2015年12月16日，繼分布式發(fā)電及微電網(wǎng)接入控制工程通過國家驗收后，山東長島并網(wǎng)型微電網(wǎng)24小時孤島運行試驗也取得圓滿成功，進一步增強了供電保障能力。這項工程既是國家支持的物聯(lián)網(wǎng)重大應(yīng)用示范工程，也是國網(wǎng)山東省電力公司力促海島供電服務(wù)提升的“法寶”。
朱延江再也不必為缺電發(fā)愁了。
我國北方第一個島嶼微電網(wǎng)在長島建成運行近一年，育有近200萬元海參苗的長島居民朱延江切實感受到了海島微電網(wǎng)帶來的福利。自從微電網(wǎng)成為海島電網(wǎng)的強力支撐，他場子里的海參苗再也不受停電困擾。
2015年12月14日，朱延江說：“從前，如果我的場子停電1個小時，海參苗就會缺氧，停電五六個小時，就會‘全軍覆沒’。自打供電公司建了微電網(wǎng)，這種情況再也不會發(fā)生了!”
聰明的“大腦”
自主研發(fā)核心技術(shù)
近年來，微電網(wǎng)技術(shù)在國內(nèi)外風(fēng)生水起，一些國家因為研究起步較早，在關(guān)鍵技術(shù)方面已經(jīng)取得突破，并在小規(guī)模微電網(wǎng)中得到應(yīng)用。作為中國北方第一個島嶼微電網(wǎng)，國網(wǎng)山東電力在長島建設(shè)的分布式發(fā)電及微電網(wǎng)接入控制項目是如何集成各方面先進經(jīng)驗，自主研發(fā)核心技術(shù)的呢?
在砣磯島，孫樹敏帶著筆者來到一棟看似普通的白房子。這座被稱為分布式發(fā)電及微電網(wǎng)接入控制系統(tǒng)的裝置內(nèi)部別有洞天，安裝層層疊疊的磷酸鐵鋰電池、鉛酸電池、超級電容三種電池數(shù)以千計，共同組成微電網(wǎng)的核心儲能裝置和能量管理裝置。而這座白房子里的大部分設(shè)備，都是由該院科研人員自主研發(fā)或集成的。
能量優(yōu)化協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)是山東電科院自主研發(fā)的微電網(wǎng)關(guān)鍵核心技術(shù)，被孫樹敏形象地稱為微電網(wǎng)的“大腦”。這一系統(tǒng)能夠通過對微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源的能量管理和經(jīng)濟調(diào)度，實現(xiàn)微電網(wǎng)的優(yōu)化運行，提高可再生能源海島的供電質(zhì)量與可再生能源的利用效率。
“當(dāng)電網(wǎng)處于正常運行狀態(tài)時，能量優(yōu)化協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)控制微電網(wǎng)處于儲能預(yù)備狀態(tài)。當(dāng)海底電纜受到外力破壞失電時，它可在斷電瞬間快速建立島上電網(wǎng)電壓，穩(wěn)定系統(tǒng)頻率，并自動啟動柴油發(fā)電機組，保持對島上風(fēng)力發(fā)電機的電壓支撐。”孫樹敏說，通過這套系統(tǒng)，微電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)對海島電力的自我控制、保護和管理，提高電力系統(tǒng)面臨突發(fā)災(zāi)難時的抗災(zāi)能力。
能量優(yōu)化協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)是國網(wǎng)山東電力微電網(wǎng)項目自主研發(fā)技術(shù)的典型代表，但不是唯一代表。我們還自主研發(fā)出智能快速控制開關(guān)，在微電網(wǎng)管理中發(fā)揮著重要作用。”山東電科院電網(wǎng)技術(shù)中心李廣磊介紹說。
未來，國網(wǎng)山東電力科研人員還將為海島微電網(wǎng)項目設(shè)計和構(gòu)建全景信息監(jiān)控平臺，開發(fā)間歇式可再生能源海島分布式發(fā)電及微電網(wǎng)接入集成優(yōu)化設(shè)計技術(shù)，制定微電網(wǎng)管理技術(shù)規(guī)范，并在長島微電網(wǎng)項目中引入海上風(fēng)能及波浪能聯(lián)合發(fā)電、海島區(qū)域風(fēng)電—海水淡化一體化等項目，讓島民享受到更優(yōu)質(zhì)的綠色能源和更良好的服務(wù)體驗。
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讓綠色能源“自給自足”
2012年，國家發(fā)改委聯(lián)合財政部，在全國能源、交通等七個領(lǐng)域開展國家物聯(lián)網(wǎng)重大應(yīng)用示范工程建設(shè)。國家電網(wǎng)公司承擔(dān)了智能電網(wǎng)管理物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范工程重要任務(wù)，其中分布式發(fā)電及微電網(wǎng)接入控制工程由國網(wǎng)山東省電力公司負(fù)責(zé)開發(fā)建設(shè)，而這也是山東首個微電網(wǎng)項目。
作為山東省唯一的海島縣，長島由32個島嶼組成。由于海島特殊的地質(zhì)情況和電網(wǎng)建設(shè)難度，長島電網(wǎng)較為薄弱，存在供電可靠性較差、風(fēng)電控制能力不足、海底電纜年久失修、故障風(fēng)險高等問題。“長島的電網(wǎng)檢修工作全靠海上作業(yè)，受海洋和氣象條件制約，檢修難度大，施工時間長，工作異常艱苦。”煙臺供電公司運檢部負(fù)責(zé)人說。
與常規(guī)能源相比，海島周邊擁有豐富的可再生能源(風(fēng)能、太陽能、波浪能、潮流能、潮汐能等)，建設(shè)分布式發(fā)電接入及微電網(wǎng)系統(tǒng)是保障海島電網(wǎng)可靠性供電的重要手段，還能夠有效改善海島的自然環(huán)境。微電網(wǎng)已經(jīng)成為智能電網(wǎng)領(lǐng)域的熱點課題。
為了探索給長島帶來穩(wěn)定電力的最佳途徑，國網(wǎng)山東電力的科研人員結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r，針對間歇式可再生能源海島并網(wǎng)/孤網(wǎng)運行系統(tǒng)進行深入廣泛的研究，設(shè)計出了能夠獨立循環(huán)的微電網(wǎng)，作為海島電網(wǎng)的有益補充。
微電網(wǎng)到底是什么?山東電科院首席專家孫樹敏解釋說，微電網(wǎng)是一個包括集控中心、分布式電源、用戶負(fù)荷、儲能設(shè)備的配電網(wǎng)絡(luò)，它可與大電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可脫離大電網(wǎng)孤網(wǎng)運行。有了微電網(wǎng)，海島電網(wǎng)能夠充分有效地發(fā)揮可再生能源的潛力，并確保自身安全運行。
對海島來說，微電網(wǎng)可以實現(xiàn)從“外輸電”到“自發(fā)電”的轉(zhuǎn)變。一旦為長島供電的海底電纜發(fā)生故障，微電網(wǎng)的蓄能裝置將以毫秒級響應(yīng)速度快速提供電力電源，10秒鐘之內(nèi)，柴油機就會啟動。而在這一過程中，風(fēng)機始終并網(wǎng)運行。在能量管理系統(tǒng)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下，15臺配電裝置將合理調(diào)配島內(nèi)負(fù)荷，迅速讓整個海島電力供應(yīng)如常。
在長島北部的砣磯島，國網(wǎng)山東電力建設(shè)了儲能系統(tǒng)，并對北部五島現(xiàn)有柴油發(fā)電機組和電網(wǎng)進行改造，組成鏈?zhǔn)轿⒕W(wǎng)系統(tǒng)。這一系統(tǒng)包括分布式電源(風(fēng)電、光伏、柴油發(fā)電系統(tǒng)等)、負(fù)荷控制、混合儲能系統(tǒng)及能量轉(zhuǎn)換裝置、能量優(yōu)化協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)等組成部分。通過以上工程的建設(shè)，島上可再生能源發(fā)電的比例將超過60%以上，形成風(fēng)電、光伏發(fā)電、波浪能發(fā)電等多種可再生能源電源，燃?xì)廨啓C、儲能裝置快速調(diào)峰電源多種能源結(jié)構(gòu)的新型電力交換系統(tǒng)。
“通過這個項目，島上居民可以享受到由風(fēng)能、光能轉(zhuǎn)變而來的穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、綠色的電能，告別完全依靠外部供電的歷史，逐步實現(xiàn)低碳排放甚至零排放。”國網(wǎng)山東電力科信部負(fù)責(zé)人李紅梅說。
【科普平臺】
長島微電網(wǎng)的運行方式
并網(wǎng)運行：當(dāng)北長山島—砣磯島的海纜正?；蛑麟娋W(wǎng)電能質(zhì)量滿足標(biāo)準(zhǔn)要求時，微網(wǎng)運行于并網(wǎng)模式，此時系統(tǒng)中的常規(guī)風(fēng)力發(fā)電機組、改造后風(fēng)力發(fā)電機組、光伏發(fā)電系統(tǒng)均并網(wǎng)發(fā)電，儲能系統(tǒng)完成充電過程，備系統(tǒng)孤網(wǎng)時供電。
孤網(wǎng)運行：當(dāng)北長山島—砣磯島的海纜故障或主電網(wǎng)電能質(zhì)量不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求時，微網(wǎng)運行于孤網(wǎng)模式，此時儲能系統(tǒng)運行于V-F模式作為系統(tǒng)主網(wǎng)單元，改造后的風(fēng)力發(fā)電機組和光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)功率平衡要求發(fā)電，柴油發(fā)電機組作為系統(tǒng)的備用電源。
計劃性孤網(wǎng)運行：根據(jù)上級調(diào)度系統(tǒng)的統(tǒng)一安排，某些時刻要求系統(tǒng)運行于孤網(wǎng)模式，此時協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)并網(wǎng)點開關(guān)和儲能PCS的模式切換，實現(xiàn)系統(tǒng)計劃性孤網(wǎng)運行的平滑切換。
非計劃性孤網(wǎng)運行：在某一時刻，如果北長山島—砣磯島的海纜突然發(fā)生故障，導(dǎo)致主網(wǎng)突然斷電，此時微網(wǎng)系統(tǒng)將協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)啟動微電網(wǎng)保證連續(xù)供電。
黑啟動：當(dāng)微網(wǎng)失去主網(wǎng)支撐，同時系統(tǒng)內(nèi)停止供電時，微網(wǎng)系統(tǒng)控制系統(tǒng)將按照統(tǒng)一的開機順序，協(xié)調(diào)控制主網(wǎng)單元、負(fù)荷、發(fā)電單元，實現(xiàn)系統(tǒng)黑啟動。
