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太陽能板與智能微電網的研究發展

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太陽能板與智能微電網的研究發展

發布日期:2019-06-28 00:00 來源:http://www.jlqz.net 點擊:

   可再生能源分布式發電由於受到光照、風速等自然因素的影響,其隨機性、間歇性特點明顯,輸出功率波動範圍大,特別是分布式發電設備中電力電子裝置的廣泛應用、用戶與傳統電網的雙向互動對電網的安全經濟運行和電能品質均產生顯著影響。傳統電網尤其是配電網的確定性規劃和運行理論已難以滿足多類型分布式能源的大量接入,研究基於分層儲能的主動配電網對國家能源戰略的實施、可再生能源的合理利用及環境的改善具有重要的經濟社會意義。

  傳統配電網是潮流亟待發展中的單相流動的輻射型配電網。

  主動配電網與傳統配電網有很大不同。這是因為各種分布式電源接入,變為電源與負荷混合的、潮流雙向流動的負載網絡。

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  中國的智能配電網建設需要兼顧智能化和配電網擴容發展的問題。國內配電網自動化程度較低,配電信息化係統也還處於部署階段,配電網絡大都仍處於不可觀、不可測和不可控的狀態,其控製方式和管理模式到目前為止主要采用的是被動的模式。此外,國內現有的配電網資產平均年限較短(如10~20年),不宜進行大規模更新改造,而負荷仍以每年7%的速度增長,配電網絡還以相應規模在擴大。當前建設的配電網可能未來50年仍有可能在使用,因此,中國不僅要研究主動控製和主動管理達到平滑負荷需求與提高可再生資源滲透率(可再生資源發電量占總用電量的比例)的問題,還要研究現有配電網的充分利用和擴展的問題,相關的主要研究課題如下。

  (1)在基於分層諸能的主動配電網工程建設中,主動配電網的拓撲結構、控製算法、管理平台、分層分級平台保護裝置的仿真驗證是其重要的一個環節。在基於分層儲能的主電網示範工程搭建之前能夠對主動配電網運行、控製、調度、管理、保護等各方麵進行深入的理論和實驗研究,對縮短主動配電網的建設周期,節省建設成本是必要的。

  若采用主動配電網係統實物實驗平台驗證控製算法及能量管理平台、分層分級保護裝置,不僅耗資巨大,而且接入實際電網後可能會對大電網造成嚴重危害,影響大電網的正常運行,給國家、社會、企業造成巨大損失。同時主動配電網接入大電網後難以進行些相關試驗來檢驗配電網管理平台與大電網之間的相互影響,而控製任務的多樣性導致主動配電網控製策略和管理平台較為複雜,因此建立基於分層儲能的主動微電網係統仿真平台尤為重要。

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  (2) 隨著電網分布式發電裝置大量接入、可再生能源的最大利用、新能源汽車推廣、配電網側運行效率提高,給配電網提出了更高要求。基於分層儲能的主動配電網能夠改善分布式發電和充電設施的可控性,實現與大電網的友好協調,較好地解決了新能源和電動汽車高滲透率接入電網的問題。為提升基於分層儲能的主動配電網關鍵技術與裝備的研製能力,需要進一步研製含有分布式儲能裝置的交直流混合微網節點裝備,這種裝備的基礎是儲能裝置。

  研究和開發一種儲能裝置,從單體電池的選擇、最小模組的串並聯設計、模塊的設計,到電池係統的整體設計,以及與其相應的BMS (電池管理係統)設計,都必須考慮到其即插即、用的靈活適用性,從而使該儲能裝置適用於基於分層儲能的主動配電網。

  在儲能裝置的研發過程中,充分考慮電網負載的不一致性、區域需求不平衡性等,以及儲能電池組現實存在的故障問題,需要使該儲能裝置具有一定的冗餘功能,以確保供電網絡的輸出具備一定的係統容錯能力,保證電網輸出在一-定程度上滿足供電的持續性,同時可以減少係統的維護時間和成本。

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  人們看好鋰離子電池作為儲能裝置,但由於鋰離子電池材料的不穩定性以及製造工藝條件的影響,使每一個電池均存在差異性,因此電池在充放電過程中表現出的性能有所差異,這種差異在現實中會始終存在,會大大降低電池性能,影響電池的使用壽命。就目前而言,如果要從電池本身去解決這個單體電池的差異問題,將會增加更多的成本和需要更先進的技術。為了解決這個問題,我們可以在電池的充放電過程中使用均衡的技術,來解決電池差異性,從而提高儲能電池裝置的有效容量和使用壽命。

  儲能裝置中如具備智能化的BMS,配合相對應的電池組設計方案,可實現快速充放電轉換。

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  (3) 儲能裝置和高效直/直變換器是保證大量隨機間歇性分布式發電裝置接人微電網係統智能化、穩定可靠運行不可或缺的部分,交直流微網係統通常需要增加由蓄電池、飛輪儲能、超級電容等組成的儲能係統。根據交直流微網係統的容量需求,由儲能係統來保證微電網係統能量的動態平衡。電池組均衡管理電路和電池組荷電狀態檢測算法、高效率雙模式三電平直直變換器、多端口高效三電平直/直變換器拓撲與控製策略等已成為交直流微電網係統的重要研究內容。因此,研究基於可靈活配置的電池成組技術的儲能裝置、高效率雙模式直流/直流變換器,對於研發交直流混合微網節點和集中儲能裝置的典型裝備具有重要的理論意義及工程應用價值。

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