1、微型電網簡介整理胡昌福2智能微網發展: “十二五”實施核電、風電、太陽能光伏、生物質發電、儲能裝置，實施新能源集成示范重大工程。背景微網簡介微網與儲能電池市場趨勢與應用微網與儲能電池市場趨勢與應用1.智能電網就是指可以自動調控電力供需，提高用電效率，以達到節約用電的成效.2.整合發電、輸電、配電及客戶端的電網系統，電力公司或小到家庭,實時收集用電 的信息，再藉由通訊網絡與應用軟件，來進行電力分配、使用及調度管理由分布式電源(太陽能/風力)、儲能裝置、能量轉換裝置、相關負荷和監控、保護裝置匯集而成的小型發配電系統，是一個能夠實現自我控制、保護和管理的自治系統，既可以與外部電網并網運行，也可以孤島

2、運行。是智慧電網的重要組成部分。智能微網智能微網(Micro Grid)電動車充電站需要短時間大功率的對EV電池充電, 對當地的供電與配電, 都是很大負擔, 尤其是用電尖峰時間. 且申請此類用電, 電力公司都會高額收費.充電站需要不只供應電能給電動車, 也要做電能的優化管理, 形成小型的智慧電網. 才能節省成本. 例如采用電池儲能, 并整合分布式發電(太陽能/風力), 降低短時間的大功率充電的影響.BatteryChargerCharger分布式發電電網High power 50KW智能微網智能微網-電動車快充站的應用電動車快充站的應用家庭家庭/樓房樓房/辦公室辦公室/工廠等級工廠等級,結合以

3、下裝置結合以下裝置, 做電力優化調配應用做電力優化調配應用 Green Energy - Photovoltaic - Li-Battery - Fuel Cells - Wind PowerEnergy Saving - LED - Smart meter e-Mobility - Electrical Vehicle - Electric Scooter - Power Battery Pack小范圍小范圍(Small-Scale)智能電網智能電網BatteryChargerChargerGrid微網與儲能電池市場趨勢與應用微網與儲能電池市場趨勢與應用BatteryChargerInver

4、ter儲能電站EV充電站備用電源智慧家庭電池儲能與電力轉換電池儲能與電力轉換,將是綠能產業運用主流將是綠能產業運用主流微網模擬實驗室微網示范運行微網示范運行不同發電來源的配置不同發電來源的配置, 搭配不同用電負載搭配不同用電負載, 實際驗證其可行性實際驗證其可行性PCS儲能電池儲能電池太陽能陣列太陽能陣列光伏光伏逆變器逆變器交流母線交流母線電網電網用戶負載用戶負載微網交流母線示意圖微網交流母線示意圖風力轉換風力轉換風機風機逆變器逆變器分布式電源分布式電源隔離裝置隔離裝置脫網脫網 孤島運行孤島運行微網模擬實驗室微網模擬實驗室 微網實驗室建立微網仿真系統目的微網實驗室建立微網仿真系統目的: - 開

5、發“微網監控軟件平臺“, 未來可移植到實際微網系統 - 事先模擬各種可能發生狀況 ,確定系統能穩定且安全的運行 - 驗證要連接上微網的電能轉換器是否可運行正常 - 將未來設置微網系統的地區 ,試運行其日照, 溫度, 風速, 負載等環境狀況. - 依照建置目的, 找出風光電儲能裝置的優化(效能, 成本)功率與容量配置優化的配置優化的配置, 及高效率的運行及高效率的運行, 未來才有商業化未來才有商業化的的可能可能, 產業才能真正健康發展產業才能真正健康發展 微網監控軟件平臺微網監控軟件平臺, 需要監控以下裝置需要監控以下裝置 - 發電裝置: 光伏逆變器,風力發電逆變器, (柴油發電機) - 儲能裝

6、置: 電池BMS, 交直流轉換器(PCS), 充電器 - 負載裝置: 變動的負載 微網環境模擬平臺微網環境模擬平臺 致茂電子公司提供或協助整合致茂電子公司提供或協助整合 - 硬件: 電網模擬電源, 電池模擬電源, 太陽能電池陣列模擬電源, 可程控的負載 - 軟件平臺: 整合各模擬器的控制, 供使用者設定環境狀況, 并監控運行微網模擬實驗室微網模擬實驗室每個設置微網每個設置微網目的目的不同不同, 環境與負載狀況也不同環境與負載狀況也不同, 都需都需事先模擬與規劃事先模擬與規劃, 才能找到最優化的控制及配置才能找到最優化的控制及配置61800系列回收式電網模擬電源62000HS系列光伏陣列模擬直流

7、電源17030電池模擬電源63800系列交流電子負載光伏逆變器逆變器模擬風機62000HS系列光伏陣列直流源 模擬風機充放電模塊PCS 交流交流母線母線電網電網微網監控平臺微網監控平臺微網環境模擬平臺微網環境模擬平臺Ethernet風光電集合風光電集合微網模擬微網模擬系統系統模擬測試解決方案電網模擬電網模擬1.目前微網實驗室大多用隔離變壓器與電網隔離, 易受 外界影響, 且無法控制2.電網的電壓頻率隨負載狀況可能變動, 也有異常狀態 - 電壓瞬間變動電壓瞬間變動 - 電壓波形失真電壓波形失真 - 頻率抖動頻率抖動3.需要一臺能與電網隔離, 能設定電壓頻率, 且可模擬 異常狀況的電網模擬電源,

8、對整個微網系統搭配儲能 電站的運作, 做整體的模擬測試, 及各種保護狀況的 驗證.4.一般可程控交流電源, 只能輸出電流, 電網模擬電源 可以吸收電流, 且電能回收到電網.Chorma 61860 60KVA四象限運作四象限運作, 100%電能吸收電能吸收電池包測試電池包測試1. 短時間的對電池包的動態充放電, 成為運行常態2. 穩態充放電測試, 預估壽命與實際運行有很大差異3. 整體體積大, 若溫度不均, 容易造成單體電壓不平衡實際記錄電池充放電波形,儲存為數字檔案軟件讀取.xls 檔, 并下載到充放電機內存Chorma電池包充放電電池包充放電測試系統測試系統Chorma電池模電池模組組充放

9、電充放電測試系統測試系統電池包測試電池包測試儲能系統需對溫度及單體電壓監控, 處理大量數據量,電池測試系統須可進行u 可抄寫 BMS資料,包括各單體電壓,溫度,異常旗標等u 以 BMS資料值做為充放電截止或保護條件u 和實際量測值做對比,找出可能異常點Charge/DischargeBMSBMSBMS information轉換軟件數據庫直接匯入資料搜集器資料搜集器可量溫度及電壓可量溫度及電壓,同步采樣機制同步采樣機制,無時間差無時間差電池模電池模組組測試測試測試成本: 對電池包而言, 高壓大功率的充放電測試, 儀器成本及電費很可觀, 且驗證 時間很長,常會多達數個月, 費用及空間問題, 無

10、法進行多數量的測試建議一些老化相關測試可使用模建議一些老化相關測試可使用模組組(module)來測試來測試, 節省測試成本節省測試成本充放電系統可并聯及動態測試充放電系統可并聯及動態測試,增加使用彈性增加使用彈性例如: 模組規格 12S/60Ah, 電壓: 4.2V x 12 = 50.4V 穩態電流放電: 90A , 動態放電: 180A可同時測試8個模組可同時測試4個模組1234120A x 2ch240A x 電池模擬電源電池模擬電源為何需要電池模擬電源為何需要電池模擬電源?1. 電池種類不同, 充放電特性曲線不同, 液流電池, 鈉硫蓄 電池,鋰鐵電池等, 要同時準備不易2. 電池非線性

11、特性:溫度, 充放電速度, 老化程度, 效率等3. 電池充放電需要時間, 要測試電能轉換器的極限值不方便4. 大容量電池占體積, 使用后老化, 可能損壞有危險, 在 某些實驗室中,不方便購置大容量電池電池模擬電源電池模擬電源電池充放電測試系統電池充放電測試系統, 搭配電池搭配電池模擬模擬電源電源(Battery Simulator)軟件軟件, 可可進階進階設定設定電池模擬的電池模擬的參數參數, 并實時量測顯示及記錄并實時量測顯示及記錄電池電池模擬模擬電源功能電源功能電池電壓與容量曲線設定電池電壓與容量曲線設定 - 讀取電壓與容量(SOC)對應的Excel檔案曲線, 來調整電壓做電池仿真輸出 -

12、 此電壓與容量的Excel檔案, 可由17030對實際電池放電的量測數據由軟件導出. - 使用者也可自行定義存入Excel檔案. 及可設定截止電壓, 過低發生保護訊號.電池基本參數設定電池基本參數設定1.總容量 2.目前容量(SOC), 3.定電壓 4.電池能量效率 5.直流阻抗電池相關參數記錄電池相關參數記錄1. 實時將選定參數(電壓/電流/功率/容量)等數值隨時間變化曲線做圖形顯示.2. 可設定時間間隔, 記錄選定參數(電壓/電流/功率/容量)等數值于指定檔案中, 供 運行分析或故障記錄直流電直流電交流電交流電雙向轉換器雙向轉換器 PCS電網端電能回收利用電網端電能回收利用電池模擬電源電池

13、模擬電源電池模擬電源的應用電池模擬電源的應用電網模擬電源電網模擬電源儲能電站電網與電池間交直流轉換器測試應用儲能電站電網與電池間交直流轉換器測試應用太陽能電池太陽能電池陣列模擬陣列模擬1.太陽能電池陣列, 隨日照與溫度而有不同特性的 電壓電流曲線,可提供的最大功率也會變化2.太陽能逆變器會以最大功率追蹤(MPPT)方式, 轉 換直流為交流電能, 并入電網. 常用的分布式電源.3.為能不受天氣限制, 且有效測試逆變器運作, 需要 可設定的太陽能電池陣列模擬電源太陽能太陽能電池電池陣列陣列模擬電源模擬電源風速風速-時間圖時間圖發電功率發電功率-時間圖時間圖風機發電風機發電模擬模擬1. 風機發電模擬

14、需將風速, 空氣密度, 風機參數等, 轉換為電力功率輸出2. 一般風機發電模擬需要直流電動機驅動感應發電機, 再給變流器輸出到電網3. 微網實驗室建議可用光伏逆變器搭配可建風力發電模型運算的模擬電源, 簡單化Power = 0.5 x Swept Area x Air Density x VPCS電網電能回收利用電網電能回收利用電池模擬電源電池模擬電源太陽能陣列太陽能陣列模擬電源模擬電源光伏光伏逆變器逆變器交流母線交流母線電網模擬電源電網模擬電源負載負載微網交流母線模擬示意圖微網交流母線模擬示意圖風力轉換風力轉換模擬電源模擬電源風機風機逆變器逆變器結結 論論1. 智能微網及儲能電站, 其產業鏈的聯結, 包括電網公司, 電力電子產業, 電池產業, 系統整合商等, 都是全新的組合, 需要不斷測試及驗證, 才能成熟.2. 新概念的實行, 不僅需要新技術的發展, 還需要大量的實驗室模擬與示范運行. 不只