海岛智能微电网实用分析

文/王大龙

0 引言

本文根据海岛智能微电网系统结构的实际情况，介绍了含储能及多类型电源的万千瓦级孤立海岛微电网的应用情况，提出了多类型电源海岛孤立微电网的系统级协同控制方法，突破了孤网状态下柴/储协同频率控制及主电源间无缝切换的难点。海岛微电网配置的蓄电池储能系统，实现微电网中重要负荷备用、存储盈余可再生能源出力和保证电能质量，大大提高了系统的可靠性和运行经济性，起到了很好的技术示范作用。

1 系统概况

桂山岛智能微电网（以下简称微电网）位于珠海市万山区桂山镇，是国内首个海岛型10kV风柴储微电网示范项目。微电网系统配备了微电网智能一体化系统，主要有微电网监控、微电网管理、保护信息监视、配网自动化、智能计量、智能用电、视频及环境监控、综合能量管理等功能，实现整个海岛微电网运行期间多电源间负荷平衡及频率和电压的稳定控制。桂山岛微电网系统建设（以下简称桂山岛项目）的规模情况如表1所示。

表1 桂山岛微电网系统建设规模明细

微电网目前是采取孤网运行方式，根据海岛电网的功能定位，系统以柴油机发电、风机发电和储能电池等微源就地提供电力。其中，3台柴油发电机/储能系统均可作为孤网运行的主电源，配备的储能系统可为主电源做无缝切换及削峰填谷。微电网电气一次接线结构如图1所示。

图1 桂山岛智能微电网电气一次系统结构

2 微电网储能实际应用

2.1 微电网离网运行储能主电源切换应用测试

桂山岛项目离网运行时存在柴油发电机和储能系统分别做主电源两种情况，且需要因应不同环境条件进行切换，因此须进行离网运行状态下不同负荷水平以及风况下的主电源切换测试。

微电网系统运行在离网经济运行控制模式下，将储能系统设置为主电源，此时将试验负载调整为800kW，投入微网一体化系统主电源切换软压板，将主电源从储能系统切换至柴油发电机。

微电网主电源柴转储、储转柴切换策略测试中，储能系统电压信号、电流信号均采集于 611 间隔，风机电压信号、电流信号均采集于 612 间隔，柴发电压信号采集于 61PT 间隔、电流信号采集于 623 间隔。测试主要在高风速（大于 10m/s）情况以及负载在400kW、600kW、800kW、1000kW 工况下，微电网主电源切换的响应情况，测试实验波形见图2～图7所示。

图2 负载1000kW 下储能转柴发再转储能主电源切换实验柴发波形

图3 负载 1000kW 下储能转柴发再转储能主电源切换实验柴发频率波形

图 4 负载 1000kW 下储能转柴发再转储能主电源切换实验风机波形

图5 负载 1000kW 下储能转柴发再转储能主电源切换实验风机频率波形

图6 负载 1000kW 下储能转柴发再转储能主电源切换实验储能波形

图7 负载 1000kW 下储能转柴发再转储能主电源切换实验储能波形

2.2 微电网离网运行储能紧急调频调压功能测试

微电网正常运行过程中，系统频率或电压突变越过储能紧急调频/调压限值一定时间，验证微电网储能紧急调频/调压策略的动作时间、动作指令的正确性以及储能紧急调频/调压后释放调频、调压有功/无功功率逻辑的正确性。

（1）设定微电网频率紧急动态稳定控制区间（49.0Hz～49.7Hz）（50.3Hz～51.0Hz），即FreqH 为50.5Hz，Freqmax 为51.0Hz，FreqL 为49.5Hz，Freq min为49.0Hz；VH 为10.5kV，Vmax为11.0kV；VL为9.5kV，Vmin为9.0kV。试验结束后恢复默认值。

（2）设定储能系统调节量dP=k(f-f0)，其中k=250，f0=50Hz，试验结束后恢复默认值。

（3）MGCC储能系统紧急调频动作延时由原系统默认值改为200ms。

（4）紧急调频记录。储能紧急调频记录如表2所示，储能紧急调频状态量序列及有功波形输出分别如图8、图9所示。

表2 储能紧急调频记录

图8 储能紧急调频状态量序列

图9 储能紧急调频有功输出波形

（5）紧急调压记录。储能紧急调压记录如表3所示，转态量序列和对应的无功响应波形分别如图10、图11所示。

表3 储能紧急调压记录

图10 储能紧急调压状态量序列

图11 储能紧急调压状态量序列的无功响应

（6）紧急调频调压记录。储能紧急调频调压记录如表4所示，状态量序列以及对应的有功、无功波形分别如图12、图13所示。

表4 储能紧急调频调压记录

图12 储能紧急调频调压状态量序列

图13 储能紧急调频调压状态量序列对应波形

3 微电网离网运行储能系统应用测试小结

微电网储能主电源切换和紧急调频调压测试的结果表明：在微电网中央控制器下达主电源切换指令后，根据运行工况，风机、柴油发电机和储能系统会进行相应的投切动作，配合完成主电源切换。从负载为1000kW的测试结果波形可以看出，在负荷较高的情况下，微电网主电源由柴油发电机转储能系统的过程中，系统电压波动较大；由储能系统转柴油发电机的过程中，系统频率波动较大；但最终电压和频率都能在主电源的调节下，稳定在额定值附近。当负荷较小时，系统的电压、频率波动相对小，且能在主电源的调节作用下，更快地稳定在额定值附近。当系统频率和电压偏离额定值的工况，微电网中央控制器在检测到系统频率高时，会减少有功出力（或增加充电功率）；检测到系统频率低时，会增加有功出力（或减少充电功率），使系统频率回到正常范围。微电网中央控制器在检测到系统电压高时，会减少无功出力（或增加无功充电功率）；检测到系统频率低时，会增加无功出力（或减少无功充电功率），使系统电压回到正常范围。此次实验为微电网的发展和储能系统的应用提供示范，也为海岛的供电模式提供了借鉴，在海岛的供电模式及投资方向上给出了可实用的建设模型。