分布式光伏发电系统（微电网）建设方案

一、项目概况
1.1 项目背景
为开展新能源及智能微电网的科研与教学，同时贯彻落实国家节能减排的号召，加强学生技能素质培养，我司筹划与某大学合作建设一套小型分布式光伏发电教学系统，储能单元以磷酸铁锂电池为主，一方面可作为学生教学实践的平台，另一方面为校内实验室负荷进行供电，尽量减少对市电的依赖，实现节能减排的目的，同时具有示范意义。
本方案建设的分布式光伏发电系统集成光伏、风力、储能等部分，建设一个中小型的风光储微电网教学平台。
该分布式光伏发电系统利用校内的建筑屋顶建设光伏系统，为教学楼内的实验室负荷供电，白天负荷较小时光伏组件所产生电能优先对储能电池补充能量而多余电能馈入电网；晚上则优先使用储能电池对负荷供电，若储能电池能量使用完毕、系统自动切换至电网取电继续保证设备供电，并对储能电池充电。
该校当地日照资源属于三类和四类地区全年日照时数约为2200-3000小时，日照峰值时间3-3.5h，考虑系统容量，光伏组件容量设计为：5kWp,储能系统容量为：30kWh，储能电池采用单个模块容量为2.4KWh的磷酸铁锂电池模块，共13组总容量为31.2KWh。
1.2 项目意义
实验室定位于为可再生能源及微电网进行仿真、试验、测试平台。是课程设计和集成创新的研究平台，是高水平人才队伍的培养平台。本项目的总体目标是构建一个结构灵活的包含多种分布式电源和储能系统。完成建设后主要实现目的如下：
Ø  为教学提供实践应用平台；
Ø  为学校实验室负载供电，节省电费支出；
Ø  鼓励低碳技术的应用，节能减排，保护生态环境，在校内启到示范效应；
Ø  利用该平台开展基础性的分布式能源研究工作：包括分布式能源的运行、控制、保护以及开发新型电力电子装置研究等；
Ø  利用该平台开展基础性的微电网研究工作：包括微电网的监控、能源利用和优化、运行特性及运行方式研究、控制策略、保护和接地方案、数据通讯协议及架构；
Ø  利用该平台开展分布式能源和微电网控制器、保护和自动装置的检测和认证工作；
Ø  利用该平台开展培训、教育的工作。
1.3 微网实验平台结构
微电网实验室通过建立光伏/风力并网发电应用系统，然后配置一套微电网中央控制器和能量管理单元，组建交直流混合微网发电系统。
拟购置的设备及系统包括具体建设1套5kw直驱风机模拟并网发电系统，1套5kw模拟光伏并网发电系统，1套15kwRLC交流负载系统，1套7kw充电桩系统，2套模块式电力电子开发平台系统，1个30kw锂电池储能系统， 1个5kw超级电容储能系统；1个10kwRLC回馈式电子负载系统；1台50kw微网储能双向变流控制器，1个100kw STS快速开关柜，1个微网能量能量管理系统；1 套气象管理站。
根据设计要求，微电网拓扑系统如图所示。

系统如图所示，通过并网开关S0与低压380V市电相连，可通过快速开关切换为并网和离网模式，切换时间<10ms，满足重要负载不掉电重启的情况。配置一套监控系统，满足运行、监控，发电、并/离网操作控制等实训教学。监控系统接入光伏逆变器、风机控制逆变器、双向电能表的电压、电流、有功、无功功率以及双向电度。还可以对光伏逆变器、风机进行启停操作。本方案配置30kWh锂电池储能系统、5kWh超级电容储能系统及其50kW三相微网储能双向变流控制器，正常情况下，储能变流器工作在并网运行状态，当外部电网断电时，快速开关断开，储能变流器工作在离网运行状态，作为系统主电源建立电压频率，不影响对电源要求高的电子负载供电，不影响各种并网逆变器并网运行，实现真正的无缝切换。
系统配置能量管理单元，完成并网的分布式电源平滑接入，功率分配，并离网不停电切换等微电网高级应用功能。
二、储能发电系统
储能发电系统主要由光伏发电子单元、风力发电子单、储能子单元、电网接入装置和能量管理系统四大部分构成，系统主要设备包括：
2.1 储能电池
系统采用磷酸铁锂电池总容量：31.2KWh磷酸铁锂电池组、分13个单元，每个单元模组电压为48V容量为2.4KWh。

电池介绍
磷酸铁锂电池，是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池，磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固，难以分解，即便在高温或过充时也不会像钴酸锂一样结构崩塌发热或是形成强氧化性物质，因此拥有良好的安全性。
1．安全性领先
材料/电芯级6重安全装置，开关盒系统级双重保护回路，确保系统安全性；从电芯到系统具有全球级安全性权威认证：UL1642、UN38.3、UL1973、VDE、JET。

内置可靠的安全阀，当过充电或温度急剧上升时，伴随者副反应发生，单体内压增加到一定值，安全阀自动开启泄气，防止电池鼓胀或爆炸；
隔膜采用耐高温陶瓷涂布技术，防止由枝晶或电池遭冲击时造成的内部短路，高温时切断锂离子传输通道。
内置正极保险丝（即正极通过熔丝与外壳相连），当电池短路或过充电等意外时，内置正极保险丝熔断，起保护作用；
负极具有过充电的保护装置OSD，过充电等滥用情况下，单体内部气压上升，诱发OSD变形，充电电流迂回至壳体回路，促使正极保险丝熔断，切断充电回路；
正极性铝质方形外壳，具有良好的导热散热性能，又能阻止表面腐蚀，在长期使用时避免电解质的泄漏；
壳体内置放针刺保护层（NSD），当外壳被尖锐硬物刺穿时，NSD层提前与壳体形成回路，降低电芯短路风险。
回路断路器可避免电池组因外部短路造成的损害。
2．优异的电化学性能
循环寿命长、耐受性强，良好的高低温性能；
圆形电芯设计，极高的电解液量和电解液保持率（相比较软包电池），确保单体电芯在25℃下，@0.5C1C、DOD100%、 EOL80%循环次数高于4000次，同款产品已大批量应用在电动车领域，其性能也获得多家车企的验证，该产品储能领域应用，建议放电倍率在0.5C以下，预期其循环寿命远高于6000次。

3．剩余容量无瞬间跌落特性
EOL低于50%，放电性能仍能预测；
圆形电芯设计极高的电解液保持率，电池生命周期内不存在电解液的干涸（与软包电池相比），即使容量衰减到50%，剩余容量不会出现“瞬间跌落”现象。意味着更长的资产利用率和更高的投资回报率。
剩余容量无瞬间跌落特性

4．系统适用性强
圆形铝壳电芯、标准化模组、通用型机架设计，便于规模化生产组装，灵活的系统组合，可满足各种定制化需要；
宽广的系统电压范围，通过不同的串联组合可提供不同电压等级的电池系统。
宽广的系统容量范围，通用型机架式并联组合可提供容量多样式电池系统。可以有几十千瓦到几兆的范围供选择。
5．系统易于安装、维护
系统部件模块化设计，标准机架安装，全部接线端子前端设计，易于安装维护。
4.2.2磷酸铁锂电池系统参数

序号	项目		参数及要求
1	电池信息	电池规格型号	50V50Ah
2		标称容量	50Ah
3		电池模块标称电压	50V
4		单体电池标称电压	3.2V
5		电池模块的单体组合方式	16串
6		电池模块重量（kg）	≈65
7	充电参数	最大充电电流（A）	50
8		电池模块充电电压范围（V）	40～58.4
9		电池模块充电截止电压	58.4V
10		标准充电方法	20A均充至58.4V-58.4V浮充
11		电池模块充电时间	5~6h（20A）
12	放电参数	最大放电电流（A）	100
13		电池模块放电电压范围（V）	40～58.4
14		电池模块放电截止电压	40V
15		单体电池放电截止电压	2.5V
16	短路保护参数	短路保护电流(A)	250A
17		短路保护延迟时间(us)	500
18		短路保护恢复方式	连接充电器
19	自耗及休眠参数	工作时电路内部消耗(mA)	≤70
20	自耗及休眠参数	休眠时内部消耗(uA)	≤2000
21	外壳	外壳材质	镀锌钢板,表面喷塑
22	电池组外形尺寸	高度（mm）	175
23		宽度（mm）	482(带挂耳总宽度)，440（箱体）
24		长度（mm）	593（箱体深度）
25	机箱尺寸	长宽高	6006201820mm
26	设备重量		280KG （含电池）
27	数据测量精度	电压(mV)	5
28		电流（mA）	100
29		温度（℃）	1
30		容量（mAh）	100
31	工作及存贮	工作温度	充电：0～45℃；放电：-20～60℃
32		存贮温度	-10～35℃
33		相对湿度	5%～85%
34	管理系统（BMS）	管理系统功能	单体电压管理、总电压管理、充放电温度管理、充放电流管理、电池均衡管理、过充保护、过放保护、过温保护、过流保护、短路保护等。

（2） BMS管理系统
BMS系统用以采集各单元模组的电池电压、电流、温度、等信息，通过485总线传输给系统主机使用模块化结构，扩展性强，可灵活应对不同电池组串电压需求及电池系统单元容量需求。同时，系统需要针对每个电池组串配置了BCMS（电池组串管理系统），能够完成单个电池组串的接入和退出电池系统运行，该系统需具备国内外行业领先的高精需采用高水平的 SOC及 SOH核心算法，可有效的解决因电池一致性差异产生的电池成组短板效应，显著提高电池堆工作效率，延长电池系统单元循环使用寿命。
BMS系统需要具有高速通信接口与外围设备互联，包括以太网或RS485，充分满足电网对于系统可靠性及高速通讯的要求。需要配备至少3组硬节点，完成与PCS之间的联系。
本系统主要功能：
1）电池单体及电池组的温度、电压监测、电池组SOC计算。
2）电流、电压、温度、异常报警信息本地显示及上报功能
3）电池系统保护功能
4）自诊断功能
5）均衡功能
6）运行参数设定功能
7）本地运行状态显示功能
8）事件及历史数据记录功能
9）电池组串接入/退出运行功能
10）电池系统容量标定及SOC 标定
11）在有效管理储能电池的同时，若出现故障、将故障信息及时反馈至主机并切断输出。
BMS管理系统

2.2双向储能变流器
风电与光伏等分布式发电技术迅速发展，已成为传统发电方式的有益补充。然而，分布式电源多而小的特征与新能源发电出力的间歇性和波动性给电力系统的安全稳定运行带来挑战。由于这些能源所固有的不平稳性和功率波动的难以预测性，在这种可再生能源发电所占比例较大的电力系统中，如何保证系统的正常运行是智能电网运行中必须解决的问题。一种新的分布式能源组织形式被提出来，它将风、光、储能等结合，形成了在时间上的互补性使得风光储互补发电系统在资源分布上具有很好的匹配性，获得比较稳定的总输出，提高发电系统的稳定性和可靠性。可以利用储能平抑风光的波动，同时风光的多余电能又可以用储能进行存储。
² 风光储构成的微网系统还具备联网并网运行与孤网运行能力。
² 储能系统配置10kWh锂电池储能系统、5kWh超级电容储能系统
储能双向变流器必须具有P/Q和V/F两种工作模式，处于P/Q工作模式时，能根据监控系统指令控制有功功率及无功功率输出，具备四象限满容量运行的能力。处于V/F工作模式时，设备电压频率应满足相关国家标准。储能双向变流器接受监控系统的控制，满足并网与离网模式之间不停电切换。储能双向变流器应具备至少1路独立的RS485接口与BMS和CMS通信。储能双向变流器并网运行时，运行于PQ控制模式，满足以下功能要求：
有功/无功功率控制功能。储能双向变流器应能接受监控系统的充放电功率指令，按照指定有功功率指令，给储能电池充放电；储能双向变流器能接收监控系统的无功功率调度指令。
设备的充放电策略应充分考虑储能系统的充放电特性，储能双向变流器能按照下述流程自动进行：恒功率充电——电池最高单体电压达到规定电压值——恒压充电（自动转换）——充电电流低于设定阀值——设备待机
双向储能变流器

储能双向变流器离网运行时，运行于VF控制模式，为微网提供稳定的频率电压支撑，当有接收到电池BMS的待机或停机信号时，对应的储能双向变流器设备应停止放电，并转入待机或停机状态。
内置并、离网自动切换装置，保证电网故障时的电力供应，最大化发挥自发自用率，内置双向DC-DC模块可在并网运行的同时对储能电池电能补充。

产品型号	PWS1-50K
电池侧参数
直流电压范围	120V~850V
直流最大电流	110A
最大直流功率	55kw
交流并网参数
额定输出功率	50kW
额定电网电压	400V
电网电压范围	±15%
电网频率范围	50Hz/60Hz
电网频率范围	±2.5Hz
交流额定电流	72A
输出THDi	≤3%
并网功率因数	-1~+1
交流离网参数
交流离网电压	400V
交流电压可调节范围	±10%
交流离网频率	50Hz/60Hz
离网输出THDu	≤2%（线性负载）
系统参数
整机最高效率	97.3%
接线方式	三相三线
隔离方式	工频隔离
冷却方式	强制风冷
噪声	70dB
温度范围	-20℃~50℃
防护等级	IP20
海拔	3000M
湿度范围	0~95%
尺寸	8002160800
重量	465kg
通讯方式
显示	触摸屏
上位机通信方式	ModBusTCP/IP
通信接口	网口、RS485、CAN

储能逆变器能够对蓄电池进行充电和放电。充电功率和放电功率可由操作者选择。充放电指令的各种模式由上位机修改。

(1)   充电模式包括恒流充电、恒压充电、恒功率充电（DC）、恒功率充电（AC）等。
(2)   放电模式包括恒流放电、恒压放电、恒功率放电（DC）、恒功率放电（AC）等。
无功功率控制
(3)   储能逆变器能够对功率因数和无功比例进行控制。功率因数和无功比例的控制应该通过注入无功功率来实现。
(4)   功率因数设置的范围为0.9（超前）--0.9（滞后），无功比例设置最大为额定功率的30%。
(5)   逆变器在执行充电和放电功能时都能够实现该功能。由上位机和触摸屏进行无功功率设置。
离网系统独立逆变控制
储能逆变器在离网系统中具有独立逆变功能，能够稳定输出电压和频率，为各种负载供电。独立逆变包括主动模式和被动模式。
主动模式：
储能逆变器在独立逆变运行状态时，发生可恢复的故障后逆变器故障停机，当故障恢复后无需进行人为操作，逆变器能自动启动独立逆变，恢复原来的运行状态。
被动模式：
逆变器在独立逆变运行状态时，发生故障后逆变器故障停机，当故障恢复后需要人为重新设置启动指令，逆变器才能启动独立逆变。
工作状态
该储能逆变器有“初始停机”、“停机”、“待机”、“运行”、“紧急停机”、“故障”等几种状态。
初始停机
初始停机模式是指闭合逆变器的蓄电池端断路器，通过蓄电池对控制电路供电，并检测蓄电池电压是否满足正常工作电压。
此模式下系统进行自检，当自检通过后逆变器从初始停机模式转入停机模式。
停机
逆变器在没有经过任何指令操作或调度时，系统处于停机状态。
在停机模式下逆变器接受触摸屏及上位机的指令操作和调度，当满足运行的工作条件时逆变器从停机转入运行模式。
在运行后，如果接收到停机指令后，逆变器从运行转为停机状态。
待机
在停机或运行模式下，逆变器接受触摸屏及上位机的待机指令操作和调度，可以转为待机状态。待机状态时逆变器交流和直流主接触器闭合，系统处于热备用状态，当触摸屏或上位机进行指令操作和调度时，逆变器可以快速的进入相应的状态。
运行
运行模式包括并网模式和离网模式，并网模式分为充电、放电。离网模式包括主动离网和被动离网。
在并网模式下，逆变器能够进行电能质量调节以及无功功率控制。在离网模式下，逆变器能向负载提供稳定的电压和频率输出。
故障
当储能系统出现故障时，逆变器会停止工作，将交直流侧的接触器立即断开使机器的主电路与电池、电网或负载脱离。
系统此时持续监测故障是否消除，如果故障未消除，则保持故障状态；如果故障消除，默认30秒以后进入停机状态，重新接受指令及调度。
紧急停机
“紧急停机”模式是指在故障或危急时，按下紧急停机按钮来使储能逆变器停止运行。
需要再次开机时，紧急停机按钮必须松开锁紧状态，才能重新启动储能逆变器。
关机
若储能逆变器处于正常的“运行”模式，用户需要使机器停止运行进行日常的维护或检修操作，便可通过上位机发出停机指令来使储能逆变器停止工作。并断开交直流侧的接触器和断路器，确保内部已完全断电。
状态切换
当逆变器开机进入初始停机时，控制系统将完成自检，以验证控制和传感器系统的完整性。
监控和保护功能正常启动，逆变器进入停机状态。停机状态时，储能逆变器封锁IGBT脉冲，断开交直流接触器。待机状态时，储能逆变器封锁IGBT脉冲，但闭合交直流接触器，逆变器处于热备用状态。
储能逆变器可以在不同模式中转换，需要满足的转换条件如图5-1所示。

工作模式转换图

有STS 模块的 PWS1-50K双向储能变流器拓扑图
模式介绍
储能逆变器运行模式可分为并网模式与离网模式。
并网模式
在并网模式下，逆变器可实现充电和放电功能。
² 充电包括恒流充电、恒压充电、恒功率充电（DC）、恒功率充电（AC）等。
² 放电包括恒流放电、限压放电、恒功率放电（DC）、恒功率放电（AC）等。
另外，在并网模式下，还具有功率因数和无功调节、低电压穿越、主动孤岛等功能，用户可
以根据需要进行设置。
离网模式
该模式可通过上位机或逆变器的触摸屏来设定。当逆变器设定为此模式时，逆变器向负载提
供压恒频的交流电源。
离网模式包括主动模式和被动模式
主动模式：
逆变器在独立逆变运行状态时，发生可恢复的故障后逆变器故障停机，当故障恢复后无需进行人为操作，逆变器能自动启动独立逆变，恢复原来的运行状态。
被动模式：
是指逆变器在独立逆变运行状态时，发生故障后逆变器故障停机，当故障恢复后需要人为重新设定启动指令，逆变器才能启动独立逆变。
模式转换
储能逆变器在并网模式下，充电和放电功能状态之间的切换可直接进行，不需要进入待机状态。
储能逆变器必须是在没有电网的情况下，独立逆变才可以运行。
逆变器功能
低电压穿越
《电站接入电力系统技术规定》中规定：大中型电站应具备一定的低电压穿越（Low Voltage Ride Through，缩写为LVRT）能力。
具体的低电压穿越要求为：当电力系统发生不同类型故障或扰动引起电站并网点的电压跌落时，在一定的电压跌落范围和时间间隔内，电站能够保证不脱网连续运行。此外，还应满足下述要求。
有功功率恢复
对电力系统故障期间没有脱网的发电站，其有功功率在故障清除后应快速恢复，自故障清除时刻开始，以至少30％额定功率/秒的功率变化率恢复至故障前的值。
动态无功支撑能力
在低电压穿越过程中电站还应根据需要向电力系统注入无功电流。对于通过220kV （或330kV）发电汇集系统升压至 500kV（或 750kV）电压等级接入电网的发电站群中的发电站，当电力系统发生短路故障引起电压跌落时，发电站应能向电网注入符合要求的动态无功电流。
零电压穿越能力：
当发电站并网点电压跌至0时，发电站应能不脱网连续运行0.15s。

大中型电站的低电压耐受能力要求
温度降额功能
当环境温度低于50℃时，逆变器可长期运行于1.1倍过载工况；当环境温度达到55℃时，逆变器仍可保证额定功率输出；当环境温度高于65℃，逆变器进入保护模式。

逆变器温度降额功能

环境温度T	逆变器运行工况
T≤50℃	逆变器可长期运行于1.1倍过载工况
50℃<T≤55℃	逆变器按10kW/℃的斜率降额运行
55℃<T≤65℃	逆变器按50kW/℃的斜率降额运行
T>65℃	逆变器进入保护模式；待环境温度降到 55℃以下时，逆变器将自动重启运行。

保护功能
储能逆变器具有完善的保护功能，当输入电压或者电网出现异常情况时，均可以有效动作，保护储能逆变器的安全运行，直到异常情况消失后，再继续并网发电。保护项包含：
²    直流过/欠压保护
当储能电池的直流电压超出允许电压范围时，储能逆变器会停止工作，同时发出警示信号，并且在触摸屏上显示故障类型。
储能逆变器能够迅速检测到异常电压并做出反应。
²    电网过/欠压保护
当储能逆变器检测到电网电压超出允许电压范围时，储能逆变器会停止工作，同时发出警示信号，并且在触摸屏上显示故障类型。
储能逆变器能够迅速检测到异常电压并做出反应。
²    电网过/欠频保护
当储能逆变器检测到电网频率波动超出允许范围时，储能逆变器会停止工作，同时发出警示信号。并且在触摸屏上显示出故障类型。
储能逆变器能够迅速检测到异常频率并做出反应。
²    孤岛保护
当储能逆变器检测到电网电压为0或电网频率超出允许范围时，储能逆变器会停止工作，同时发出警示信号，并且在触摸屏上显示故障类型。
储能逆变器能够迅速检测到异常电压并做出反应。
当储能逆变器处于防孤岛效应保护的状态时，储能逆变器内部的高电压仍然存在，若进行检修和维护操作，务必进行关断空开，放电处理。确认安全后方可操作。
²    交流过流保护
当储能电池的功率超过储能逆变器允许的最大直流功率时，储能逆变器将会限流工作在允许的最大交流功率处，当检测到交流电流大于1.2倍额定电流时，储能逆变器会停止工作。恢复正常后，储能逆变器应能正常工作。
²    交流漏电流保护
储能逆变器具有接地保护功能，接地线缆安置了漏电流传感器，当检测到漏电流超过2A时，机器立即停机。当电流小于1.5A时，保护可消除。并通过触摸屏显示出故障。
²    模块过温保护
储能逆变器的IGBT  模块使用了高精度的温度传感器，能够实时监测模块温度，当温度出现过高情况时，DSP  将发出指令，使储能逆变器停止运行，以保护设备的稳定运行。
²    环境过温保护
储能逆变器内部使用了高精度温度传感器，能够实时监测机器内部的温度，当温度出现过高情况时，DSP  将发出指令，使储能逆变器停止运行或者降额输出，以保护设备的稳定运行。
²    直流过流保护
当储能逆变器检测到直流电流大于1.2倍额定电流时，储能逆变器会停止工作，同时发出警示信号，并且在液晶上显示故障类型。恢复正常后，储能逆变器应能正常工作。
²    相位异常
当储能逆变器在初始停机、停机、故障状态下进行自检时发现所接电网三相电压相位有错时，储能逆变器会发出警示信号，并且在液晶上显示故障类型。恢复正常后，储能逆变器应重新上电自检通过才能正常工作。
²    交流电压不平衡
当储能逆变器检测到三相交流电压之差超出允许范围时，储能逆变器会停止工作，同时发出警示信号，并且在液晶上显示故障类型。
储能逆变器能够迅速检测到异常电压并做出反应。
²    变压器过温
储能逆变器的变压器使用了高精度的温度传感器，能够实时监测模块温度，当温度出现过高情况时，DSP  将发出指令，使储能逆变器停止运行，以保护设备的稳定运行。
²    模块故障
储能逆变器的IGBT模块具有自保护功能，当模块自身检测到模块有过流现象时能快速的给DSP  发送故障信息，DSP  将发出指令，使储能逆变器停止运行，同时发出警示信号，并且在液晶上显示故障类型。
²    风扇故障
储能逆变器的风扇具有自动检测功能，当检测到风扇不转时能快速的给DSP  发送故障信息，DSP  将发出指令，使储能逆变器停止运行，同时发出警示信号，并且在液晶上显示故障类型。
²    交直流主接触器故障
当储能逆变器运行状态为待机、并网或离网运行时，检测到交直流主接触器状态为断开时，储能逆变器会停止工作，同时发出警示信号，并且在液晶上显示故障类型。
²    AD采样故障
当储能逆变器在自检时，检测到采样通道零偏值超出允许范围时，储能逆变器会发出警示信号，并且在液晶上显示故障类型。
²    极性反接故障
当储能逆变器检测到直流电压为负值时，储能逆变器会发出警示信号，并且在液晶上显示故障类型。

2.3  STS快速开关柜（负载及配电设备）

产品特征：
l 集成配电柜功能，多种分布式电源接入并网及离网无缝切换
l 能量调度管理，满足能源经济运行自动运行，无人值守
l 具备 15 寸显示屏，可监测各设备运行情况
产品特点：
l 适配PWS系列机型适配PWG系列机型
l 可实现并离网无缝切换自动运行，无人值守
系统供电电源：
l 动力电源供电3相 380 V AC, 50Hz N, PE；三相五线制；
l 照明系统 220 V, 50 Hz, N, PE；
l 控制电压 220 V, 50 Hz, N, PE；
l 动力系统接口：8组，预留2组
l 控制系统接口：8组，预留2组
实现如下功能：
l 电流保护；
l 预留微元接入接口，具有拓展能力。
参数：

2.4 监控及能量管理系统
监控系统网络图如下：

微网网络通讯拓扑图
系统配置一台1台8口交换机，BMS、CMS\PCS等RJ45以太网通讯接口设备通过交换机接入监控系统，风机变流器、光伏逆变器等RS485等串口通讯设备通过通讯管理及接入系统。
监控系统具有如下功能：
1.实现对实验室中光伏、风电、储能、气象、各部分的测量监视功能：
（1）模拟量测量：对各支路的电压、电流、有功、无功、频率、相位、功率因数等进行采集和处理，对和储能电池有关模拟量进行采集和处理。
（2）状态量测量：接入各支路中开关等位置信息；
（3）电能量测量：接入数字式多功能电度表数据；
（5）监视：对所采集的电压、电流、逆变器和电池温度等进行判断，若有越限，发出告警信号；监视开关等位置信息；
（6）记录：模拟量数据值、模拟量越限信息、状态量变化、故障数据、运行操作信息（包括操作人、操作对象、操作时间、操作结果）等。
（7）气象监测：温度、湿度、风速、风向、辐照度等监测。
2.5 微电网中央控制器

微电网中央控制器主要实现微电网的高级应用功能。微电网中央控制器可采集微电网关键点的电压、电流和频率信息，同时具备和微电网通讯的能力。
本微电网的中央控制器可实现如下功能：
（1）平滑分布式电源波动功能
风光出力具有随机性和波动性，当分布3.12.2式电源出力波动时，对电网的稳定性造成不利影响。平滑分布式电源波动功能通过微电网中央控制器采集联络线电流信息，利用储能的快速出力减少分布式波动对系统的影响。
（2）并离网模式切换功能
当市电故障或电能质量异常时，高级应用可控制储能系统的并网开关，断开与大电网的连接，使得储能系统工作在主电源状态，建立系统的电压、频率，独立带重要负载运行。当市电恢复正常时，重新并入电网运行。
系统特点：
1 数据采集
中央控制器的测控模块，可实现对微电网系统进线、分布式电源、储能、负荷、母线等各回路电气量及开关位置等信号量的采集，并将采集数据通过高速网络快速传送到中央控制器的主控单元。
2 控制操作
通过中央控制器的测控模块，可实现对微电网各回路开关及设备的控制操作，实现微电网系统运行状态的调节。
3 分布式电源调节
中央控制器可以通过通信接口实现对微电网系统的分布式电源进行调节，根据需要控制各电源有功、无功出力。
4 储能单元调节
中央控制器可以通过通信接口控制储能系统的充放电功率，从而满足微电网运行方式的需要。
5 微电网运行模式实时控制
中央控制器的主控单元，可以根据调度指令、系统自动、手动进行微电网运行模式的控制。中央控制器内置微电网并网运行、孤网运行、并网转孤网、孤网转并网、全网停电等多种控制模式。根据不同的运行工况和控制目标实现微电网的实时控制，保证微电网系统的安全、稳定运行。
6 通信功能
中央控制器可以与微电网系统的各个智能控制单元进行通信，通过通信实现对各控制单元的控制和调节。
同时中央控制器还可以通过通信接口与微电网监控系统进行通信，接受监控系统的统一调度。
7 高速采集
中央控制器配置高速全电量采集模块，并能够高速传输，满足系统实时性要求。
8 实时模式控制
通过高速采集，快速控制，实现对微电网运行状态的实时调节与控制。
9新型高速实时工业以太网
中央控制器采用新型高速实时工业以太网，实现采集数据的高速传输，从而满足对微电网系统实时控制的要求。
10专业的逻辑控制软件包
中央控制器配置专业的逻辑控制软件包，实现对微电网系统的实时模式控制、电源与负荷的实时动态调节。
2.6 交流配电柜

系统供电电源：
²  动力电源供电3相 380 V AC, 50Hz N, PE；三相五线制；
²  照明系统  220 V, 50 Hz, N, PE；
²  控制电压 220 V, 50 Hz, N, PE；
²  动力系统接口：8组，预留2组
²  控制系统接口：8组，预留2组
²  实现如下功能：
²  电流保护；
²  预留微元接入接口，具有拓展能力。
智能仪表系统
(一) 交流双向电能表
²  液晶显示，7位数字；
²  输入电流：>63A
²  互感器变比可通过软件设置；
²  1路电能脉冲，分别对应有功、无功电能；
²  RS485通信接口，开放式Modbus-RTU通信协议；与工控机通信，实13现数据分析
参数
²  输入接线:三相
²  电压：380V
²  额定值:0.9～1.1Un；最大值:0.7～1.2Un
²  功耗 ≤5VA/line
²  电流：63A
²  启动电流：20mA
²  功耗：≤4VA/line
²  频率：50/60Hz
²  精度：0.5s
²  温漂：<200ppm
²  通信：2 线制RS485(Modbus-RTU 协议)
²  电能脉冲：1路光耦脉冲输出
²  VCC<48V,Iz<50mA
²  脉冲常数:400～6400imp/kWh(/kvarh)
²  脉宽:80ms±20ms
²  安装：标准35mm导轨安装
²  标准：EN61036；EN50022
²  耐压：输入、输出、电源间4kVAC/分
²  输入、输出与表壳间>50兆欧
(二)智能数字仪表
直流电压表：
①具有通信接口、具有手动自动量程、工业级柜装48mm×96mm；
②精度：0.5级；
③1000V档位显示格式：999.99（带2个小数点），显示单位：V；
④100V档位显示：99.999（带3个小数点），显示单位：V；
⑤10V档位显示：9.9999（带4个小数点），显示单位：V；
⑥采用透明面板设计。正反驳接误差不大于5个字。
直流电流表：
①具有通信接口、具有手动自动量程、工业级柜装48mm×96mm；
②精度：0.5级；
③5A档位：4999.9（带1个小数点），显示单位：mA；
④1000mA档位：999.99（带2个小数点），显示单位：mA；
⑤100mA档位：99.999（带3个小数点），显示单位：mA；
⑥采用透明面板设计，全量程内阻0.1毫欧。
(三)功率及功率因数表：
（1）具有通信接口、工业级柜装48×96mm；
（2）精度：0.5级，电压：0.3V～500V，电流：1mA～5A；
（3）采用DSP专用芯片设计，具有电能计量，有功功率、无功功率、频率、电压、电流、负载性质等多种功能；
（4）采用军工企业生产的电源变压器、通信隔离模块、信号隔离模块等。
2.7  光伏组件及方阵
光伏组件
²  组件型号：YL250P-29b  单晶
²  最大功率（W）：250
²  开路电压（V）：44.2
²  短路电流（A）：8.5
²  工作电压（V）：36.5
²  工作电流（Ａ）：8.2
²  转化效率：17.12%
²  开路电压温度系数：-0.292%/K
²  短路电流温度系数：+0.045%/K
²  功率温度系统：-0.408%/K
²  最大系统电压（V）：1000
²  保险丝额定电流（A）：20
²  组件尺寸（长×宽×高）：1650×990×40mm
²  重量：19.1kg
²  框架：阳极氧化铝
²  玻璃：白色钢化安全玻璃3.2mm
²  电池片封装：EVA
²  背板：复合薄膜
²  太阳能电池片：6×10片多晶硅太阳能电池片（156mm×156mm）
²  接线盒
1)   6个旁路二极管
2)   绝缘材料：PPO
3)   防水等级：IP65
²  连接器
1)      常规额定电流：30A
2)      耐电压：DC1000V
3)      接触电阻：<2mΩ
4)      绝缘电阻：＞500MΩ
5)      适用单芯电缆截面：2.5-6mm2
6)      电缆外径范围：Φ5mm～Φ 7mm
7)      环境温度：-40℃～+ 105℃
8)      防护等级：IP67
9)      安全等级：Ⅱ
10)     壳体：PC料，黑色
11)     接触件：紫铜CN，镀锡SN
12)     接线方式：压接
²  锁紧系统：嵌入式常规额定电流：30A
1)      耐电压：DC1000V
2)      接触电阻：<2mΩ
3)      绝缘电阻：＞500MΩ
4)      适用单芯电缆截面：2.5mm2, 4mm2, 6mm2或14AWG, 12AWG, 10AWG
5)      电缆外径范围：Φ5mm～Φ 7mm
6)      环境温度：-40℃～+ 105℃
7)      防护等级：IP67
8)      安全等级：Ⅱ
9)      壳体：PC料，黑色
10)     接触件：紫铜CN，镀锡SN
11)     接线方式：压接
12)     锁紧系统：嵌入式
13)     重量：约0.025Kg
²  电缆
1)      长度：450mm,
2)      规格：1×4mm²
3)      颜色：红、黑
²  温度范围系数：-40°C to+85°C
²  抗冰雹系数：最大直径25mm,撞击速度23m/s(51.2mph)
²  最大表面负荷：7200pa
支架
支架的机械结构主要分为三大部分，基础部件，三角支架，横梁和斜支撑。钢结构支架全部采用热镀锌处理不容易生锈。
光伏支架

汇流箱
为了减少光伏阵列到直流变换器之间的连接线，方便维护，提高系统的可靠性，需要光伏阵列与直流变换器之间配置光伏阵列汇流箱。

本项目使用的汇流箱为我公司自主研发设备，已在多个电站运用，效果极佳，光伏阵列汇流箱型号为PVS-2M。光伏组串输入路数为2路,输出路数为1路：
该汇流箱具有以下特点：
²  冷轧钢板，防护等级IP65，满足室外安装的要求，可直接挂在电池支架上；
²  可同时接入2路光伏组串，每路光伏组串的最大开路电压可达DC1000V；
²  每路光伏组串输入回路的正负极都配置高压直流熔丝，其耐压值可达DC1000V，额定电流为15A；
²  直流汇流输出的正极对地、负极对地、正负极之间配有光伏专用防雷器；
²  直流汇流的输出端配有可分断的直流断路器；
²  防雷器失效报警；
²  直流拉弧检测及切断输出功能。
²  防雷及接地装置
²  设备之间的连接电缆（包括直流侧和交流侧）
2.8  5kw直驱风机模拟并网发电系统

微电网直驱风机模拟器直驱风力发电机控制系统适用于小型风力发电机试验平台的模拟控制，平台采用永磁电动机与发电机进行模拟，微电网直驱风机模拟器可实现变速恒频输出、空载并网、网侧有功、无功功率解耦控制功能；可以驱动电动机，可以设置各种周期、变化的风速曲线，支持转矩、转速的电机驱动能力；可以灵活设定各种转速（转矩）-时间曲线，实现对电动机的转速（转矩）连续调节，同时根据转速-功率曲线，计算出变流器的输出功率给定值，并与变流器实时通讯，模拟大风能追踪功能。
微电网直驱风机模拟器设备功能：
微电网直驱风机模拟器发电机模拟器平台应具有以下的功能：
1.  模拟真实风力发电机的启动、停止、运行及并网过程；
2.  模拟真实风力发电机的不同风速下发电状态与运行状态；
3.  模拟真实风力发电机与电网、分布式电源的互动运行、自启动/停机运行；
4.  模拟真实风力发电机的控制系统，支持远方/就地设置定值、参数等操作；
5.  测量系统的各项电气参数，实时记录各项电气参数；
6.  微电网直驱风机模拟器定转速（转矩）电动机控制；
7.  按转速（转矩）-时间曲线持续电动机控制；
8.  微电网直驱风机模拟器网侧有功、无功功率解耦控制；
9. 直驱型风力发电模拟器风力发电机变流器网侧无功电流调节功能；
10.包含并网开关，可实现空载并网；
11.微电网直驱风机模拟器具备自动并网锁相功能，可自动并网；
12.可模拟低电压穿越功能（可选）；
13.具备快速RS485接口，提供开放式MODBUS规约，便于接入监控系统或者外部的控制系统；
14.微电网直驱风机模拟器平台具备完善的自检功能；
15.变流器具备完善的保护功能，实现过、欠压，过流，过温故障提供保护。
微电网直驱风机模拟器系统功能：
微电网直驱风机模拟器运行监控与能量管理系统主要包括以下几个模块：
1.  远程控制
微电网直驱风机模拟器集实时数据下发，实时数据查看，对该模拟器的运行状态了如指掌。
2.  实时曲线
可以实时查看当前系统的功率曲线图，对功率曲线一目了然。
3.  历史数据
微电网直驱风机模拟器可以根据时间查看历史数据。
4.  曲线下载
下载曲线以及历史数据。

2.9  7kw充电桩系统

概述
交流充电桩 7kw 系列可为具有车载充电机的电动汽车提供220V 32A 交流充电电源，具有壁挂式和立柱式两种安装方式。
电气参数
l 工作电压： 220Vac±20%，1P+1N+1PE 工作电流：≤32A
l 工作频率：50Hz±10%
工作环境及防护性能
l 工作温度：-20℃～+50℃ 相对湿度：5%～95%
l 海拔高度：≤2000 米
l IP 防护等级：IP54
2.10 小型气象仪
气象义可采集温度、湿度、风向、风速、太阳辐射度等多项信息；具备多种通讯方式，可通过RS485标准通讯接口与读取数据，也应可实现本地远距离数据通讯。
产品参数满足下表要求：

气象要素	测量范围	分辨率	准确度
环境温度	-50～+100℃	1110.1℃	±0.2℃
相对湿度	0～100%	0.10%	±2%(≤80%时) ±5%(>80%时)
风向	0～360°	1°	±3°
风速	0～70m/s	0.1m/s	±(0.3+0.03V)m/s
太阳总辐射	0～2000W/m²	1 W/㎡	≤5%

该装置由风速传感器、风向传感器、日照辐射表、测温探头、控制盒及支架组成。可测量环境温度、风速、风向和辐射强度等参量，其RS485通讯接口可接入并网监控装置的监测系统，实时记录环境数据。
主要技术参数：
风速、风向传感器技术参数

项目	风速	风向
起动风速	≤0.5m/s	≤0.5m/s
测量范围	0～75m/s	0～360°
精确度	±(0.3+0.03V)m/s	±3°
分辩率	0.1m/s	2.8125°
距离常数	≤3m	≤1.5m
阻尼比	/	≥0.4
输出信号形式	脉冲(频率)	七位格雷码(或电位器)
工作电压	DC5V	DC5V
工作电流	5mA	70mA
加热器功率	100W	10W
抗风强度	＞80m/s	＞80m/s
最大高度	270mm	252mm
最大回转半径	113mm	440mm
重量	0.69kg	0.92kg
环境温度	-40～+55°C	-40～+55°C
环境湿度	100%RH	100%RH

日照辐射表技术参数

灵敏度	7-14uV/Wm-2
时间响应	≤30s
内阻	350Ω
稳定性	±2%
余弦	≤+10%
光谱范围	0.3～3.0
温度特性	±2%(-20°C～+40°C)
重量	2.5kg

功能特点：
①科学的便携式结构设计，安装及使用方便；
②可观测风速、风向、温度、湿度、辐射等多种要素，气象观测要素可根据用于需求进行配置；
③多种供电方式。具有交流、直流以及太阳能供电系统可供选择；
④多种通讯方式。RS232、RS485；
⑤支持气象短信功能；
⑥支持U盘存储功能，实现数据海量存储；
⑦可配置户外LED气象显示屏；
⑧低功耗、高精度、高可靠性，完全实现野外无人值守；
⑨大容量数据存储器；
⑩先进完善的多种防雷保护设计，能有效的防雷电干扰；
⑪操作简便、易于安装维护和远、近程监控；
⑫防腐工艺处理，适用于各种恶劣环境。
技术参数：

名称	测量范围	分辨率	准确度
风速	0～70m/s	0.1 m/s	±（0.3±0.03V）m/s
风向	0～360°	1°	±3°
大气温度	-50～+80℃	0.1℃	±0.2℃
相对湿度	0～100%RH	1%RH	±3%RH
总辐射	0～2000W/m2	1 W/m2	±2%
组件温度	-50～+120℃	0.1℃	±0.2℃
供电系统	太阳能、直流、市电等
通讯系统	RS232/RS485
安装支架	光伏气象站支架

²  工作环境：-50～+50℃、0～100%RH ；
²  可靠性：平均无故障时间>6000小时
²  防护等级：IP65，防雷击、防电磁干扰、防盐雾腐；
²  采集器：嵌入式操作系统采集器，多通道数据采集；
²  数据存储：4M FLASH 数据存储器,可扩展U盘存储器；
²  系统供电：太阳能/交流/直流供电模式；
²  采集功能：采样存储可远程升级；
²  数据输出：气象规范/用户定制

2.11 工控机系统

性能参数：
CPU Intel/英特尔；
•CPU频率2.2GHz以上；
•三级缓存3MB；
•核心代号Haswell；
•核心/线程数：双核心/四线程；
•制程工艺22nm；
内存容量4GB；
•内存类型DDR3；
•内存插槽2个DiM6M插槽；
•硬盘容量500GB；
•硬盘描述7200转；
•光驱类型DVD刻录机；
•光驱描述支持DVD SuperMulti双层刻录；
  显卡类型独立显卡；
•显存容量共享内存容量；
•音频系统集成；
  有线网卡1000Mbps以太网卡；
  电源100V-240V 180W 自适应交流电源供应器；
•I/O接口USB2.0；读卡器；1×耳机输出接口；1×麦克风输入接口，USB3.0；
PS/2；DVI-D；HDMI；1×RJ45（网络接口）65；1×电源接口；
随机附件标准键盘，光电鼠标；
2.12 显示大屏

显示屏：65寸

分辨率：1920×1080

操作系统：Win10/Andoird

输入接口：USB、AV、VGA、HDMI、DP、AUDIO、LAN

图像比例：16：9

表面玻璃：AF防指纹钢花玻璃

触摸方式：手指、触摸笔或其它非透明物体

运行内存：2G

机身内存：16G

最大扩展内存：128G

三、主要教学实训内容
7.1 光伏能量变换实验
实验1、光伏阵列单元组成原理
实验2、太阳能光电池能量转换组合原理
实验3、阵列电池最大功率跟踪器原理
实验4、阵列汇流与防雷接地原理
实验5、阵列结构件组合安装原理
实验6、在不同天气和日照强度下光强度对光伏转换效率的影响实验
实验7、在不同季节环境温度变换下对光伏能量转换的影响实验
7.2 光伏储能系统应用与教学
实验1、光伏储能发电系统原理结构分析
实验2、光储系统汇流、防雷原理学习与实践
实验3、锂电池组在光储系统中的应用与电能管理
实验4、（BMS）锂电池组管理系统在光储系统中的应用
实验5、（EMS）能量管理系统在光储系统的应用与重要性
实验6、（EMS）能量管理系统在中小型微电网系统中的应用
实验7、直流变换器在光储系统的应用与重要性
实验8、储能逆变器的原理分析
实验9、储能逆变器与普通逆变器应用比较
实验10、光储微网系统在无电地区、海岛应用及设计
实验11、光储微网系统在多能互补、自发自用等联网型微电网中的应用
实验12、光储系统离网运行、并网运行、微网运行、孤岛运行实践
四、系统基本配置表

序号	名称	型号	数量	单位	备注
1	储能微网发电系统	8006501820mm	1	台
2	260W太阳能电池板	YL260	20	块
3	50KW储能变流器(PCS)	ETC50	1	台
4	智能可编程负载		1	套
5	微电网能量管理系统（EMS）		1	套
6	Ezconverter 通讯模块		1	台
7	电池管理系统（BMS）		1	套
8	48V400Ah磷酸铁锂+电池系统柜(包含BMS，电芯，连接线缆和安装配件)	48V50Ah磷酸铁锂电池储能系统（共31.2KWh）	13	组
9	储能机柜	尺寸：600(w)1820(h)620(d)	1	套
10	风力发电系统		1	套
11	环境监测系统		1	台
12	电线、电缆		1	套
13	单项电子电能表	DDS607	1	台
14	光伏专用计量电度表	三相上/下行	1	台
15	计算机（监控主机）		1	台
16	中央显示大屏		1	台
17	监控软件（上位机）		1	套
18	使用手册		1	本

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