安科瑞EMS风力发电厂 储能发电 能源物联网系统 发电监管能量管理系统解决方案

风力发电场的电气设备每台发电机组的顶部机仓配备有一个涡轮发电机，前端是可调整角度的风叶，系统可根据不同的风力状况来调整风叶的倾斜角度，风叶一般的转速为10～15转/分，通过变速箱可调节到1500转/分的转速驱动发电机。在机仓里同时也配置一台工业 PLC用于控制及相关数据采集，通过PLC采集风速、风向、转速、发电有功功率及无功功率等相关数据，并通过采集的数据对发电机进行实时控制。陆上在风机塔底端还设置箱变负责升压和汇流，根据功率和地理条件，多台风机一次升压后并联汇流接入升压变电站，通过升压变压器进一步提升电压后并入大电网为电网输送电能。风力发电场的电气接线示意图如图1所示。风机发出的电压一般为0.69kV，经过箱变升压为10kV或者35kV，多台并联汇流后接入升压变电站的低压侧母线，再次经过主变压器升压至110kV或者更高电压等级后接入电网。不同于陆上风电，海上风电由于环境恶劣（高湿度、高盐密度），用于一次升压的干式变压器集成在风机的机仓内，这样既解决了整个机组的占地面积问题，又避免了将变压器安装在较低位置所带来的防护困难问题。图1 风力发电场电气接线示意图风力发电场的保护和测控设备风力发电场从风机发电-升压箱变-汇流-升压站中压母线--主变压器-升压站高压母线--高压出线--电网并网，中间需要经过两次升压后并入电网，电气设备的数量和种类比较多，任意环节出现故障都会影响风力发电场的正常运行。因此需要在风力发电场的各个环节设置保护和测控装置，监测风电场的运行状态。图2为风力发电场的保护和测控装置配置示意图。图2 风力发电场保护测控装置配置图箱变测控装置在陆上风力发电场为降低线路损耗，一般在风机旁配置0.69/35(10)kV箱式升压站。风电场各风机间距达数百米，离集控室较远；升压变均处于空旷的野外，自然环境比较恶劣，不方便人工巡视，使得箱变测控成为风电场的监控难点。箱变测控装置是风电场监控系统的核心部分，对箱变实现智能化管理。箱变测控装置能够对风电箱变进行保护和远程监控，实现“遥信、遥测、遥控、遥调”功能，大大提高风电场的运维效率。图3 风力发电场箱变测控装置AM6-PWC箱变保护测控装置针对风电及光伏升压变不同要求的集保护、测控、通讯一体化装置，其功能配置如下表所示。低压侧线路和母线保护测控多台风机经过*一次升压为35(10)kV后并联为一个回路接入升压变电站低压侧母线，当风电场风机数量比较多时，汇入升压变电站低压侧母线的线路也比较多。为了实现监测，线路配置线路保护装置、多功能测控仪表、电能质量监测装置、无线测温装置，实现对线路电气保护、测量以及温度的实时监测，低压侧母线设置弧光保护装置名称图片型号功能应用线路保护AM6-L35（10）kV回路的电流电压保护、非电量保护、测量和自动控制功能。升压站低压侧线路保护和测控电能质量监测装置APView500实时监测电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、谐波等电能质量，记录各类电能质量事件,定位扰动源。智能仪表APM520具有全电量测量，谐波畸变率、电压合格率统计、分时电能统计，开关量输入输出，模拟量输入输出。母线弧光保护ARB6适用于开关柜弧光信号和电流信号的采集，并控制进线、母联或母线上所有开关柜分闸升压站低压侧母线保护无线测温传感器ATE400监测35kV及以下电压等级配电系统母排、线缆连接点温度和温升预警。升压站低压侧线路接点、母线测温表1 低压侧线路、母线保护测控配置主变压器保护测控风机发电在低压侧母线汇流后经过主变压器升压至110kV并入电网。主变压器配置差动保护、高后备保护、低后备保护、非电量保护、测控装置及变压器温控、档位变送器，实现对主变压器的保护测控功能，集中组屏安装。名称图片型号功能应用差动保护装置AM6-D2主变两侧差动保护升压站主变压器高、低压侧后备保护AM6-TB三段相间过流，两段零序过流，两段间隙过流保护、复合电压闭锁、两段零序过压保护，断路器控制非电量保护AM6-FD重瓦斯、轻瓦斯、超温、过温、压力释放保护和告警测控装置AM6-K遥测、遥信、遥控档位变送器监测和调节主变档位温度变送器ARTM-8L监测主变绕组和油温表2 主变保护测控配置高压线路保护测控风力发电场发出的电能经过两次升压至110kV后并入电网，110kV线路配置光纤纵差保护、距离保护、防孤岛保护、测控装置等。名称图片型号功能应用保护装置AM6-LD线路光纤纵差保护装置线路两侧AM6-L2相间/接地距离、零序过流、故障测距等本侧AM6-K遥测、遥信、遥控AM5SE-IS防孤岛保护装置，当外部电网停电后断开和电网连接电能质量监测装置APView500实时监测电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、谐波等电能质量，记录各类电能质量事件,定位扰动源。本侧表3 110kV线路保护测控配置风力发电场监控系统风力发电场监控平台实现对风电场的运行状态和风机的实时数据进行监测、控制和管理，提高风电场的可靠性和运行效率，降低维护成本，实现智能化管理。风力发电场占地面积比较大，设备分散，系统对数据通讯可靠性和实时性要求比较高。在具备条件的情况下采用光纤冗余环网进行数据采集和通讯，也可以采用LORA无线方式进行数据传输。图4 风力发电场监控系统图风机机组PLC和箱变测控装置数据通过光纤环网上传至控制室数据服务器，升压站综合自动化系统数据通过以太网上传数据服务器，多功能仪表、无线测温、温度变送器、档位变送器、直流系统以及其它智能设备接入通讯管理机上传数据服务器，如图4所示。图5 风力发电场监控界面风场监控对整个风电场风机的基本参数（包括风速，功率，转速等）的综合展示，并且可通过远程控制单个或多个风机的启停，实现对每个风机的日发电量，月发电量，年发电量的监控，便于实时监视风机的运行状况。机组监控对机组内的各个控制模块的参数以及控制状态的监控，模块包括：变桨，偏航，齿轮箱，发电机，液压站，机舱，变流器，电网，安全链，转矩，主轴，塔基，测风仪等。实现对每个模块的参数、故障及趋势图的综合展示。实时数据显示风电场内的风机、变电站等设备都配备传感器和监测设备，能够实时采集设备的运行电气数据、温度、振动等参数，异常时及时预警。功率管理对有功参数和无功参数的展示、有功与无功的控制调节等功能，切实可行的降低企业的运营成本，为实现节能减排的目标提供数据支撑。生产报表对风电量、风场性能指标、机组新能等重要参数进行报表功能的显示和，支持按照时间维度（日、月、年）统计各风电场设备的运行情况。按日、月、年的查询方式，对重要参数进行分类分项统计，并生成报表。统计分析支持多种统计分析功能，充分挖掘数据潜在价值，提供节能优化方案，为管理者提供决策依据，切实可行的提高企业的管理水平，并且实现节能减排、科学生产的目标。分析方式包括：故障统计，功率曲线，可利用率统计，风玫瑰图，风速功率报表，月日利用率以及停机时间统计等。背景与需求随着全球能源危机、用能增加以及新能源技术的增加，新能源发电越来越广，并逐步形成新型能源与电力市场，但新能源的能量密度普遍偏低，进行大功率发电还需要挑选适合的位置场地，因此属于间歇式电源。而微电网技术的提出，为高效利用这些新能源电力提供了重要的技术方向。政策持续加码微电网扬帆成长政策环境：政策大力推动，制度标准持续完善2015年7月国家能源局印发《关于推进新能源微电网示范项目建设的指导意见》2017年7月能源局发布《推进并网型微电网建设试行办法》2018年2月国家标准《微电网接入配电网测试规范》2021年9月国务院《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》明确以消纳可再生能源为主体的增量配电网、微电网和分布式电源的市场主体地位。成本趋势：技术进步促成本持续下行，装机动能增强据Bloomberg数据，预测到2025年光伏组件有望降至0.15美元/W，降幅达37%；锂电池价格到2024年将降至94美元/kWh，2030年将降至62美元/kWh，电化学储能成本持续下降推动微电网经济性持续提升。发展意义：助力分布式新能源末端消纳，保障国家能源安全2022年3月发改委与能源局印发《“十四五”现代能源体系规划》指出积极发展以消纳新能源为主的智能微电网，实现与大电网兼容互补，保障国家能源安全。2022年7月住建部和发改委印发的《“十四五”全国城市基础设施建设规划》指出有序推进主动配电网、微电网、交直流混合电网应用，推动供电服务向“供电+能效服务”延伸拓展。微电网定义微电网能量管理系统安科瑞微电网系统解决方案，通过在企业内部的源、网、荷、储、充的各个关键节点安装安科瑞自主研发的各类监测、分析、保护、治理装置；通过先进的控制、计量、通信等技术，将分布式电源、储能系统、可控负荷、电动汽车、电能路由器聚合在一起；平台根据最新的电网价格、用电负荷、电网调度指令等情况，灵活调整微电网控制策略并下发给储能、充电桩、逆变器等系统与设备，保证企业微电网始终安全、可靠、节约、高效、经济、低碳的运行。Acrel-2000MG微电网能量管理系统能够对微电网的源、网、荷、储能系统、充电负荷进行实时监控、诊断告警、全景分析、有序管理和gaoji控制，满足微电网运行监视全面化、安全分析智能化、调整控制前瞻化、全景分析动态化的需求，完成不同目标下光储充资源之间的灵活互动与经济优化运行，实现能源效益、经济效益和环境效益最大化。主要功能：实时监测；能耗分析；智能预测；协调控制；经济调度；需求响应。系统特点：平滑功率输出，提升绿电使用率；削峰填谷、谷电利用，提高经济性；降低充电设备对局部电网的冲击；降低站内配电变压器容量；实现源荷最高匹配效能。6.控制策略序号系统组成运行模式控制逻辑1市电+负荷+储能峰谷套利根据分时电价，设置晚上低价时段充电、白天高价时段放电，根据峰谷价差进行套利2需量控制根据变压器的容量设定值，判断储能的充放电，使得变压器容量保持在设定容量值以下，降低需量电费3动态扩容对于出现大功率的设备，且持续时间比较短时，可以通过控制储能放电进行补充该部分的功率需求，4需求响应根据电网调度的需求，在电网出现用电高峰时进行放电、在电网出现用电低谷时进行充电；5平抑波动根据负荷的用电功率变化，进行充放电的控制，如功率变化率大于某个设定值，进行放电，主要用于降低电网冲击6备用当电网出现故障时，启动储能系统，对重要负荷进行供电，保证生产用电7市电+负荷+光伏自发自用、余电上网光伏发电优先供自己负荷使用，多余的电进行上网，不足的由市电补充8自发自用主要针对光伏多发时，存在一个防逆流控制，调节光伏逆变器的功率输出，让变压器的输出功率接近为09市电+负荷+光伏+储能自发自用通过设置PCC点的功率值，系统控制PCC点功率稳定在设置值。在这种状态下，系统处于自发自用的状态下，即：1）当分布式电源输出功率大于负载功率时，不能完全被负载消耗时，增加负载或储能系统充电。2）当分布式电源输出功率小于负载功率时，不够负载消耗时，减少负载（或者调节充电功率）或者储能系统对负载放电。10削峰填谷1）根据用户用电规律，设置峰值和谷值，当电网功率大于峰值时，储能系统放电，以此来降低负荷高峰；当电网功率小于谷值时，储能系统充电，以此来填补负荷低谷，使发电、用电趋于平衡。2)根据分布式电源发电规律，设置峰值和谷值，当电网功率大于峰值时，储能系统充电，以此来降低发电高峰；当电网功率小于谷值时，储能系统放电，以此来填补发电低谷，使发电、用电趋于平衡。11需量控制在光伏系统最大化出力的情况下，如果负荷功率仍然超过设置的需量功率，则控制储能系统出力，平抑超出需量部分的功率，增加系统的经济性。12动态扩容对于出现高负荷时，优先利用光储系统对负荷进行供电，保证变压器不超载13需求响应根据电网调度的需求，在电网出现用电高峰时进行放电或者充电桩降功率或停止充电、在电网出现用电低谷时进行充电或者充电充电；14有序充电在变压器容量范围内进行充电，如果充电功率接近变压容量限值，优先控制光伏最大功率输出或储能进行放电，如果光储仍不满足充电需求，则进行降功率运行，直至切除部分充电桩（改变充电行为），对于充电桩的切除按照后充先切，先来后切的方式进行有序的充电。（有些是以充电时间与充电功率为控制变量，以充电费用或者峰谷差最小为目标）15经济优化调度对发电用进行预测，结合分时电价，以用电成本最少为目标进行策略制定16平抑波动根据负荷的用电功率变化，进行充放电的控制，如功率变化率大于某个设定值，进行放电，主要用于降低电网冲击17力调控制跟踪关口功率因数，控制储能PCS连续调节无功功率输出18电池维护策略定期对电池进行一次100%DOD深充深放循环；通过系统下发指令，更改BMS的充满和放空保护限值，以满足100%DOD充放，系统按照正常调度策略运行19热管理策略基于电池的最高温度，控制多台空调的启停核心功能多种协议支持多种规约协议，包括：Modbus TCP/RTU、DL/T645-07/97、IEC60870-5-101/103/104、MQTT、CDT、第三方协议定制等。多种通讯方式支持多种通信方式：串口、网口、WIFI、4G。通信管理提供通信通道配置、通信参数设定、通信运行监视和管理等。提供规约调试的工具，可监视收发原码、报文解析、通道状态等。智能策略 系统支持自定义控制策略，如削峰填谷、需量控制、动态扩容、后备电源、平抑波动、有序充电、逆功率保护等策略，保障用户的经济性与安全性。全量监控覆盖传统EMS盲区，可接入多种协议和不同厂家设备实现统一监制，实现环境、安防、消防、视频监控、电能质量、计量、继电保护等多系统和设备的全量接入。主页面