安全性和可靠性，达到了世界先进水平。储能变流器：1台SC100北京供电局左安门智能公寓微网储能项目中科大先进技术研究院500kW园区微网项目•项目地点：安徽合肥•项目时间：2013年•装机容量：500kW安徽首个太阳能独立微网发电系统，为中科大先进技术研究院575亩园区所有的路灯及景观灯都能靠太阳能来实现照明，整个项目由阳光电源提供整套解决方案，采用交钥匙方式，项目采用了先进的能量管理系统，全智能化控制，无人值守，该系统还可智能切换到电网运行，保障了用电的环保和稳定。中广核青海共和县11MW离网微电网项目国网张北风光储2MW铅酸电池储能项目北京计科西藏措勤1MW多能互补供电系统项目西藏阿里转神山冈仁波齐1MW光储微网项目（海拔4700米）广东电网国家863主动配电网1.5MW复合储能项目⋯⋯©CopyrightSUNGROW2014THANKYOU!