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1、 智能微电网实验系统方案YZXWW-II智能微电网实验系统方案一、 系统结构智能微电网系统包含：光伏发电单元、风力发电单元、微电网稳定控制柜、蓄电池组单元、智能配电柜、智能微电网控制系统（系统的智能调度，保护）、微网智能监测系统（SCADA监测）单元等几大部分组成等几大部分组成。系统总的结构框图一所示。微网系统控制器是整个微网系统的核心部分，它担负着整个系统的调度责任通过能量，实现能量管理控制的高效利用与智能化。光伏和风机发电优先供给用户负载，多余的电通过双向变换器对储能蓄电池充电和送入大电网。新能源发电不足负载用电时，从蓄电池或电网进行补充。由于微电网采用交流母线，系统扩容非常方便，直接将光
2、伏、风机以及其他发电能源设备并入交流母线上，对应容量的双向变换器直接并机即可。图一 微网实验室系统结构图2.1直驱永磁风力发电单元211概述本项目包含两台永磁直驱风力发电系统，一台为实验室的模拟系统，在已有的基础上改造，只需配备3kW风力发电变流器,本台变流器的设计图纸和源程序全部开放。另一台为3kW的直驱风力发电工程系统，已有风力发电机，需再配备一台3kW的风力发电变流器。以上两台风力发电机组经过变流器后连接至微电网母线。直驱风电变流器采用湖南大学电气与信息工程学院新能源发电项目组研制的带低电压穿越型变流器。湖南大学电气与信息工程学院新能源发电项目组由长期从事电机电器设计、电力驱动与伺服技术
3、研究的教授、副教授、讲师、高级工程师、工程师和研究员等30人组成，近年来，先后主持和参加了“十一五”国家科技支撑重大项目、国防科工委军品配套项目、国家“863计划”项目、国家自然科学基金、湖南省自然科学基金项目、湖南省科技重大专项、国家重大技术装备的国产化研制项目和其他纵向科研课题20余项，横向科研课题40余项，且有多项获得国家级和部省级奖励（其中国家科技进步二等奖4项，教育部提名国家科技进步二等奖1项，部省科技进步一等奖2项，部省科技进步二等奖3项，部省科技进步三等奖1项）。在直驱永磁风力发电机，大功率电力电子变换装置，风力发电变流器控制等领域取得了显著的成果。212、3kW直驱风力发电系统
4、原理图直驱型风力发电系统主要包含风力机、永磁同步发电机、电力电子变流系统、控制系统等。变流器结构如下图所示。图2.1 直驱式风力发电系统示意图其基本原理是首先将风能转化为幅值和频率变化的交流电，再经整流之后变为直流，然后经逆变器变换为三相频率恒定的交流电送入电网。其中机侧变流器的主要作用是将发电机发出的电能送到直流母线，负责对发电机的转速和功率的控制，使系统捕获最大的能量送入直流母线，达到最佳的工作状态。网侧变流器将直流环节的能量输送到电网，并且同时起到维持直流侧电压恒定和控制电网侧功率因数的作用。它们的控制原理如下图所示直驱永磁风力发电机系统机侧变流器的控制框图直驱永磁风力发电机系统网侧变流
5、器的控制框图为了实现风力发电系统的低电压穿越功能，在直流母线侧并联耗能单元，当电网电压跌落时，可以消耗由于网侧变流器电流限制造成风力发电机送到直流侧的多余能量，保证直流母线的稳定和风力发电系统的不脱网运行。直流侧并联耗能单元示意图直驱风力发电系统变流器的源代码依照变流器的控制原理设计，对用户开放，其软件截面如下图所示 源代码软件截图 直驱风电变流器实物图213、变流器技术指标及参数变流器技术特点主电路采用美国TI公司生产的DSP芯片、日本三菱IGBT模块、驱动保护为日本三菱机芯,并网输出部分采用隔离变压器，安全可靠 ； 采用SVPWM脉宽调制技术，纯净正弦波输出，自动与电网同步跟踪，功率因数接
6、近1，电流谐波含量低，对公共电网无污染，无冲击； 最大功率跟踪技术(MPPT)； 逆变并网电流闭环控制，可控可调； 输入直流电压范围宽，适应不同场合需求； 频率扰动检出技术，实现反孤岛控制；具有全方位的电源保护方案和完善的自我检测和保护功能。在出现系统故障时将停止并网逆变； 电路结构紧凑、最大效率94%； 室外型不锈钢外壳，全密封安装；防护等级可达到IP65； RS485通讯，上位机监控，实现远程数据采集和监视； 防孤岛保护； 直驱风力发电机变流器参数表项目参数网侧变流器电压范围3AC 380V10网侧变流器频率范围50Hz +3% -5%网侧变流器容量5kW网侧变流器额定电流7.5A谐波畸变
7、率=3%机侧变流器额定电压380VAC10机侧变流器频率0-110Hz机侧变流器容量5kW机侧变流器额定电流7.5A效率97.2%噪声79.4dB运行温度-30 至 +50CLVRT功能具备LVRT功能, 满足新国标及E.ON2006相关规定2.2 光伏发电单元2.1.1概述 本智能微电网光伏系统安装于屋顶，光伏支架采用固定方式，光伏发电系统装机容量10kWp,光伏发电系统关键设备选用天威英利品牌多晶硅光伏电池板，光伏并网逆变器选用国内品牌，光伏组件选用单块容量 250Wp。光伏串联后直接接入逆变器直流侧，逆变器输出侧接入智能配电柜，并入微电网。 2.1.2系统设计原则 高效性 本项目设计过程
8、中将充分考虑系统的高效运行，最大限度降低损耗，提高系统发电效率。 先进性 光伏电站能有效运行20年，在进行本项目系统设计中，将通过优化系统配置、选择国内先进的关键设备，实现智能控制，以保证系统的先进性。 稳定性 本系统将采用先进成熟的技术与设备，结合完善的保护措施，以保证系统稳定并网运行。2.1.3、光伏系统关键设备1、光伏组件 项目组件采用天威英利品牌多晶硅光伏电池板，固定安装，防风等级12级，安装防雷措施，产品获得TUV、UL、中国鉴衡“金太阳”多项国内外权威认证, 拥有25年的质量保证。质量均达到国际领先水平。光伏组件的参数如下：电池类型多晶硅峰值功率 （Wp）250短路电流 （Isc）
9、8.85开路电压 （Voc）37.2工作电压 (Vm)30工作电流 (Im)8.2功率温度系数(Pm)-0.23%/最大功率点电流温度系数(Im)+0.08%/最大功率点电压温度系数(Voc)-0.3%/额定工作温度 ()462工作温度()-40+85最大风力载荷4.2KPa系统电压1000V外形尺寸 (mm)165099240重量 (kg)19.52、并网逆变器 并网逆变器选用组串型并网逆变器，组串型并网逆变器使用一台10kW并网逆变器，该并网逆变器机壳坚固、易于操作，采用MPPT最大功率跟踪技术，保证了系统的高发电量和长期使用寿命，确保设备在极端恶劣的情况下仍然能够正常运行。并网逆变器的参
10、数如下：直流输入数据最大输入功率13kW最大直流电压900VMPPT电压范围450-820V最大输入电流29A输入连接路数接线端子交流输出数据额定输出功率10kVA额定电网电压400V交流电压范围310-450V额定输出频率50Hz5Hz效率最大效率98%欧洲加权效率97%常规数据工作温度-25 - +55通信协议RS485/RS232/以太网/GPRS3、支架设计 本项目光伏支架根据现场情况及也业主沟通后再详细设计。根据屋顶情况设计。2.3气象监测单元 自动气象站具有气象监测多种功能，可对地面生态环境及多种气象要素（温度、湿度、风速、风向、气压、雨量、太阳辐射、光照等）进行定时自动采集，计算
11、，处理，显示，存储，通讯以及打印，提高了观测效率。支持多种网络通讯功能，通过RS485接口与微机有线相连进行数据通讯。该系统具有性能稳定，检测精度高，无人职守，抗干扰能力强，软件功能丰富等方面特点。1、数据终端：智能气候采集器：白色标准规格机箱，配有液晶显示汉字与图形功能的记录仪1台2、环境因子（根据需要可选配的其他传感器种类）：光照强度感应器；叶片湿度传感器；雨雪传感器；二氧化碳传感器等。 3、标准支架和横栏杆，标高2.3米【可定制其他高度或外观支架】 4、采用智能分析软件，分析数据库，实行数据采集和处理，实行空间定点定位、记录仪存储等操作。 5、RS-485S数据传输方式，电脑查看数据连接
12、电缆1套（可选配项目：GPRS无线远程传输） 6、供电模式：220V或12V, （可选配项目：太阳能供电系统、电池等） 7、设备内存额度：286495T 8、采集间隔：11440分钟任意设置9、防水等级，标准机箱IP68防水规范10、智能采集记录器：空气温湿度传感器技术规格：.空气湿度测量范围 ：0100% 精度 3% 分辨率 0.1% .空气温度测量范围：-3070 精度 0.2 分辨率 0.1 .响应时间：1S .测量稳定时间：1S .工作温度范围：-4090 风向传感器技术参数： .传感器样式：尾翼式 .测量范围：0-360全方位16方位 .系统误差：3 .工作温度：-3090 风速传感
13、器 技术参数： .传感器样式：三杯式.启动风速：0.4-0.8m/s .分辨率： 0.1m/s .测量范围：0-30m .系统误差：3% .工作温度：-3090 雨量传感器 技术参数： .测量范围：04mm/min（可在8mm/min条件下正常工作） .测量误差：3%（测试雨强2mm/min） .分辨 率：0.2mm.工作环境：-1080 光照传感器技术参数： 光线范围: 0200Klux 反应时间: 1秒环境温度：-3070C 精 度：3% 分辨率：0.1Klux2.4 微电网稳定控制单元2.4.1概况微电网稳定控制单元作为大电网与微电网之间的接口，起着稳定微电网母线稳定和与大电网之间快速切
14、换的双重作用，是本项目建设中的重要环节之一。由于母线稳定控制柜的功能与不间断电源（ups）相似，当市电中断（ 事故停电 ）时，UPS 立即将储能装置（如电池组或飞轮储能系统）的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。所以本项目的微电网稳定控制柜在在线式UPS上进行改造，可完全达到小于10ms的状态切换要求。微电网稳定控制单元主要包括微电网稳定控制柜和储能蓄电池柜。2.4.2微电网稳定控制柜l 微电网稳定控制系统功能如下1) 对微网内部重要负荷实现不间断供电。2) 稳定控制器在微电网进行模式转换时（并网转孤网、孤网转并网）刻切换其运行模式，为微电网的式平滑转换提供系统支撑。3) 为微网内部母线提供电压支撑。4) 实现削峰添谷的功能以及可再生能源的优先利用。5) 实现无功功率调节。6) 具有良好的兼容性。微网变流器、并网变流器都提供通讯接口，可以提供各种运行数据，方便集中监控和远程管理。7) 完善的自我保护功能。微电网稳定控制柜在大功率UPS基础上进行改进，其结构如下图所示，稳定控制柜主要由逆变器、蓄电池、整流器、充电器和转换开关
