01-5、工业园区智能微网解决方案—特变电工（郝翔.pdf

工业园区智能微网解决方案Smart Microgrid Solution for Industrial Park特变电工西安电气科技有限公司2017年12月 汇报人：郝 翔 博士 一/PART 1目录Contents 微电网的发展背景二/PART 2三/PART 3 特变电工能量路由器园区微电网特变电工解决方案四/PART 4 特变电工方案特点及其价值五/PART 5 微电网前景展望 1微电网的发展背景Background and Development of Microgrid能源互联网能源互联网发展背景经济发展与资源紧张、环境污染的矛盾2012年空气污染造成的损失成本占GDP的3.8%空气污染成为两会最受关注话题3.8%NO.1环境中国人均能源消费资源拥有不到世界平均水平的一半 中国70%的能源是基于不可再生的煤炭资源1/270% 能源生产 中国单位GDP能耗是世界平均水平的2.5倍73%的能耗来自于工业企业2.573% 能源消费发展清洁能源成为必然趋势清洁能源面临的问题时间维度上分布不均衡风力发电中的风速变化是随机性的，因此风电场的出力也是随机的。风电本身这种特点使其容量可信度低，给电网有功、无功平衡调度带来困难。 光伏发电中的太阳光由于地球的公转与自转导致了地面上确切地点的光强变化，使得光伏发电的输出功率也随之变化。其输出通常以日和年为规律变化 水电站每年有明显的丰水期和枯水期，时间不平衡以年为周期。潮汐能在发电时，潮差和水头在一日内经常变化，而且潮汐存在半月变化，潮差可相差二倍，故保证出力、装机的年利用小时数也较低。清洁能源面临的问题空间维度上分布不均衡东南沿海及其岛屿，为我国最大风能资源区；内蒙古和甘肃北部，为我国次大风能资源区；黑龙江和吉林东部以及辽东半岛沿海，风能也较大。太阳能最丰富的地区指全年辐射量在67008370MJ/m2，主要包括青藏高国太原、甘肃北部、宁夏北部、疆南、河北西、山西北部、内蒙南、宁夏南部、甘中、青东、藏东南等地。 中国水能资源的地理分布十分不均匀，水电站主要集中在西南地区，东部沿海地区较少，潮汐能以福建、浙江、上海长江北支为最多，占中国可开发潮汐能的88%。 刘振亚：解决世界资源紧张、环境污染、气候变化三大难题，根本出路是构建全球能源互联网。 南网李立浧院士：以高压为网架，以微电网为核心，广泛应用云计算、大数据的智能电网2.0。 黄其励院士：构建基于超（特）高压网架，支撑可再生能源发展的坚强智能电网。构建能源互联网，实现清洁能源广泛接入清洁能源 高压电网 智能电网能源互联网的核心要素是“清洁能源+高压电网+智能电网”能源互联网技术体系能源生产高效太阳能利用技术 能源输配 能源存储 能源消费设备层信息层应用层 先进风力发电技术生物质及地热能技术 柔性直流输电技术特高压输电技术能量路由器技术电池储能技术氢气储能技术 压缩空气储能技术高压电缆技术 机械储能技术 电动汽车充电技术智能电表技术 智慧家庭能源管理系统 智慧工业园区能源系统先进传感技术、高速通信技术、大数据技术、云计算技术、人工智能技术（全链条覆盖） 虚拟电厂技术；需求侧响应技术智慧能源管理云平台技术；能源互联网金融技术；能源互联网交易平台技术；.智能微电网技术直流电网技术主动配电网技术智能微电网微电网的概念及意义 微电网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等按照一定的拓扑结构组成的小型发配电系统。 微电网意义促进可再生能源就地开发和就近消纳 促进能源阶梯利用，提高能源利用效率通过网源荷优化协同，实现可再生能源友好接入 通过与大电网备用、调峰、需求侧响应等双向服务，实现与大电网相互补充带动新能源发电、智能控制、储能等相关产业发展 助力多能互补与能源互联网发展微型 清洁 自治 友好微电网我国政策2009年，中国国家科技部通过“973”计划项目，专门资助了分布式发电供能系统的相关基础研究 2010年，中国国家科技部通过国家高科技研究发展计划(863)立项了近十个有关微电网方面的研究课题 2015年，能源局发布关于推进新能源微电网示范项目建设的指导意见推动新能源微电网示范项目建设 2017年，国家发展改革委员会、国家能源局发布推进并网型微电网建设试行办法推进电力体制改革，切实规范、促进微电网健康有序发展。微电网的市场环境 潜在市场 市场规模传统微电网市场：北美、欧洲和亚太地区，北美是微电网最大的市场，亚太地区是增长最快的市场，其中中国、印度领导亚太地区。 全球：43亿美元（未来3年）中国：100亿元（未来3年）增量配电网市场：新能源微电网项目可依托已有配电网建设，也可结合新建配电网建设；可以是单个新能源微电网，也可以是某一区域内多个新能源微电网构成的微电网群。 配电网累计投资不低于1.7万亿，其中微电网预计达到500亿元。 用电主体（工商业园区、数据中心等业主）： 延缓系统增容，降低用能成本，经济优化运行，提高供电可靠性 售电主体（分布式能源投资商、售电公司、电动汽车充电站等能源服务运营商）： 该微电网属于增量配电网部分，负责该配网的运营，要求经济运行、可靠性高、电能质量好、数据分析能力强，具备电力市场响应功能、云平台监视功能等联网型微电网 独立型微电网（如海岛、边防哨所、偏远地区等）：充分利用当地可再生生能源，环境适应能力强，环保无污染，经济性高，具备独立离网运行、自动电压无功控制等功能。独立型微电网用户需求微电网的发展情况国外 美国北卡州立大学:FREEDM-灵活配电系统意大利米兰：CESI微电网美国威斯康辛麦迪逊分校:首次提出微电网概念GE:加利福尼亚棕榈海军基地微电网项目甲骨文:分布式电网管理系统，应用于加州圣地亚哥 美国弗吉尼亚理工大学：交直流混合微电网NEXTEK电力系统公司:美国亚利桑那州直接耦合（DC）微电网 德国卡塞尔大学:Demotec微电网群日本大阪大学:交直流混合微电网希腊雅典国立大学:NTUA微电网 东芝:冲绳微电网微电网的发展情况国内广东珠海:东澳岛离网微电网 浙江舟山:舟山东福山岛500kW级离网型微电网 浙江温州:鹿西岛2MW级并网型和南麂岛2MW级离网型微电网西藏阿里地区:狮泉河微型电网 天津:生态城二号能源站综合微型电网内蒙古:二连浩特可再生能源微电网集群 广东东莞:交直流混合微电网广东珠海:唐家湾直流微电网微电网应用领域-工业园区工业园区用电费用大，负荷调节性好，配置相对容易，商业价值大应用优势p 可赚取峰谷电价差额p 负荷相对稳定，可实行计划安排，可降低基础容量配置p 可方便配置可再生能源发电与储能系统，实现园区后期增容p 提高供电可靠性微电网应用领域-商业综合体商业用电峰谷电差大，商业价值大应用优势p 峰谷电价差大，经济效益高p 针对新建商业综合体，如数据中心，可替代原有UPS系统，柴油发电机等p 提升能源利用效率，降低运营成本微电网应用领域-海岛、山区等无网区域无网地区微电网是替代柴油发电机的有效技术路线应用优势p 环保无污染p 系统可靠性高p 相比于柴油发电，度电成本能降低0.9元p 政策倾斜2园区微电网特变电工解决方案TBEA Solution for Industrial Park Microgrid工业园区用能现状分析典型园区配电情况及负荷屋顶电站解决方案 水面电站解决案复杂山地电站解决方案 大型地面电站解决方案典型工业园区用电： 配电容量大 负荷种类多，类型复杂 负荷分类差异化 用电经济性和可靠性要求高 后期增容需求大可中断负荷 非必需照明、展示 可转移负荷 工厂生产 电动汽车充电桩重点保障负荷 办公必需用电 电梯消防等保障用电 后期增容负荷 园区扩建增容 充电桩扩建增容用能成本分析 两部制电价=基本电价+电度电价 电价项目 电度电价（元/kWh） 基本电价(元/kVA)尖峰 高峰 平段 低谷 按变压器容量 按最大需量北京（城区） 7-8月11:00-13:00和16:00-17:00 1.0761 10:00-15:00；18:00-21:00 0.9864 7:00-10:00；15:00-18:00；21:00-23:00 0.6770 23:00-7:00 0.3766 32 42上海（夏季） 8:00-11:00；13:00-15:00；18:00-21:00 1 .0 6 9 7 6:00-8:00；11:00-13:00；15:00-18:00；21:00-22:00 0 .6 4 1 8 2 2 :0 0 -6 :0 0 0 .3 1 3 9 28 42陕西 7:30-11:30; 19:30-23:30 0.8769 11:30-19:30 0.5502 23:30-7:30 0.2235 24 31注：电价以10KV内大工业电价计算，2017年7月1日起执行以典型工业产业园区为例，电费按变压器容量计算:目前园区供能问题用能成本高，降本空间大 耗电大户 峰谷电价 两部制电价 扩容需求大 分期建设 充电桩等扩容 供电可靠性低 生产办公要求稳定供电 用能形式粗放，能效低 需要精细化管理 节能增效建设微电网是解决园区供能问题的有效手段特变电工微电网解决方案与服务特变电工智能微电网解决方案 u 特变电工可提供双端（云端+本地）、三层（管理层+协调层+执行层）、多场景（交流、直流、交直流混合）微电网成套解决方案。u 对于交直流混合微电网，可选用能量路由器替代网关接口柜和中央控制器，集成控制微电网协调层。特变电工智能微电网业务与服务1. 系统解决方案：为客户进行能耗分析、负荷评测、经济性分析，提供高效低成本微电网整体解决方案和集成方案。能耗分析 容量配置与网架设计 集成方案为微电网提供整体解决方案，实现顶层规划2. 多时间尺度能量管理：集成了调度自动化，数据图表和报表分析的功能，能够实现潮流调度，经济优化运行，源荷储协调控制，电能质量调节，运行效率提升，实时负荷响应等能量管理系统综合管理微电网中能量的流动，决定着微电网的整体经济效益特变电工智能微电网业务与服务微电网核心算法 报表分析状态监控3. 跨平台智能运维：依据能源管理系统及各类信息采集设备反馈信息，综合电网实际运行参数，综合考虑各种工况，通过数据分析，对微电电网安全、经济运行状态进行判断，对异常事件进行处理统计，同时与特变智慧e云平台连接，支撑手机APP远程运维。智能运维系统支撑微电网系统可靠，稳定，有序的运行特变电工智能微电网业务与服务数据分析 手机APP数据展示 特变eCloud4. 核心装备：特变电工研制的电力电子装备全面覆盖微电网应用的众多场景特变电工智能微电网业务与服务包含组串式，集中式，功率：3kW1.2MW 功率：500kW1MW功率：130MVar 支持多端口（380V AC，800V DC，10kV DC，10kV AC）微电网核心装备能量路由器 高/低压储能变流器光伏逆变器SVG33特变电工能量路由器TBEA Energy Router能量路由器能量路由器是交直流混合微电网的核心设备能量路由器定义与特点定义 重量轻，体积小，无污染实现多种形式电能变换与接口匹配交/直流适配，高/低压适配实现电能质量隔离与补偿原副边无功、谐波独立且动态可调，输出电压稳定可控且与负载独立实现潮流双向控制，具备快速保护功能以先进电能变换装置为核心，集成了现代通信技术和电力电子变换技术、智能控制与管理技术，实现局域电网的能量智能管理、分布式能量的高效利用与控制的电力设备 核心价值电能控制与管理、电网与用户之间电能和信息的双向互动、用户与电源的友好接口本质电力电子变换器+中/高频变压器能量路由器国内外研究现状特变电工基于国内外能量路由器研究现状，定位国际领先n 机车牵引 ABB(瑞士) Alstom(法国) Bombardier(加拿大) KTH(瑞典)n 风电/潮汐发电 E.ON(德国) Minnesota(美国) L.2.E.P(法国)n 电网 UNIFLEX-PM(欧盟) FREEDM(美国)n 其他 GE(美国) ETH(瑞士)能量路由器特变电工产品系统参数额定输入功率 1MVA额定交流电压 10kV额定直流电压 800V最大效率 98.2%谐波电流畸变率 0.94%（标准要求3%）尺寸 6096*2438*2896mm故障处理 满足标准要求；系统智能冗余冷却方式 温度/负载智能控制风冷环境温度 -2555相对湿度 5%90%，无凝露，无结冰防护等级 IP54可靠性高产品技术特点基于模块化LPHS拓扑结构的智能冗余技术A 模块化LPHS(低压侧并联高压侧串联)拓扑结构 模块化、标准化设计，容量易扩展，方便维护； 高压侧模块化串联技术，具备多电平波形输出能力，谐波含量低，无需大量滤波装置，节约成本和体积。B 在线智能冗余技术 功率模块采用冗余设计方案，通过在线智能自动旁路技术，实现功率模块自动“N-1”运行，实现在系统不停机的状态下，故障功率模块的自动、智能旁路控制功能； 控制单元采用双电源冗余技术，提高系统运行可靠性。 故障检测与判断IGBT切除故障继电器维持长期旁路产品技术特点基于碳化硅器件的低损耗系统设计技术基于器件模型实现了驱动回路与主回路的设计与优化，充分克服了SiC功率器件在高频开关过程中脉冲尖峰过大，上下管耦合严重等技术难题碳化硅功率器件的工程化应用技术 基于双有源桥电路的软开关技术利用载波移相+PWM控制的多自由度控制技术，从根本上解决了双有源桥电路轻载效率较低、控制性能较差等技术难题 高频隔离、高功率密度设计技术基于电磁场、热场等多物理场仿真技术，通过合理的器件选型和结构布局，实现了35kV隔离电压等级的高功率密度模块设计效率高 系统效率9 4 %9 5 %9 6 %9 7 %9 8 %9 9 %2 0 % 4 0 % 6 0 % 8 0 % 1 0 0 %传统策略 项目应用策略产品技术特点先进的智能控制系统 n 自主研发通用控制器 双DSP+FPGA多核处理器 分层分级控制架构 多环多自由度协调控制策略 快速准确故障检测方法 友好人机交互界面卓越的稳态及动态性能各种工况可靠运行控制性能卓越能量路由器权威认证特变电工能量路由器产品通过了开普测试、取得了鉴衡认证证书科技成果鉴定特变电工800V/10kV/1MW 光伏应用能量路由器产品通过了中国电机工程学会组织的科技成果鉴定，获得“居于国际领先水平”的最高评价能量路由器光伏应用推广整体解决方案在大型地面电站或大型工商业屋顶电站等平整型电站，光伏电池板的一致性较好，不存在失配问题，推荐采用集中式方案。集中式高压直接并网方案 直流汇流型组串式高压直接并网方案在山地电站、农光互补、渔光互补电站等地势复杂电站，光伏电池板的一致性不好，存在失配问题，推荐采用直流汇流型组串式方案。特变电工基于能量路由器的光伏高压直接并网解决方案包括集中式和直流汇流型组串式两种模式，可应对各种光伏发电场合。能量路由器光伏应用推广组串式方案对比 能量路由器方案较传统组串方案，系统效率提升1.5%以上1 6 .8 %系统损耗低无工频变压器，重量轻，体积小，无污染 无工频变压器空载损耗，待机功耗20W，夜间无耗电装置一体化设计，易于维护，施工周期短能量路由器光伏应用推广技术特点与优势0 1 高压直接并网，高压代替低压，直流代替交流能量路由器光伏应用推广技术特点与优势0 20 40 3 采用碳化硅功率器件与高频磁性元件，以硅代铜，体积小，重量轻，成本低，降价空间大大型电站场合： 具备超低电压启机并网功能，启机电压低至200V，增加新能源设备发电时长山地等复杂电站场合： 具备组串级MPPT功能，采用无熔丝设计，可靠性高，发电量多 采用直流汇流，电网适应能力强，电能质量好，不存在谐波“串扰”问题 铜材 Si/SiCDC200V AC10kV高升压比逆变能量路由器光伏应用推广示范应用情况 2016年12月能量路由器在西安电气科技有限公司产业园一期厂房屋顶1MW 并网光伏发电项目实现了示范应用。 设备自投运以来运行稳定，各项技术指标良好，经检测最大转换效率达到98%以上，夜间待机损耗20W。能量路由器储能应用推广提高系统充放电效率4%以上，高效、环保、智能、施工便利34特变电工方案特点及其价值TBEA solution and its value交流微电网方案及价值特变电工交流微电网方案 n 双端（云端+本地）、三层（管理层+协调层+执行层）微电网成套解决方案n 具有虚拟同步机多机并联运行功能n 具备联络线功率控制功能，优化广义负荷曲线n 特变电工e云平台接入，充分挖掘园区源荷储的数据价值n 混合时间尺度优化调度策略，基于人工智能算法的源荷预测方案要点n 赚取峰谷电价差，节省基础容量费，降低用能成本n 离并网稳定切换，提高供电可靠性，降低停电成本n 用能精细化管理，降低能耗n 提升可再生能源渗透率，环保无污染n 友好接入电网，提供调峰调频辅助服务方案价值特变电工交流微电网方案 位于特变电工西安产业园 光伏项目装机总量2MWp，配备1WMh储能系统 稳定运行25年，年收益约322.5万元，投资回报周期为6.1年 通过EMS管理光伏发电、储能系统、可调负荷，优化园区广义负荷曲线，可降低基础容量15%，额外提升10%的光伏自发自用电量。特变电工西安产业园微电网示范工程方案举例基于能量路由器的交直流混合微电网方案及价值非水可再生能源：5.49% 渗透率高 随机波动性强 变流环节多，损耗高 配网损耗占总损耗：15%可控性差灵活性差线损高 广义直流负荷占比：50% 变流环节多，损耗高 对电能质量、供电可靠性要求高交直流混合微电网：减少配用电变流环节，提高配用电效率、可控性和灵活性源 网 荷交直流混合微电网的意义基于能量路由器的交直流混合微电网方案n 微电网的“网-源-荷-储”由能量路由器统一接入n 采用能量路由器替代网关接口柜和中央控制器，高度集成了一、二次设备n 多种电能形式的电源及负荷接入，效率高n “网-源-荷-储”协调控制，并离网无缝切换，稳定可靠方案要点n 交直流双路供电，提高供电可靠性n 减少电能变换环节，降低损耗n 提高设备利用率，减少电缆使用，降低初期投资成本n 系统高度集成，缩短施工周期方案价值交直流混合微电网VS传统交流电网优势对比传统交流方案 交直流混合方案综合效率提升约6.5% 成本节省约 22%交直流混合微电网方案在效率和成本上优于传统交流微电网容量配置： 2MW光伏 2MW储能 1MW直流负荷 1MW交流负荷5微电网前景展望The Prospect of Microgrid 3微电网市场前景展望微电网作为能源互联网的核心组成，具有广阔的发展前景注：数据来自2015-2020年中国微电网技术进展及前景预测分析报告/亿美元 /亿元全球微电网市场规模稳步成长，目前全球规划、在建以及投入运行的微电网示范工程超过400个，辐射到北美、欧洲、东亚、非洲、拉美等地区，具有良好发展势头。 在国内，微电网方兴未艾，在政策推动和市场利益驱动下，我国的微电网将以新业态方式参与电力市场，形成高效清洁的能源利用新载体。微电网技术展望能量路由器将实现广泛替代，促进交直流混合微电网的发展能量路由器终结了“交直流之争” 将是交直流混合微电网的未来期待与大家精诚合作共创未来！联系电话：+86-29-68760666 公司网址：tbeapower公司地址：中国 陕西 西安上林苑四路70号特变电工西安产业园