干货|储能在岸电系统中的规划配置与协调运行

储能在岸电系统中起到规划配置与协调运行的作用，本文将以江苏省为例，详细介绍港口岸电的发展情况、供电方式、存在的问题和储能是如何在岸电系统中参与调配与运行控制的。

01.港口岸电情况简介

船舶停靠港口作业期间，为了维持生产生活需要，就需要开动船上的辅助发电机发电以提供必要的动力，由此会产生大量的有害物质排放。根据统计，船舶靠港停泊期间由其辅助发电机所产生的碳排量占港口总排碳量的40%至70%，是影响港口及所在城市空气质量的重要因素。

船舶岸电系统简单的说就是船舶停靠在码头的时候，停止使用船舶上的自备辅助发电机，转而使用陆地电源向主要船载系统供电。

应用实例：

◆ 1989年，瑞典的哥德堡港率先使用400V岸电电源系统给滚装轮渡供电

◇ 2000年，哥德堡港建设了世界上首套高压岸电电源系统，电压为6.6kV/10kV，功率达到1.25MW

◆ 2001年，公主邮轮公司就在阿拉斯加的朱洛港口安装了高压船舶岸电系统

◇ 2004年洛杉矶港与中国集装箱船舶公司合作建设了世界上第一个集装箱船舶的岸电连接系统，系统总功率7.5MW

◆ 2010年10月24日连云港在中韩之星客货两用船上(滚装码头)试验采用了“高压上船”的船舶供岸电系统，并取得成功

国网江苏省电力有限公司近年来积极推进港口岸电工程的建设发展。截至2017年9月，江苏全省已累计建成各类岸电系统4375套(高压14套、低压604套、小容量3757套)，2017年1-9月单独装表计量岸电电量1504万千瓦时，在全国率先实现了江、河、湖、海港口岸电全覆盖，率先实现了航道水上服务区岸电系统互联互通。

▲ 港口岸电中的常用电负荷

港口用电设备的主要特点可以归纳总结为以下几个方面的内容：

① 各种使用量比较多的吊车，起重运输机械设备

基于拖动动作的运转时间，停转时间，空转时间相互交替，可以被界定为反复使用，短时间工作制的用电设备类型。这些设备的特点在于负荷处于不断变化的状态，是供电系统负荷中不稳定的部分。为此，就需要选择对应的电动机，该电动机的暂载率一般有25%，40%，60%和100%，并且其从供电系统获取的电能需用系数比较低，处于低负载状态下，功率因数处于较低状态，也是很正常的。

② 港口中连续使用的用电设备

港口运行过程中，部分用电设备处于连续使用的状态，一般牵涉到的用电设备主要有：皮带运输机，油码头输油泵，粮食码头吸粮机等。上述用电设备的特点在于：负荷处于比较稳定的状态，三相处于对称状态，在启动的时候会出现负荷的波动情况，功率因数处于稳定状态，一般都在0.8左右徘徊。

③ 港口使用率高的电瓶车和吊车

在港口运行的过程中，我们会发现有很多电瓶车以及需要电瓶去启动的吊车，这些设备的特点在于：需要经常性的充电，并且其充电装置属于连续运行的状态，一旦变流环节出现增加的情况，功率因数就会出现降低。

④ 港口照明设备

港口使用的照明设备多数都是固定状态的，一般会使用的照明灯有：高压钠灯，白炽灯，荧光灯，水银灯等。上述各种照明设备虽然有着很多的不同，比如功率因数，但是总体上来讲属于稳定负荷。需要注意的是港口夜间作业照明功率比较大，并且都是集中供电的状态，此时很容易出现用电负荷的高峰。

⑤ 大型专业化码头用电设备

对于大型专业化码头来讲，其用电设备单机容量比较大，很多时候都处于100kV、100kW以上，因此为了实现电能资源的节约，保证工作效率的提升，使得其符合工作要求，往往会采用高压供电的方式，这就要求此类型大型设备要具备变配电设施，并且符合高压供电的基本要求。

▲ 船舶电力系统

船舶电力系统，是指由一个或几个在统一监控之下运行的船舶电源及与之相连接的船舶电网组成的、以向负载供电的载体。

换句话说，船舶电力系统是由电源装置、配电装置和负载按照一定方式连接的整体，是船上电能产生、传输、分配和消耗等全部装置和网络的总称。

港口岸电供电方式及存在的问题

02.港口岸电供电方式及存在的问题

▲ 低压船舶/低压岸电直接供电方式

▲ 低压船舶/高压岸电直接供电方式

▲ 高压船舶/高压岸电直接供电方式

▲ 高压变频供电方式

▲ 高压岸电—高/低压船舶模式

▲ 低压岸电—低压船舶模式

一般情况下，电力供电系统主要由发电厂，电力网变电站和用户三个要素构成的系统。但是由于港口自身的独特性，使得其供电系统有所不同。港口占地面积大，用电负荷比较分散;对于供电可靠性要求高。因此，港口供电系统都是从区域电力网实现电能输送，再通过降低电压手段，实现电力向各个电场所的输送。面对分散的用电负荷，常常会使用到220-380V低压设备，其容量也不是很大。对于部分大型港口作业区域来讲，会在地区电力网上实现110kV或者35kV高压电能的获取，采取手段将其降低到3-10kV，实现从高压配电线路向变电所输送之后，再次降压为380V配电电压，才可以投入使用。为了达到上述的目的，往往会设置两台变压器。对于中型港口或者作业区来讲，电网供电为6-10kV，一般是从港口中心配电所向前沿变电所输送，通过降压设备再给与各个用电设备。综上所述，港口供电系统一般主要由：地区电力网，降压变电站，港区配电线路，前沿变电所，低压配电系统几个部分构成。

岸电发展瓶颈：

◆ 高负荷时间占比较低，港口配电网利用率低;

◇ 国内港口所使用设备大量电力电子化，电能变换装置及其用电设备属于非线性负载，是典型的谐波源;

◆ 港口航吊、龙门吊等冲击性负荷对配网电压质量造成严重影响，电网电压波动/闪变现象时有发生。

03.储能在岸电系统中配置与运行控制

江苏岸电发展现状：

截至2018年6月，江苏全省已累计建成各类岸电系统4423套(高压15套、低压609套、小容量3799套)，2018年1-5月单独装表计量岸电电量1215万千瓦时，在全国率先实现了江、河、湖、海港口岸电全覆盖，率先实现了航道水上服务区岸电系统互联互通。

江苏储能发展现状：

江苏客户侧储能建设规模在国内遥遥领先。截至目前，已建的39座储能电站总装机容量42兆瓦，应用于削峰填谷的储能电站18座，装机容量37兆瓦，占总装机容量的88.1%;应用于新能源消纳的储能电站8座，装机容量3.6兆瓦，占总装机容量的8.6%;应用于微电网研究的储能电站13座，装机容量1.4兆瓦，占总装机容量的3.3%。

江苏储能+岸电项目概况：

以储能电站作为港口电力系统的备用电源，从提高配网资产利用效率、缓解电网间歇性功率、利用冗余容量抑制电网谐波、降低港口配电系统峰值负荷需求等角度，研究包含功率型和能量型储能的综合储能电站在港口岸电系统中的规划配置、电能质量控制、协调控制与优化运行等技术。

▲ 储能在岸电系统中规划配置技术

开展岸电配电网典型系统架构研究，明确岸电系统典型应用场景;针对岸电系统中的功率波动，根据功率型和能量型储能的特性，开展混合储能选型研究，并结合网侧应用需求提出接入方案;围绕储能容量优化、结构设计、能耗分析、储能接入方案评价等多种功能，开发储能在岸电系统中的规划配置软件。

▲ 储能与岸电系统协调控制与优化运行技术研究

在多种运行模式中，模式可分为三个：削峰填谷、电能质量控制、故障响应。

削峰填谷模式：分析港口岸电系统中的负荷特性，以此为基础，考虑储能电站的充放电功率约束、电量约束、放电深度约束以及充放电次数等约束，以负荷方差最小为目标函数，建立储能电站参与岸电系统调峰的优化调度模型。基于动态规划算法，提出适用于该模型的求解算法，并仿真验证该模型的正确性。

电能质量控制模式：根据典型岸电系统的实际情况，对岸电系统中冲击性、非线性负荷无功/谐波特性进行建模分析，并研究电压波动/闪变产生机理;以此为基础，针对有功功率快速波动部分，采用经验模态分解对波动功率进行分解，经过Hilbert变换得到功率波动成分，采用功率型储能对有功功率波动成分进行平抑;针对无功功率快速波动部分，考虑储能逆变器容量约束，基于瞬时功率理论，提出改进的ip-iq检测法;基于现代控制理论，提出逆变器非线性鲁棒控制技术。

故障响应模式：针对岸电系统的弱网环境，从功能定位、控制时限、控制方式、功能逻辑等方面，提出储能电站的岸电系统故障响应技术，实现岸电系统安全可靠运行。

多运行模式切换：从储能电站并网点开关实际的动作特性、控制系统通信时间及变流器模式切换特性间的协调配合，提出储能电站与岸电系统多运行模式切换技术。

总结

1.平衡是岸电选择储能应用的基础

2.不同时间尺度下岸电+储能有不同应用场景

3.多种类型储能的联合应用，可以有效满足岸电不同负荷特性的需求

4.岸电+储能需要更开放的态度加更开放的技术来赋能

5.X+储能，有待进一步挖掘X可能性