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(guò)國(guó)家驗(yàn)收后，山東長(zhǎng)島并網(wǎng)型微電網(wǎng)24小時(shí)孤島運(yùn)行試驗(yàn)也取得圓滿成功，進(jìn)一步增強(qiáng)了供電保障能力。這項(xiàng)工程既是國(guó)家支持的物聯(lián)網(wǎng)重大應(yīng)用示范工程，也是國(guó)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(guó)北方第一個(gè)島嶼微電網(wǎng)在長(zhǎng)島建成運(yùn)行近一年，育有近200萬(wàn)元海參苗的長(zhǎng)島居民朱延江切實(shí)感受到了海島微電網(wǎng)帶來(lái)的福利。自從微電網(wǎng)成為海島電網(wǎng)的強(qiáng)力支撐，他場(chǎng)子里的海參苗再也不受停電困擾。
2015年12月14日，朱延江說(shuō)：“從前，如果我的場(chǎng)子停電1個(gè)小時(shí)，海參苗就會(huì)缺氧，停電五六個(gè)小時(shí)，就會(huì)‘全軍覆沒(méi)’。自打供電公司建了微電網(wǎng)，這種情況再也不會(huì)發(fā)生了!”
聰明的“大腦” 自主研發(fā)核心技術(shù)
近年來(lái)，微電網(wǎng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外風(fēng)生水起，一些國(guó)家因?yàn)檠芯科鸩捷^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(guó)北方第一個(gè)島嶼微電網(wǎng)，國(guó)網(wǎng)山東電力在長(zhǎng)島建設(shè)的分布式發(fā)電及微電網(wǎng)接入控制項(xiàng)目是如何集成各方面先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，自主研發(fā)核心技術(shù)的呢?
在砣磯島，孫樹(shù)敏帶著筆者來(lái)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(jí)電容三種電池?cái)?shù)以千計(jì)，共同組成微電網(wǎng)的核心儲(chǔ)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?jī)?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(shù)敏形象地稱為微電網(wǎng)的“大腦”。這一系統(tǒng)能夠通過(guò)對(duì)微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源的能量管理和經(jīng)濟(jì)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)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(yùn)行狀態(tài)時(shí)，能量?jī)?yōu)化協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)控制微電網(wǎng)處于儲(chǔ)能預(yù)備狀態(tài)。當(dāng)海底電纜受到外力破壞失電時(shí)，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(dòng)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組，保持對(duì)島上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電壓支撐。”孫樹(shù)敏說(shuō)，通過(guò)這套系統(tǒng)，微電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)海島電力的自我控制、保護(hù)和管理，提高電力系統(tǒng)面臨突發(fā)災(zāi)難時(shí)的抗災(zāi)能力。
能量?jī)?yōu)化協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)是國(guó)網(wǎng)山東電力微電網(wǎng)項(xiàng)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(kāi)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(shuō)。
未來(lái)，國(guó)網(wǎng)山東電力科研人員還將為海島微電網(wǎng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)和構(gòu)建全景信息監(jiān)控平臺(tái)，開(kāi)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(jì)技術(shù)，制定微電網(wǎng)管理技術(shù)規(guī)范，并在長(zhǎng)島微電網(wǎng)項(xiàng)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(xiàng)目，讓?shí)u民享受到更優(yōu)質(zhì)的綠色能源和更良好的服務(wù)體驗(yàn)。
鏈?zhǔn)轿㈦娋W(wǎng)讓綠色能源“自給自足”
2012年，國(guó)家發(fā)改委聯(lián)合財(cái)政部，在全國(guó)能源、交通等七個(gè)領(lǐng)域開(kāi)展國(guó)家物聯(lián)網(wǎng)重大應(yīng)用示范工程建設(shè)。國(guó)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(guó)網(wǎng)山東省電力公司負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)建設(shè)，而這也是山東首個(gè)微電網(wǎng)項(xiàng)目。
作為山東省唯一的海島縣，長(zhǎng)島由32個(gè)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(zhǎng)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(xiǎn)高等問(wèn)題。“長(zhǎng)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(shí)間長(zhǎng)，工作異常艱苦。”煙臺(tái)供電公司運(yùn)檢部負(fù)責(zé)人說(shuō)。
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(yáng)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(diǎn)課題。
為了探索給長(zhǎng)島帶來(lái)穩(wěn)定電力的最佳途徑，國(guó)網(wǎng)山東電力的科研人員結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r，針對(duì)間歇式可再生能源海島并網(wǎng)/孤網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行深入廣泛的研究，設(shè)計(jì)出了能夠獨(dú)立循環(huán)的微電網(wǎng)，作為海島電網(wǎng)的有益補(bǔ)充。
微電網(wǎng)到底是什么?山東電科院首席專家孫樹(shù)敏解釋說(shuō)，微電網(wǎng)是一個(gè)包括集控中心、分布式電源、用戶負(fù)荷、儲(chǔ)能設(shè)備的配電網(wǎng)絡(luò)，它可與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可脫離大電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)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(yùn)行。
對(duì)海島來(lái)說(shuō)，微電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)從“外輸電”到“自發(fā)電”的轉(zhuǎn)變。一旦為長(zhǎng)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(jí)響應(yīng)速度快速提供電力電源，10秒鐘之內(nèi)，柴油機(jī)就會(huì)啟動(dòng)。而在這一過(guò)程中，風(fēng)機(jī)始終并網(wǎng)運(yùn)行。在能量管理系統(tǒng)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下，15臺(tái)配電裝置將合理調(diào)配島內(nèi)負(fù)荷，迅速讓整個(gè)海島電力供應(yīng)如常。
在長(zhǎng)島北部的砣磯島，國(guó)網(wǎng)山東電力建設(shè)了儲(chǔ)能系統(tǒng)，并對(duì)北部五島現(xiàn)有柴油發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)進(jìn)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(chǔ)能系統(tǒng)及能量轉(zhuǎn)換裝置、能量?jī)?yōu)化協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)等組成部分。通過(guò)以上工程的建設(shè)，島上可再生能源發(fā)電的比例將超過(guò)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(jī)、儲(chǔ)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(guò)這個(gè)項(xiàng)目，島上居民可以享受到由風(fēng)能、光能轉(zhuǎn)變而來(lái)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(shí)現(xiàn)低碳排放甚至零排放。”國(guó)網(wǎng)山東電力科信部負(fù)責(zé)人李紅梅說(shuō)。
【科普平臺(tái)】
長(zhǎng)島微電網(wǎng)的運(yùn)行方式
并網(wǎng)運(yùn)行：當(dāng)北長(zhǎng)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(shí)，微網(wǎng)運(yùn)行于并網(wǎng)模式，此時(shí)系統(tǒng)中的常規(guī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、改造后風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、光伏發(fā)電系統(tǒng)均并網(wǎng)發(fā)電，儲(chǔ)能系統(tǒng)完成充電過(guò)程，備系統(tǒng)孤網(wǎng)時(shí)供電。
孤網(wǎng)運(yùn)行：當(dāng)北長(zhǎng)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(shí)，微網(wǎng)運(yùn)行于孤網(wǎng)模式，此時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)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(jī)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(jī)組作為系統(tǒng)的備用電源。
計(jì)劃性孤網(wǎng)運(yùn)行：根據(jù)上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)的統(tǒng)一安排，某些時(shí)刻要求系統(tǒng)運(yùn)行于孤網(wǎng)模式，此時(shí)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)和儲(chǔ)能PCS的模式切換，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)計(jì)劃性孤網(wǎng)運(yùn)行的平滑切換。
非計(jì)劃性孤網(wǎng)運(yùn)行：在某一時(shí)刻，如果北長(zhǎng)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(shí)微網(wǎng)系統(tǒng)將協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)啟動(dòng)微電網(wǎng)保證連續(xù)供電。
黑啟動(dòng)：當(dāng)微網(wǎng)失去主網(wǎng)支撐，同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)停止供電時(shí)，微網(wǎng)系統(tǒng)控制系統(tǒng)將按照統(tǒng)一的開(kāi)機(jī)順序，協(xié)調(diào)控制主網(wǎng)單元、負(fù)荷、發(fā)電單元，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)黑啟動(dòng)。
