智能配电网“储能-电能质量一体化”监控和控制产品

一、项目介绍

本项目拟通过开展储能-电能质量一体化产品开发，利用综合控制技术提高配电网的电能质量，改善配电网中有源设备的利用率，达到巧妙的一机多用的目的。本项目开发的技术对提升配电网中储能电源渗透率，促进配电网的应用和技术升级具有重要意义。第一，分布式储能通过虚拟同步技术应用于低压配电网中可以有效缓解新能源发电的功率波动问题，抑制电网电压及频率波动，降低电压调整率，从而提高配电网吸纳分布式能源的能力；第二，储能-电能质量一体化产品可以实现高带宽电流控制，可以同时具备吸收配电网中的谐波电流、无功电流、不平衡电流等功能，从而从多个方面有效改善配电网电能质量。第三，通过多个储能-电能质量一体化产品分层次协调控制，可以对配电网系统内的多区域的潮流和电能质量进行主动调节，降低系统线损，增强配电系统的稳定性，提高配电系统的灵活性。

二、项目突破

本项目产品核心技术方案涉及电力电子电路结构设计、态势感知和动态控制方法、电网适应性和多模式运行等多个方面。本项目将在如下几个重点方面重点突破。

1）电路结构方面

本项目充分挖掘无源设备和有源设备的特性和优点，结合配电系统运行控制实际需求，研制新型储能-电能质量一体化产品系统拓扑结构方案，其基本结构如图1所示：

图1 储能-电能质量一体化产品电路结构

系统各单元功能清晰，采用模块化设计，运维简单。其中各个单元的功能如下：1）有源电力电子变流器部分：主要负责综合电能质量控制，包括谐波治理，系统有功不平衡治理等；同时实现系统有功和无功功率精确调节。2）无源电容部分：主要负责系统无功功率分级调节；系统无功不平衡治理。

2）态势感知方面

通过大数据方法拟合电容态势，估算设备内部电力电容寿命，实现电力电子产品中最易损的电容的运行风险的提前警告，动态监测电容状态，对每一个电容支路提供可靠保护。此外，传统电力电容器的投切可靠性低，容易引发谐振，而本项目通过加入高性能ARM芯片实时监测系统谐振状态，在系统发生谐振时可以动态调整无源装置运行工作点，低成本实现电力电容器系统的谐振有效抑制。

3）电网适应性方面

研制的新型储能-电能质量一体化产品具有并网和离网双模式运行控制能力，可以保障大电网故障条件下系统运行控制的可靠性，特别适用于银行、基站、医院等高可靠性要求场合。此外，基于云平台运行和调度控制产品，可以方便远程在线控制，管控简单。

目前科研团队已经完成本项目第一代原型样机和第二代工程样机研发，并顺利挂网示范运行。第一代原型样机主要立足于验证装备功能，提供平台验证基础软件和硬件正确性。第二代工程样机主要立足于验证设备的挂网运行可靠性。

图2. 第一代原型样机实物图

图3. 第二代工程样机实物图