安科瑞 劉邁

　　摘要：介紹了某油田群電網(wǎng)儲能電站示范項目建設情況，作為國內(nèi)*個海上油氣田電網(wǎng)分布式儲能電站，建設過程不僅實現(xiàn)多項技術(shù)創(chuàng)新，同時具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益，有助于中海油響應*家的雙碳發(fā)展目標，加快能源轉(zhuǎn)型步伐，踐行綠色低碳戰(zhàn)略。

　　關鍵詞：儲能電站?電網(wǎng)?安裝?調(diào)試

　　0引言

　　當前中海油積*響應*家的雙碳發(fā)展目標，加快能源轉(zhuǎn)型步伐，踐行綠色低碳戰(zhàn)略。正在大力推進清潔能源與傳統(tǒng)油氣業(yè)務的協(xié)同發(fā)展，推動燃氣發(fā)電和風電、光伏等可再生電力一體化發(fā)展，探索發(fā)展海上風電為海上油氣生產(chǎn)供電的開發(fā)模式，打造多能互補的綜合能源體系。

　　中海油積*貫徹集團公司的發(fā)展要求，計劃在某油田群打造國內(nèi)*個集風光儲一體綜合能源示范海上油田，到2025年實現(xiàn)“海上風場+光伏+儲能+岸電"的全新供電模式，建成國內(nèi)外*個海上“零碳"供電示范油田，同時使油氣田細致用上綠色清潔電力[1]。2022年該油田陸地終端廠建設4.5MW光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)投用，邁出了綠色低碳發(fā)展的*一步，并且計劃2025年在油田新建2臺10MW分散式風機。由于風光發(fā)電具有波動性，間歇性和隨機性的特點，對電網(wǎng)穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響，因此考慮通過配套儲能系統(tǒng)，平抑風光發(fā)電出力，調(diào)節(jié)用電峰谷差，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

　　1分布式儲能電站介紹

　　該油田群電網(wǎng)屬于孤立微電網(wǎng)系統(tǒng)，通過對油氣田用電負荷、光伏發(fā)電容量及未來接入的分散式風機容量進行校核分析，儲能電站容量建議采用5MW/10MWh，儲能電站作為一個獨立電站，由電網(wǎng)EMS系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制。電網(wǎng)儲能電站的作用應*先滿足終端光伏消納，同時兼做電網(wǎng)調(diào)頻電源，在事故狀態(tài)為電網(wǎng)提供電源支撐，在電網(wǎng)全黑工況時為電網(wǎng)提供黑啟動電源。

　　儲能電站容量采用5MW/10MWh，根據(jù)目前PCS設備技術(shù)發(fā)展水平，采用兩套2.5MW/5MWh功率單元并聯(lián)組合成5MW/10MW.h，功率單元升壓后并聯(lián)接入油氣田電網(wǎng)，儲能單元拓撲示意圖如圖1所示。采用功率單元并聯(lián)也有利于未來隨著油田電網(wǎng)的發(fā)展，裝機容量提高，系統(tǒng)熱備容量要求提高后，通過進一步并聯(lián)功率單元，實現(xiàn)儲能電站的擴容。

　　電網(wǎng)儲能電站*薦采用磷酸鐵鋰電池，充放電倍率0.5C。電池單體采用寧德時代3.2V280Ah磷酸鐵鋰電芯，每個電池艙共有5600個電芯。每16個電芯串聯(lián)組成一個電池模組（PACK），每個電池模組容量為14.3kWh，25個電池模組（PACK）串聯(lián)組成1個電池簇（RACK），每個電池簇容量為358.4kWh，電池艙內(nèi)共14個電池簇，每7個電池簇組串1個電池組（BMS），這7個電池簇（RACK）并聯(lián)后接入對應逆變升壓艙的一臺1375kW儲能變流器（PCS）直流輸入端。

　　2儲能電站建設過程

　　2.1土建工程建設

　　本項目土建結(jié)構(gòu)的主要設計內(nèi)容為兩個儲能電池集裝箱基礎和兩個儲能變流升壓一體機基礎及一個鋼結(jié)構(gòu)罩棚，罩棚結(jié)構(gòu)形式為輕型門式剛架。

　　罩棚基礎、儲能電池集裝箱基礎、儲能變流升壓一體機基礎單位面積荷載較小擬采用淺基礎，基礎埋深2m，基礎高出現(xiàn)有地坪面200mm，持力層為棕褐粉質(zhì)黏土，承載力特征值按190kPa考慮。集裝箱基礎采用C30混凝土，HRB400級鋼筋現(xiàn)澆；素混凝土設備基礎采用C40混凝土現(xiàn)澆；設備基礎外露部分抹20mm厚水泥砂漿面層；墊層采用100mm厚C15混凝土；土建工程結(jié)構(gòu)施工流程圖如圖2所示，現(xiàn)場施工圖片如圖3所示。

2.2儲能設備安裝及調(diào)試

　　2.2.1儲能設備運輸及吊裝

　　使用運輸車對需要安裝的儲能變流升壓模塊、箱式儲能電池模塊設備進行拖運；廠區(qū)內(nèi)速度不得超過20km/h；拖運的設備需固定牢靠。

　　儲能變流升壓模塊、箱式儲能電池模塊等設備拖運到安裝位置后；將吊車開往既定地點，從水泥路往草地途中需要鋪上16mm厚的鋼板防止地基下沉；吊車就位后需要在4個支腿位置處墊上木方，避免起吊時過重導致支腿下沉；因箱式儲能電池模塊*重，達到56t，需要1臺200t吊車，作業(yè)半徑需要至少15m，可滿足要求，見圖4。

2.2.2儲能設備現(xiàn)場安裝及連接

　　提前清理基座及螺栓孔，按基礎上的安裝基準線（*心標記、水平標記）對應設備上的基準測點進行調(diào)整和測量及找正與找平，安裝前需確認好安裝設備的方向，確保安裝方向正確。

　　儲能變流升壓模塊和箱式儲能電池模塊之間通過240V直流電纜進行連接，儲能電站通過35kV高壓電纜連接到終端35kV系統(tǒng)開關柜并入潿洲電網(wǎng)，提前預鋪35kV主電纜并完成電纜打壓及絕緣測試，然后連接至儲能集裝箱設備。

　　2.2.3調(diào)試及試運行

　　配合廠家完成儲能電池集裝箱及變流升壓模塊單機調(diào)試，連接完成后，進行儲能電站整體調(diào)試及驗收。

　　調(diào)試驗收標準：儲能電站以額定功率進行三次充放電，連續(xù)并網(wǎng)試運行72小時[2]。

　　2.3配套工程

　　2.3.1安防監(jiān)控

　　在儲能電站罩棚周圍設置兩個*用監(jiān)控攝像頭，監(jiān)控信號接入終端廠區(qū)安防系統(tǒng)，將儲能電站納入廠區(qū)集中監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)場設置有匯集箱，監(jiān)控視頻探頭均接入現(xiàn)場匯集箱。新增攝像頭電纜通過埋地方式走線，穿過路段使用Φ50mm的鍍鋅鋼管保護。

　　2.3.2消防工程

　　儲能電站集裝箱設置獨立的火災探測控制器，箱體內(nèi)安裝煙熱探測器，與氣體滅火系統(tǒng)聯(lián)動。箱體外設手動火災報警按鈕和手動氣體釋放按鈕。

　　每個鋰電池集裝箱外放置一個1m3的消防砂池，按照嚴重危險等級還配置4具MFT/ABC50（推車式磷酸銨鹽干粉滅火器）和4具MF/ABC8（手提式磷酸銨鹽干粉滅火器）進行消防保護。

　　2.3.3照明

　　儲能電站用電負荷包括集裝箱內(nèi)負荷和場地負荷。場地負荷包括場地上的照明負荷。儲能電站罩棚內(nèi)擬采用LED工作燈吊裝方式。燈具采用時鐘、光控等自動控制方式。儲能電站輔助用電總

　　負荷預估為50kW，采用380/220V，供電系統(tǒng)的接地型式采用TN-C-S系統(tǒng)。

　　2.3.4防雷接地及絕緣配合

　　對所有要求接地部分（如交流升壓模塊箱、電池集裝箱、35kV開關柜及其他電氣設備）均應可靠地接地，電池集裝箱及變流升壓模塊箱均為金屬外殼，利用其金屬殼體作為防雷接閃器并將其外殼與接地網(wǎng)可靠焊接，形成直擊雷保護。本次在儲能站區(qū)域建設以水平接地體為主，輔以垂直接地體的人工復合接地網(wǎng)，埋深為0.8m。新建接地網(wǎng)與汽輪機廠區(qū)設備房接地網(wǎng)相連，保證本站地網(wǎng)接地電阻小于4歐。

　　3儲能電站運行效果評估

　　潿洲電網(wǎng)儲能電站建設成功后，在擺脫光伏“靠天吃飯"，為電網(wǎng)削峰填谷、度夏保供的同時，電網(wǎng)可以減少1~2臺在線透平發(fā)電機組數(shù)量，通過“削峰填谷"實現(xiàn)在網(wǎng)燃氣輪機發(fā)電機帶載率提高5%至10%，每年將節(jié)省9200噸標準煤能耗，減少二氧化碳排放18400噸。儲能電站的投用可有效平抑潿洲終端分布式光伏電站波動，提升電網(wǎng)調(diào)峰能力和新能源消納能力，是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的重要支撐，也是該油田群電網(wǎng)構(gòu)建綠色多能互補電網(wǎng)、智慧電網(wǎng)的重要組成部分。

　　3.1海上油田群微電網(wǎng)儲能控制及應用關鍵技術(shù)

　　儲能電站根據(jù)運行實時工況，全自動化進行響應，當電網(wǎng)觸發(fā)機組故障跳機時滿功率釋放電網(wǎng)，避免設備脫扣停電，同時能夠根據(jù)電網(wǎng)熱備情況進行有功、無功、頻率等控制，提升海上油田群微電網(wǎng)運行的可靠性。

　　3.2?儲能電站海上微電網(wǎng)黑啟動控制技術(shù)

　　配置了虛擬同步機技術(shù)，具備獨立建網(wǎng)功能，實現(xiàn)零壓構(gòu)網(wǎng)，能通過儲能實現(xiàn)潿洲電網(wǎng)的黑啟動功能。

　　該電站取代了傳統(tǒng)柴油發(fā)電機，可配合燃氣輪機發(fā)電機實現(xiàn)黑啟動，有效避免柴油發(fā)電機組工作時產(chǎn)生的溫室氣體排放，實現(xiàn)綠色供電。

　　4安科瑞微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

　　Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)能夠?qū)ξ㈦娋W(wǎng)的源、網(wǎng)、荷、儲能系統(tǒng)、充電負荷進行實時監(jiān)控、診斷告警、全景分析、有序管理和*級控制，滿足微電網(wǎng)運行監(jiān)視細致化、安全分析智能化、調(diào)整控制前瞻化、全景分析動態(tài)化的需求，完成不同目標下光儲充資源之間的靈活互動與經(jīng)濟優(yōu)化運行，實現(xiàn)能源效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益*大化。

　　4.1主要功能

　　實時監(jiān)測；

　　能耗分析；

　　智能預測；

　　協(xié)調(diào)控制；

　　經(jīng)濟調(diào)度；

　　需求響應。

　　4.2系統(tǒng)特點

　　平滑功率輸出，提升綠電使用率；

　　削峰填谷、谷電利用，提高經(jīng)濟性；

　　降低充電設備對局部電網(wǎng)的沖擊；

　　降低站內(nèi)配電變壓器容量；

　　實現(xiàn)源荷*高匹配效能。

　　4.3相關控制策略

　　序號系統(tǒng)組成運行模式控制邏輯

　　1市電+負荷+儲能峰谷套利根據(jù)分時電價，設置晚上低價時段充電、白天高價時段放電，根據(jù)峰谷價差進行套利

　　2需量控制根據(jù)變壓器的容量設定值，判斷儲能的充放電，使得變壓器容量保持在設定容量值以下，降低需量電費

　　3動態(tài)擴容對于出現(xiàn)大功率的設備，且持續(xù)時間比較短時，可以通過控制儲能放電進行補充該部分的功率需求，

　　4需求響應根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度的需求，在電網(wǎng)出現(xiàn)用電高峰時進行放電、在電網(wǎng)出現(xiàn)用電低谷時進行充電；

　　5平抑波動根據(jù)負荷的用電功率變化，進行充放電的控制，如功率變化率大于某個設定值，進行放電，主要用于降低電網(wǎng)沖擊

　　6備用當電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，啟動儲能系統(tǒng)，對重要負荷進行供電，保證生產(chǎn)用電

　　7市電+負荷+光伏自發(fā)自用、余電上網(wǎng)光伏發(fā)電優(yōu)先供自己負荷使用，多余的電進行上網(wǎng)，不足的由市電補充

　　8自發(fā)自用主要針對光伏多發(fā)時，存在一個防逆流控制，調(diào)節(jié)光伏逆變器的功率輸出，讓變壓器的輸出功率接近為0

　　9市電+負荷+光伏+儲能自發(fā)自用通過設置PCC點的功率值，系統(tǒng)控制PCC點功率穩(wěn)定在設置值。在這種狀態(tài)下，系統(tǒng)處于自發(fā)自用的狀態(tài)下，即：

　　1）當分布式電源輸出功率大于負載功率時，不能被負載消耗時，增加負載或儲能系統(tǒng)充電。

　　2）當分布式電源輸出功率小于負載功率時，不夠負載消耗時，減少負載（或者調(diào)節(jié)充電功率）或者儲能系統(tǒng)對負載放電。

　　10削峰填谷1）根據(jù)用戶用電規(guī)律，設置峰值和谷值，當電網(wǎng)功率大于峰值時，儲能系統(tǒng)放電，以此來降低負荷高峰；當電網(wǎng)功率小于谷值時，儲能系統(tǒng)充電，以此來填補負荷低谷，使發(fā)電、用電趨于平衡。

　　2)根據(jù)分布式電源發(fā)電規(guī)律，設置峰值和谷值，當電網(wǎng)功率大于峰值時，儲能系統(tǒng)充電，以此來降低發(fā)電高峰；當電網(wǎng)功率小于谷值時，儲能系統(tǒng)放電，以此來填補發(fā)電低谷，使發(fā)電、用電趨于平衡。

　　11需量控制在光伏系統(tǒng)*大化出力的情況下，如果負荷功率仍然超過設置的需量功率，則控制儲能系統(tǒng)出力，平抑超出需量部分的功率，增加系統(tǒng)的經(jīng)濟性。

　　12動態(tài)擴容對于出現(xiàn)高負荷時，優(yōu)先利用光儲系統(tǒng)對負荷進行供電，保證變壓器不超載

　　13需求響應根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度的需求，在電網(wǎng)出現(xiàn)用電高峰時進行放電或者充電樁降功率或停止充電、在電網(wǎng)出現(xiàn)用電低谷時進行充電或者充電充電；

　　14有序充電在變壓器容量范圍內(nèi)進行充電，如果充電功率接近變壓容量限值，優(yōu)先控制光伏*大功率輸出或儲能進行放電，如果光儲仍不滿足充電需求，則進行降功率運行，直至切除部分充電樁（改變充電行為），對于充電樁的切除按照后充先切，先來后切的方式進行有序的充電。（有些是以充電時間與充電功率為控制變量，以充電費用或者峰谷差*小為目標）

　　15經(jīng)濟優(yōu)化調(diào)度對發(fā)電用進行預測，結(jié)合分時電價，以用電成本*少為目標進行策略制定

　　16平抑波動根據(jù)負荷的用電功率變化，進行充放電的控制，如功率變化率大于某個設定值，進行放電，主要用于降低電網(wǎng)沖擊

　　17力調(diào)控制跟蹤關口功率因數(shù)，控制儲能PCS連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率輸出

　　18電池維護策略定期對電池進行一次100%DOD深充深放循環(huán)；通過系統(tǒng)下發(fā)指令，更改BMS的充滿和放空保護限值，以滿足100%DOD充放，系統(tǒng)按照正常調(diào)度策略運行

　　19熱管理策略基于電池的*高溫度，控制多臺空調(diào)的啟停

　　1）削峰填谷：配合儲能設備、低充高放

2）需量控制：能量儲存、充放電功率跟蹤

3）備用電源

　　4）柔性擴容：短期用電功率大于變壓器容量時，儲能快速放電，滿足負載用能要求

4.4核心功能

　　1）多種協(xié)議

　　支持多種規(guī)約協(xié)議，包括：ModbusTCP/RTU、DL/T645-07/97、IEC60870-5-101/103/104、MQTT、CDT、*三方協(xié)議定制等。

　　2）多種通訊方式

　　支持多種通信方式：串口、網(wǎng)口、WIFI、4G。

　　3）通信管理

　　提供通信通道配置、通信參數(shù)設定、通信運行監(jiān)視和管理等。提供規(guī)約調(diào)試的工具，可監(jiān)視收發(fā)原碼、報文解析、通道狀態(tài)等。

　　4）智能策略

　　系統(tǒng)支持自定義控制策略，如削峰填谷、需量控制、動態(tài)擴容、后備電源、平抑波動、有序充電、逆功率保護等策略，保障用戶的經(jīng)濟性與安全性。

　　5）全量監(jiān)控

　　覆蓋傳統(tǒng)EMS盲區(qū)，可接入多種協(xié)議和不同廠家設備實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)制，實現(xiàn)環(huán)境、安防、消防、視頻監(jiān)控、電能質(zhì)量、計量、繼電保護等多系統(tǒng)和設備的全量接入。

　　4.5系統(tǒng)功能

　　系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷情況，體現(xiàn)系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、告警信息、收益、環(huán)境等。

　　儲能監(jiān)控

　　系統(tǒng)綜合數(shù)據(jù)：電參量數(shù)據(jù)、充放電量數(shù)據(jù)、節(jié)能減排數(shù)據(jù)；

　　運行模式：峰谷模式、計劃曲線、需量控制等；

　　統(tǒng)計電量、收益等數(shù)據(jù)；

　　儲能系統(tǒng)功率曲線、充放電量對比圖，實時掌握儲能系統(tǒng)的整體運行水平。

　　光伏監(jiān)控

光伏系統(tǒng)總出力情況

　　逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警

　　逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析

　　并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計

　　電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計，識別低效發(fā)電電站；

　　發(fā)電收益統(tǒng)計(補貼收益、并網(wǎng)收益)

　　輻照度/風力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測

　　并網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測及分析

　　光伏預測

　　以海量發(fā)電和環(huán)境數(shù)據(jù)為根源，以高精度數(shù)值氣象預報為基礎，采用多維度同構(gòu)異質(zhì)BP、LSTM神經(jīng)網(wǎng)絡光功率預測方法。

　　時間分辨率：15min

　　超短期未來4h預測精度＞90%

　　短期未來72h預測精度＞80%

　　短期光伏功率預測

　　超短期光伏功率預測

　　數(shù)值天氣預報管理

　　誤差統(tǒng)計計算

　　實時數(shù)據(jù)管理

　　歷史數(shù)據(jù)管理

　　光伏功率預測數(shù)據(jù)人機界面

　　風電監(jiān)控

風力發(fā)電系統(tǒng)總出力情況

　　逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(tài)監(jiān)測及報警

　　逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析

　　并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計

　　電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計，識別低效發(fā)電電站；

　　發(fā)電收益統(tǒng)計(補貼收益、并網(wǎng)收益)

　　風力/風速/氣壓/環(huán)境溫濕度監(jiān)測

　　并網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測及分析

　　充電樁系統(tǒng)

實時監(jiān)測充電系統(tǒng)的充電電壓、電流、功率及各充電樁運行狀態(tài)；

　　統(tǒng)計各充電樁充電量、電費等；

　　針對異常信息進行故障告警；

　　根據(jù)用電負荷柔性調(diào)節(jié)充電功率。

　　電能質(zhì)量

　　對整個系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進行持續(xù)性的監(jiān)測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態(tài)數(shù)據(jù)進行監(jiān)測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進行監(jiān)測。

　　4.6設備選型

　　5結(jié)語

　　光儲充一體化充電站應用綜合能源服務建設模式意義重大。清潔、*效、可靠的能源服務可以通過對電池、管理系統(tǒng)系統(tǒng)的細致優(yōu)化來實現(xiàn)。未來,綜合能源服務將隨著清潔能源技術(shù)的不斷創(chuàng)新而進一步成熟和普及,為中國提供可行的解決方案,以達到碳中和目標,促進新能源運輸?shù)钠占?。一體化的能源服務建設模式將成為為建設綠色智能社會提供堅實支撐的新能源基礎設施的重要組成部分。

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