1、50kW/300kWh 分布式储能微网系统应用作者 11，作者 22，作者 31，(单位名称，省份 城市 邮编)摘要：本项目通过采用市电、分布式光伏发电与储能系统相结合的微电网技术真正做到智能绿色电源，提高用电管理水平和可靠性，打造绿色环保的新型电源体系。电源系统采用太阳能组件阵列+锂电池储能系统+市电的三电源系统设置。设计一套 50kW/300kWh 的储能系统，设计满负荷连续运行时间为 6 小时；配置 50kW 屋顶分布式光伏系统作为微网系统绿色能源。关键词：分布式光伏；储能；微电网；绿色能源1 引言随着西藏经济社会的高速发展，电能需求也随之加剧，而薄弱的输配电网络和电能保障供应体系已经成
2、为制约经济发展和群众生活水平提高的主要问题。为了解决电能的供需矛盾，加快无电地区建设，提高当地居民的生产生活，供电公司不得不面临常规供电过程中输电距离远、功率小、线损大、建设变电站费用昂贵等问题，且变电站等电力基础设施的建设，对西藏当地脆弱的生态环境的影响也是不容忽视的。所以，在西藏研究开发智能分布式光伏微电网技术，通过光伏智能电网为各种清洁能源的用户双向进行连接，利用现代化网络和先进技术提高能源使用效率、提高供电质量和可靠性便显得现实且必要。本系统构建一套 50kW/300kWh 的光伏发电微网储能系统，设计满负荷连续运行时间为 6 小时；配置50KW 屋顶分布式光伏系统作为清洁能源来源，储
3、能系统采用磷酸铁锂蓄电池组，通过采用市电、分布式光伏发电与储能系统的三电源供电相结合的智能绿色电源系统，提高用电管理水平和可靠性。2 系统设计2.1 系统原理此系统根据屋顶面积计划铺设 40kW-50kW 光伏组件，分布在宿舍楼和车库屋顶，配置储能逆变器，储能电池容量 300kWh，系统具备 SCADA 监控。电站接入研究中心低压母线，实现在有市电情况下将光伏组件发电功率通过储能装置储存，多余电量并网，在无市电状态下通过储能逆变器持续向特定负荷供电。8 - 1 0 路光伏汇流箱屋顶光伏阵列储能逆变器蓄电池组市电电网本地负载配电管理图 1 系统原理示意图2.2 电气设计本工程由 1 个光伏发电单
4、元组成，光伏组件总安装容量为 45.9kWp，使用 1 台 50kVA 储能控制器、300kWh 蓄电池组、通过 1 台交流并网柜接入配变低压侧母线，实现在有市电情况下将光伏组件发电功率直接并网，在无市电状态下通过储能逆变器建立微型电网为特定负载提供电源。在该双模式建筑光伏系统中，蓄电池用来在无市电、无阳光情况下通过储能逆变器持续向特定负荷提供电能。2.2.1 光伏阵列设计光伏方阵的布置避免屋顶构筑物或其它高大建筑物阴影遮挡，否则在遮荫部分，非但没有电力输出，反而要消耗电力，形成局部发热，产生“热斑效应” ，严重时会损坏光伏组件。阴影遮挡确定原则为：一年中冬至日太阳高度角最低，方阵间距 D 应
5、大于冬至日真太阳时上午 9:00 和下午 3:00 时的阴影的最大长度，保证在该时段不发生阴影遮挡，则光伏阵列一年之中太阳能辐射较佳利用范围不会发生阴影遮挡。光伏组件串并联数量需要与并网逆变器相匹配，匹配计算取值和公式如下:（1）电池组件计算参数本项目选用 255Wp 多晶硅光伏组件，为了保证系统安全可靠的运行，根据建设地的气象资料，光伏系统应当在-2070的情况下正常工作。因此光伏组件在极限温度下的参数会发生变化，光伏组件基本参数如下表：表 1 255Wp 多晶硅光伏组件参数表项目 参数最大功率(Pm) 255输出功率公差（%） 0+5组件转换效率（%） 15.0最佳工作电压(Vm) 30最
6、佳工作电流(Im) 8.34开路电压(Voc) 37.7短路电流(Isc) 9.01电性能最大系统电压（V） 1000电池额定工作温度（） 46峰值功率温度系数（1/K） -0.0045开路电压温度系数（1/K） -0.0032温度特性短路电流温度系数（1/K） 0.0005工作温度 -4085存储温度 -4085最大可承受雪压 5400Pa其他最大可承受风压 2400Pa尺寸(长宽厚) 1650mmX990mmX40mm（2）电池组件串并联组合计算计算公式： max125dcovVNtK inmax 125pt ptvvVNK式中：N光伏组件串联数（N 取整） ；Kv光伏组件的开路电压温度系
7、数；Kv光伏组件的工作电压温度系数；t 光伏组件工作条件下的极限低温（） ；t光伏组件工作条件下的极限高温（） ；Vdcmax逆变器允许最大直流输入电压（V） ；Vmpptmax逆变器 MPPT 电压最大值（V） ；Vmpptmin逆变器 MPPT 电压最小值（V） ；Voc电池组件开路电压（V） ；Vpm电池组件工作电压（V） 。根据以上计算结果可得：针对并网逆变器和充电控制器设计光伏组串数，同时考虑高原地区电气绝缘性能降容，每条支路串联光伏组件 16-20 块最合适,本方案设计 18 块，此项目共 180 块组件，组件单板功率 255W，18 块为一串，共 10 个组串。2.2.2 电气设
8、备选型（1）直流汇流箱此方案采用 10 路直流汇流箱，额定电压 1000V，具备熔丝保护及汇流断路器。表 2 汇流箱技术参数：型号 10 路存储环境温度范围 -35-70运行环境温度范围 -35-50最大工作电压（V） 1000V DC最大支路输入电流（A） 15A最大汇流功率（kW） 40KW/50KW汇流箱工作电压范围（V） 100-1000V DC过流保护（有/无） 有短路保护（有/无） 有项目安装方式 壁挂式安装绝缘电阻 20M绝缘强度（AC3500V）1min，不击穿，不飞弧，漏电流10mA。外壳防护等级 IP65安全要求电缆接头防护等级 IP68（2）储能逆变器根据方案要求，系统对
9、储能逆变器要求功能如下： 能实现并网离网切换运行模式 蓄电池充电功能 蓄电池充放电保护储能逆变器运行原理如下：图 2 系统原理示意图此项目中储能逆变器需要实现蓄电池充电功能，逆变器直流电压范围应根据电池板组串的最高电圧，也能匹配蓄电池组的充电电压，储能逆变器交流输出需实现并网运行及离网运行两种运行模式。本次项目储能逆变器主要参数如下：表 3 储能逆变器技术参数：光伏输入参数 额定功率 58 kW MPP 电压范围 330-850VDC最大输入电压（太阳能阵列） 1000 VDC最大输入电流 175 ADC电池输入参数 额定功率 58 kW电池电压范围 96-750Vdc最大输入电流 200A电
10、池种类 铅酸电池、锂电池并网输出参数 额定输出功率 50kW额定输出电压 400 VAC额定输出电流/相 72 A额定输出频率，相 50Hz总电流谐波失真度 3%动态功率因数控制 +/-0.8离网输出参数 额定视在容量 50 kVA额定有功功率 50 kW额定输出电压 400 V额定输出电流/相 72 A最大输出电流/相 79 A额定输出频率 50 Hz电压谐波失真度 3%(线性负载）效率 光伏最大效率 95.0%电池最大效率 94.0%环境 海拔高度 4000m，不降容（3）磷酸铁锂蓄电池组本技术方案设计 1 套 60kW/300kWh 集装箱式储能系统。储能电池系统由电池架储能单元组成，每
11、个电池架储能单元由 2 个电池组串组成，其中单个电池组串容量 79.87kWh，每个电池架储能单元存储容量159.74，共 2 个单元电池架，总容量 319.5kWh，配置 1 台 58kW 储能变流器，构成 60kW/300kWh 储能系统。储能系统额定功率 60kW，总储能容量 319.5kWh ，LFP 电芯按照 80%的放电深度设定，319.5*80%=255.6kWh。集装箱内部配置一套消防、空调系统、BMS，以保证储能电池系统的安全可靠运行。本方案选用的 Tafel LFP 电芯（120Ah/3.2V）具有比能量高、循环寿命大于 4000 次（1C, 25） 、成本低、安全无污染等
12、特点，已广泛应用于储能系统. 电池系统包括电池模组、BMS，单体电池、电池模组、电池串分别是由不同级别的电池管理系统监测管理，电池系统结构如下： 采用单体 120Ah/3.2V LFP 电芯，通过对电芯的合理配置封装，实现了对电芯的有效管理和充分利用；通过串并的方式达到 PCS 直流输入电压的要求 8 个单体电池组串联成一个电池模组 2 个电池模组并联组成一个电池箱 13 个电池箱构成一个电池组串（配置 1 台主控箱） 2 个电池组串构成一个电池架 2 个电池架组成电池堆储能系统配置 1 台 58kW PCS 构成 60kW/300kWh 电池系统。 表 4 储能电池系统组成序号 项目描述 单
13、元拓扑 额定电压 （V） 额定容量（Ah） 存储电量 （kWh） 重量估算 （Kg） 备注1 电芯 3.2 120 0.384 2.820 LFP 电芯2电池箱(含 BMU) 25.6 240 6.144 5016 个电芯 8串 2 并组成 1 个电池箱3电池组串(含 BCMU) 332.8 240 79.87 75013 个电池箱和 1 个主控箱串联组成一个电池组串4电池柜（含BCMU）332.8 480 159.74 15002 个电池组串并联组成一个电池柜 5电池系统(含 BAMS) 332.8 960 319.5 30002 个电池柜并联到 58kW PCS 组成电池储能系统2.3 结
14、构设计本系统太阳电池组件方阵是安装在混凝土结构的平屋顶上，结合该厂房屋顶结构，为了获取最佳的发电效果，本系统对安装结构方面做了如下设计：（1）该屋顶为朝南方向的平面屋顶，因此为达到最佳发电效果，节省系统成本，组件方阵按照朝正南面倾斜 35安装。同时考虑雨水溅射问题，方阵中组件最下沿距屋面高度均要求超过 30cm。具体安装实景如图 3 所示。图 3 光伏阵列安装图（2）为避免氧化腐蚀，该太阳电池组件方阵安装所用光伏支架采用热镀锌防腐，各衔接部分全部采用不锈钢螺栓和螺母固定，同时支架与组件之间采用全铝压块进行固定，既便捷又安全。（3）为增强方阵的抗风能力，光伏支架采用水泥配重固定，如图 3 所示设
15、计。3 项目施工建设项目施工前应详细编制施工组织设计，施工中应以核准的图纸施工作为指导性文件结合灵活的施工技巧，以安全施工为第一责任，有计划、有控制、安全、美观、高效地完成施工建设任务。本系统的主要施工内容包括光伏支架、太阳电池组件以及其他电气设备地安装。根据安装地实际情况，项目施工中采取了许多措施，使系统得到了优化，具体如下：（1）为保证屋面的防水特性，在光伏支架与屋面的固定衔接部位均进行了特殊地防水处理。（2）光伏方阵与汇流箱之间的连接电缆本着安全美观的走线原则，利用扎带将电缆捆扎在支架横轨凹槽内；同时裸露屋面部分电缆采用 PVC 管进行穿管保护，可减缓电缆直接阳光曝晒和雨水浸泡所引起地老
16、化作用。（3）系统布线时，对各电缆头进行标识或挂电缆牌，以便连接时能快速分辨线路归属和区分正负极，从而避免因接错电缆而引起安全事故。截止目前该系统已连续无故障运行四个多月，经受住了多个连续阴雨天和大风天的考验。4 结语在西藏研究开发智能分布式光伏微电网技术，通过光伏智能电网为各种清洁能源的用户双向进行连接，利用现代化网络和先进技术提高能源使用效率、提高供电质量和可靠性便显得现实且必要。通过课题的实施不仅能推动西藏智能分布式光伏微电网技术的发展的进步，在提供高质量电能前提下，提高能源使用效率、减少对环境影响，同时形成新的产业群还能促进就业，使西藏电力系统向更灵活、清洁、安全及经济的方向发展。同时通过技术研究和示范，完善技术成果和产品，对拉动内需、推动西藏分布式光伏微电网相关技术的发展将发挥积极作用。5 参考文献1 王长贵,王斯成.太阳能光伏发电实用技术.北京:化学工业出版社, 2009.265-2712 沈辉,曾祖勤.太阳能光伏发电技术.北京:化学工业出版社, 2005.85-993 杨金焕,于化丛，葛亮.太阳能光伏发电应用技术.北京:电子工业出版社, 2009.130-1604张兴，曹仁贤 太阳能光伏并网发电及其逆变控制M 北京: 机械工业出版社，20105 曾杰 可再生能源发电与微网中储能系统的构建与控制研究 D 武汉: 华中科技大学图书馆，2009
