多能互補(bǔ)型微網(wǎng)電站在內(nèi)河航運(yùn)場(chǎng)站的應(yīng)用探索

盧勝利，劉仲良

（山東水運(yùn)發(fā)展集團(tuán)有限公司濟(jì)寧分公司，山東 濟(jì)寧 272113）

經(jīng)過多年發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)成為世界上最具影響力的水運(yùn)大國(guó)，在內(nèi)河貨運(yùn)量方面，我國(guó)更是連續(xù)多年位居世界第一位。我國(guó)內(nèi)河通航里程超過13 萬(wàn)公里，居世界第一，水上交通運(yùn)輸科技創(chuàng)新也達(dá)到世界先進(jìn)水平。在港口、水上服務(wù)樞紐等區(qū)域建設(shè)多能互補(bǔ)的微電網(wǎng)，將有力助推水運(yùn)事業(yè)的綠色低碳可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展。與傳統(tǒng)電力相比，微電網(wǎng)的建設(shè)實(shí)現(xiàn)了分布式能源、柴油發(fā)電機(jī)組、儲(chǔ)能設(shè)備、用電負(fù)荷的綜合管理，成為集發(fā)電、配電、經(jīng)濟(jì)調(diào)控于一體的電力交換系統(tǒng)。水運(yùn)樞紐微電網(wǎng)的建設(shè)，在提高供電質(zhì)量、減少電網(wǎng)建設(shè)成本、解決偏遠(yuǎn)地區(qū)供電困難、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、提高水運(yùn)服務(wù)質(zhì)量等方面效益顯著。

1 多能互補(bǔ)微電網(wǎng)簡(jiǎn)介

水域樞紐微電網(wǎng)既可作為一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行，為水上樞紐提供辦公生活用電；也可作為一個(gè)可控單元并網(wǎng)運(yùn)行，將多個(gè)分布式電源并網(wǎng)問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)可控微電網(wǎng)并網(wǎng)，削弱了單個(gè)分布式能源的波動(dòng)性、間歇性給電網(wǎng)的安全運(yùn)行造成的不利影響。多能互補(bǔ)微電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行控制方式復(fù)雜，要求具有良好的控制邏輯，以保持微電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

離網(wǎng)型水上樞紐微電網(wǎng)將風(fēng)電、光伏、柴油發(fā)電機(jī)（柴發(fā)）、儲(chǔ)能進(jìn)行組網(wǎng)，適用于無(wú)電網(wǎng)接入的較為偏遠(yuǎn)的場(chǎng)所；并網(wǎng)型水上樞紐微電網(wǎng)通過交流400V 或10KV 接入電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，可用于保證離網(wǎng)后重要負(fù)荷的不間斷運(yùn)行，為水運(yùn)提供更好的、持續(xù)性的服務(wù)。

2 應(yīng)用案例分析

本文以山東水運(yùn)發(fā)展集團(tuán)有限公司濟(jì)寧分公司微山船閘上游遠(yuǎn)調(diào)站多能互補(bǔ)離網(wǎng)電站為例，對(duì)離網(wǎng)型微網(wǎng)電站進(jìn)行分析。

2.1 項(xiàng)目介紹

山東水運(yùn)發(fā)展集團(tuán)有限公司濟(jì)寧分公司微山船閘是連接上、下級(jí)湖的重要交通樞紐，年服務(wù)過閘船舶7萬(wàn)余艘，通過量8000 多萬(wàn)噸。微山船閘遠(yuǎn)調(diào)站位于湖區(qū)，有開闊的水面作為船舶待閘停泊區(qū)，是船閘安全運(yùn)行的第一道防線，因距離閘口相對(duì)較遠(yuǎn)，地理位置比較特殊，一直未能接入市電。辦公、生活用電主要來(lái)源為原建設(shè)于水泥躉船上的一套離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，另有一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源供電，離網(wǎng)光伏電站老化且無(wú)儲(chǔ)能配置，發(fā)電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足日常辦公生活使用，柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行燃油、維護(hù)成本均較高，且給生態(tài)環(huán)境造成一定的影響，一旦出現(xiàn)問題，將給船閘的正常運(yùn)行調(diào)度造成影響。

為解決遠(yuǎn)調(diào)站用電難題，降低運(yùn)行費(fèi)用，同時(shí)響應(yīng)國(guó)家綠色低碳交通可持續(xù)發(fā)展要求，在微山船閘上游遠(yuǎn)調(diào)站建設(shè)多能互補(bǔ)+儲(chǔ)能的離網(wǎng)電站，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。微山船閘上游遠(yuǎn)調(diào)站微網(wǎng)電站由光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、柴油機(jī)發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、用電負(fù)荷組成。能源管理系統(tǒng)通過研發(fā)設(shè)計(jì)的控制策略對(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行智能控制，在日間使用光伏、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)供電及對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充，夜間由風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及儲(chǔ)能系統(tǒng)供電，在長(zhǎng)期陰雨天氣及風(fēng)力、光伏系統(tǒng)檢修時(shí)，以柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源供電。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1 運(yùn)行策略

（1）風(fēng)、光發(fā)電優(yōu)先供負(fù)載，多余給電池充電，電池滿電狀態(tài)的話直接限發(fā)。

（2）風(fēng)、光給負(fù)載供電不足時(shí)，電池補(bǔ)充，電池再有不足，柴發(fā)補(bǔ)充。

圖1 系統(tǒng)方案拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.2.2 系統(tǒng)配置

本項(xiàng)目系統(tǒng)配置72KW 光伏發(fā)電系統(tǒng)，10KW 風(fēng)力發(fā)電，235.52KW 鋰電儲(chǔ)能系統(tǒng)，50KW 柴油發(fā)電機(jī)組，方案主要配置見下表：

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2.3 系統(tǒng)方案

2.3.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)

本光伏發(fā)電系統(tǒng)選用550Wp 單晶硅電池組件，合計(jì)裝機(jī)容量為72kWp。安裝位置為靠泊鋼制躉船上，構(gòu)成部件由太陽(yáng)能電池板（組件）、光儲(chǔ)一體機(jī)、支架等組成。

圖2 光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝圖

2.3.2 風(fēng)電系統(tǒng)

風(fēng)機(jī)塔機(jī)主要參數(shù)：

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圖3 風(fēng)機(jī)安裝實(shí)物圖

2.3.3 儲(chǔ)能系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)特點(diǎn)：①雙向變流；②具有多種保護(hù)措施，保證系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定運(yùn)行；③配有監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)行全數(shù)字化控制，可以查看儲(chǔ)能變流器運(yùn)行狀態(tài)信息，且具有診斷、復(fù)位功能，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，全自動(dòng)化運(yùn)行。

（2）儲(chǔ)能系統(tǒng)方案。儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備包括1 套253.52kWh 鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（含2 架電池、BMS 系統(tǒng)）、2 臺(tái)30kW 儲(chǔ)能雙向變流器、1 套能量管理系統(tǒng)（EMS）和相關(guān)輔助系統(tǒng)組成。

2.3.4 電池管理系統(tǒng)（BMS）設(shè)計(jì)

（1）BMS 主要包括電池狀態(tài)監(jiān)控、運(yùn)行控制、事件記錄存儲(chǔ)功能、絕緣監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)均衡管理、保護(hù)報(bào)警、通訊等功能，保證系統(tǒng)正常、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行。本項(xiàng)目所用BMS 采用三層架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別是電池采集均衡單元（BMU）、電池簇管理單元（BCMS）、電池陣列管理單元（BAMS）。系統(tǒng)基本構(gòu)架如下圖：（2）控制保護(hù)策略BMS 電池安全保護(hù)方案含有三級(jí)軟件保護(hù)功能、自診斷功能、軟件失效情況下的熔斷器配置和斷路器配置等，全方位保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖4 BMS 系統(tǒng)基本構(gòu)架

2.3.5 能量管理系統(tǒng)（EMS）

2.3.5.1 系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介

EMS（能量管理系統(tǒng)）是整個(gè)系統(tǒng)的大腦，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，保存運(yùn)行數(shù)據(jù)，并能上傳故障信息。它為系統(tǒng)調(diào)度控制中心提供數(shù)據(jù)管理、監(jiān)視、控制和優(yōu)化，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運(yùn)行。

系統(tǒng)由獨(dú)立的戶外模塊機(jī)組成，模塊支持多機(jī)并聯(lián)，模塊內(nèi)部由能量控制器完成各個(gè)模塊之間的數(shù)據(jù)采集與控制。儲(chǔ)能控制器通過4G 模塊上傳到云端，云端提供管理平臺(tái)及APP。

2.3.5.2 組網(wǎng)架構(gòu)

微網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)中，EMS 通訊拓?fù)浞譃閮蓪咏Y(jié)構(gòu)，頂層為總集中監(jiān)控系統(tǒng)，底層設(shè)備：1 臺(tái)儲(chǔ)能雙向變流器、1 臺(tái)風(fēng)能變流器、1 臺(tái)光伏逆變器、電池管理系統(tǒng)（BMS）、柴油發(fā)電機(jī)、各級(jí)智能電表等均接入站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)。

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2.3.6 柴油發(fā)電機(jī)組

遠(yuǎn)調(diào)站用電負(fù)荷最大約在30KW，考慮未來(lái)用電增長(zhǎng)需求，系統(tǒng)配置50KW 柴油發(fā)電機(jī)組，根據(jù)用能特性柴油發(fā)電機(jī)組與風(fēng)光儲(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)切換。

3 效益分析

風(fēng)光柴儲(chǔ)一體式離網(wǎng)電站在微山船閘上游遠(yuǎn)調(diào)站的建成，減少了發(fā)電機(jī)運(yùn)行保養(yǎng)產(chǎn)生的廢棄機(jī)油、濾芯等危險(xiǎn)廢棄物，每年可減少柴油消耗量約50 噸，每年減排工業(yè)廢氣約60 萬(wàn)立方，二氧化碳約150 噸，具有良好的節(jié)能環(huán)保效益；每年可以節(jié)約用電費(fèi)用20 多萬(wàn)元，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益；在遠(yuǎn)調(diào)站靠泊躉船建設(shè)岸電裝置，可以為過往船員提供用電服務(wù)，具有良好的社會(huì)效益。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過上述多能互補(bǔ)離網(wǎng)微網(wǎng)電站的案列分析可得知：多能互補(bǔ)微網(wǎng)電站在內(nèi)河航運(yùn)場(chǎng)站中應(yīng)用是切實(shí)可行的。通過多種保護(hù)措施，優(yōu)化設(shè)計(jì)控制策略，保證系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定運(yùn)行，配有運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)行全數(shù)字化控制，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，全自動(dòng)化運(yùn)行。多能互補(bǔ)微網(wǎng)電站的應(yīng)用可最大程度的利用可再生資源，助力國(guó)家綠色低碳交通可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)，為內(nèi)河航運(yùn)偏遠(yuǎn)場(chǎng)所提供了一種可靠的供電解決方案，以綠色電力助推水運(yùn)事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。