微電網(wǎng)多能互補(bǔ)電源容量的配置方法

王春瑩

摘要：微電網(wǎng)不僅能夠補(bǔ)充大電網(wǎng)，而且具有輸電距離短和供電靈活等優(yōu)點(diǎn)，所以在軍事哨所或者孤立海島等一些偏遠(yuǎn)地區(qū)都能需要應(yīng)用微電網(wǎng)。但是微電網(wǎng)之中包含了很多種分布式的電源，所以在微電網(wǎng)組網(wǎng)時(shí)會(huì)存在一些多能互補(bǔ)電源容量的配置問(wèn)題。針對(duì)這一現(xiàn)狀，我們需要對(duì)微電網(wǎng)多能互補(bǔ)電源容量的配置方法進(jìn)行更加深入地研究與分析，從而促進(jìn)微電網(wǎng)快速發(fā)展。

Abstract： Microgrid can not only supplement large power grids， but also has the advantages of short transmission distance and flexible power supply. Therefore， microgrids can be applied in some remote areas such as military posts or isolated islands. However， the microgrid contains a large number of distributed power sources， so there will be some configuration problems of multi-energy complementary power supply capacity when the micro-grid is networked. In response to this situation， we need to conduct more in-depth research and analysis on the configuration method of multi-energy complementary power supply capacity of micro-grid， thus promoting the rapid development of micro-grid.

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；電源容量；配置方法；運(yùn)行模式

Key words： microgrid；power supply capacity；configuration method；operation mode

中圖分類號(hào)：TM61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）30-0197-02

1 微電網(wǎng)多能互補(bǔ)電源容量的配置方法設(shè)計(jì)

微電網(wǎng)與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，如果出現(xiàn)柴油機(jī)發(fā)電停止運(yùn)行的情況，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電需要全部開始運(yùn)行。如果當(dāng)微電網(wǎng)以離網(wǎng)模式運(yùn)行時(shí)，微電網(wǎng)中的柴油機(jī)發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電以及光伏發(fā)電會(huì)進(jìn)行優(yōu)化配置，從而保證微電網(wǎng)能夠持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。在一定程度上微電網(wǎng)多能互補(bǔ)電源容量的配置要滿足負(fù)荷需求，這是與離網(wǎng)運(yùn)行這種模式相關(guān)的。因?yàn)樵谕顿Y成本與負(fù)荷需求方面存在一定的差異，所以微電網(wǎng)多能互補(bǔ)電源容量的配置方法一種是按計(jì)劃離網(wǎng)配置，另一種方法是不按計(jì)劃離網(wǎng)配置。按計(jì)劃離網(wǎng)配置是確保綜合負(fù)荷供電的配置，主要關(guān)注在滿足綜合負(fù)荷需求的基礎(chǔ)上什么時(shí)間計(jì)劃離網(wǎng)能夠降低投資的成本。不按計(jì)劃離網(wǎng)配置是確保重要負(fù)荷供電的配置，主要關(guān)注的是無(wú)論何時(shí)離網(wǎng)都要確保重要負(fù)荷能夠可持續(xù)供電。但是，如果想要同時(shí)滿足按計(jì)劃離網(wǎng)時(shí)的綜合負(fù)荷需求以及不按計(jì)劃離網(wǎng)時(shí)的重要負(fù)荷需求的兩種需求，就需要將以上所提的兩種配置方法相結(jié)合，也就是本文所提的綜合計(jì)劃離網(wǎng)配置方法。

2 配置方法中電源容量的定容

傳統(tǒng)的微電網(wǎng)具有電源結(jié)構(gòu)單一的特點(diǎn)，一般情況下其內(nèi)部電源是由單一的柴油發(fā)電機(jī)組成的?，F(xiàn)如今由于化石燃料不斷減少，按計(jì)劃離網(wǎng)配置與不按計(jì)劃離網(wǎng)配置兩種方法并不符合社會(huì)發(fā)展的需要，因此微電網(wǎng)在電源容量的配置方法上需要?jiǎng)?chuàng)新，需要采取綜合計(jì)劃離網(wǎng)配置的方法，從而在微電網(wǎng)中進(jìn)行可再生能源的發(fā)電。在研究微電網(wǎng)多能互補(bǔ)電源容量的配置方法時(shí)首先需要考慮微電網(wǎng)多能互補(bǔ)電源的定容方法。由于電網(wǎng)的頻率與電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性存在一定的聯(lián)系，而電網(wǎng)的頻率又與有功平衡密不可分，所以為了保證微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)互補(bǔ)電源進(jìn)行定容。綜合計(jì)劃離網(wǎng)配置方法共有三種互補(bǔ)電源的定容方法，分別是安全容量的定容方法、保證最小容量的定容方法以及置信容量的定容方法。

安全容量在滿足微電網(wǎng)中所有負(fù)荷安全運(yùn)行需要的同時(shí)，又能及時(shí)補(bǔ)充所需電源的容量。為保證功率平衡，互補(bǔ)電源的容量在任何情況下都需要滿足負(fù)荷需求。但是一定的情況下會(huì)出現(xiàn)一定程度的頻率波動(dòng)而導(dǎo)致頻率超過(guò)上限[1]，所以應(yīng)該在一定程度上減少發(fā)電容量避免出現(xiàn)頻率超過(guò)上限的情況，從而保證電網(wǎng)能夠安全運(yùn)行。經(jīng)過(guò)測(cè)驗(yàn)分析可以總結(jié)出安全容量的公式為P互補(bǔ)=Pmax+ΔP，其中Pmax為微電網(wǎng)中最大負(fù)荷和，而ΔP則為校正容量。雖然安全容量能夠確保頻率不超過(guò)上限，但是經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)互補(bǔ)電源的容量與風(fēng)機(jī)的容量相差不多的情況[2]。這樣的情況會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)過(guò)度投資電源的情況，從而減少經(jīng)濟(jì)效益。為減少以上情況發(fā)生，需要確保微電網(wǎng)在一級(jí)負(fù)荷的狀態(tài)下也能夠正常運(yùn)行。這種情況下的電源容量叫做保證最小容量，保證最小容量的公式為P'互補(bǔ)=ηPmax+ΔP'，其中η是第一級(jí)負(fù)荷比例，而ΔP'則為校正容量。由于微電網(wǎng)在一定情況下需要承擔(dān)一部分負(fù)荷，所以有時(shí)安全容量的定容方法會(huì)存在過(guò)于保守的缺點(diǎn)，需要提出置信容量的定容方法。置信容量的公式為P″互補(bǔ)=P互補(bǔ)-Pd%+ΔP″，其中Pd%為根據(jù)前一年統(tǒng)計(jì)微電網(wǎng)在d%時(shí)間內(nèi)的可能出力，d為零至一百之中的任意一個(gè)數(shù)值，而P″則為校正容量。

綜合計(jì)劃離網(wǎng)配置方法中電源的容量在保證最小容量的基礎(chǔ)上需要確保重要負(fù)荷的正常供電。除此之外，為避免出現(xiàn)設(shè)備閑置的情況發(fā)生，綜合計(jì)劃離網(wǎng)配置方法中電源的容量也不能大于安全容量。在不同的情況下應(yīng)該采用不同的定容方法，例如當(dāng)微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷主要是一、二級(jí)負(fù)荷時(shí)，應(yīng)該采用保證最小容量或者選用置信容量之中的較大者的方法。如果當(dāng)微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷主要是二、三級(jí)負(fù)荷時(shí)，應(yīng)該采用保證最小容量的方法。當(dāng)微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷主要是一級(jí)負(fù)荷時(shí)，應(yīng)該采用安全容量的方法。

3 配置方法中電源的選取

微電網(wǎng)多能互補(bǔ)電源包括小水電、儲(chǔ)能以及燃?xì)廨啓C(jī)。因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)和儲(chǔ)能不僅占地小、調(diào)節(jié)速度快而且發(fā)電效率也比較高，所以與小水電相比，燃?xì)廨啓C(jī)和儲(chǔ)能更加適合成為風(fēng)電場(chǎng)互補(bǔ)電源。但是相比較其他的電源，儲(chǔ)能這種電源需要更多的資金。同時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)也經(jīng)常會(huì)受到燃?xì)夤?yīng)量的影響[3]。每一種電源都存在一定的缺點(diǎn)與不足，所以我們?cè)谶x擇多能互補(bǔ)電源容量的配置方法時(shí)需要將按計(jì)劃離網(wǎng)配置與不按計(jì)劃離網(wǎng)配置兩種方法相結(jié)合。通常情況下電源的發(fā)電設(shè)施有內(nèi)燃機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、小水電發(fā)電機(jī)、海洋能發(fā)電機(jī)、柴油機(jī)、光伏電池以及燃料電池等。在選取綜合計(jì)劃離網(wǎng)配置方法中的電源時(shí)首先需要對(duì)特定地區(qū)進(jìn)行能源評(píng)估。為保證有效利用資源，所以對(duì)一些常規(guī)能源的分布情況進(jìn)行歸納，歸納結(jié)果如表1與表2所示。

在選取綜合計(jì)劃離網(wǎng)配置方法中的電源時(shí)不僅需要對(duì)特定地區(qū)進(jìn)行能源評(píng)估，而且需要從多角度去分析與采取。其中包括能源互補(bǔ)因素、經(jīng)濟(jì)因素、微電網(wǎng)的支持力度、運(yùn)行維護(hù)難度、對(duì)環(huán)境的影響以及不同地區(qū)對(duì)能源的需求等。微電網(wǎng)的多能互補(bǔ)電源是指能源的互補(bǔ)，在對(duì)特定地區(qū)進(jìn)行能源評(píng)估之后通過(guò)采集到的數(shù)據(jù)以及互補(bǔ)電源的電源功率進(jìn)行計(jì)算，從而獲得不同電源的時(shí)間與空間的互補(bǔ)性。經(jīng)濟(jì)因素是指在對(duì)微電網(wǎng)多能互補(bǔ)電源進(jìn)行選取時(shí)需要考慮不同電源的成本，電源備用容量的投資費(fèi)用以及系統(tǒng)運(yùn)行所需要的成本花銷。在一定程度上，微電網(wǎng)的支持力度會(huì)直接影響到微電網(wǎng)建設(shè)的結(jié)果[4]，同時(shí)也影響微電網(wǎng)多能互補(bǔ)電源的選取。微電網(wǎng)的支持力度包括電能的質(zhì)量是否符合要求、當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)微電網(wǎng)是否能自動(dòng)停止運(yùn)行、互補(bǔ)電源安裝手續(xù)的繁簡(jiǎn)程度以及微電網(wǎng)所應(yīng)用的技術(shù)是否科學(xué)合理等。運(yùn)行維護(hù)難度是指微電網(wǎng)系統(tǒng)在工作運(yùn)行時(shí)工作人員的操作水平以及在出現(xiàn)故障時(shí)工作人員的維護(hù)工作。對(duì)環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在互補(bǔ)電源的碳排放量以及各種廢棄物排放是否會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響，在微電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)工作的電源產(chǎn)生噪音是否影響人們的正常休息。最后選取微電網(wǎng)多能互補(bǔ)電源時(shí)需要考慮不同地區(qū)對(duì)能源的需求，常見(jiàn)的能源需求有單獨(dú)熱供應(yīng)、單獨(dú)電力供應(yīng)、熱電聯(lián)供應(yīng)以及冷電聯(lián)供應(yīng)等[5]。在選取綜合計(jì)劃離網(wǎng)配置方法中的電源時(shí)考慮該地區(qū)的能源需求，從而提高微電網(wǎng)系統(tǒng)的工作效率，減少對(duì)環(huán)境的污染。

4 實(shí)驗(yàn)論證分析

為保證本文提出的微電網(wǎng)多能互補(bǔ)電源容量的配置方法科學(xué)有效，所以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證。本實(shí)驗(yàn)是以某地區(qū)的微電網(wǎng)為例，將按計(jì)劃離網(wǎng)配置的方法、不按計(jì)劃離網(wǎng)配置的方法以及本文提出的綜合計(jì)劃離網(wǎng)配置方法中這三種方法采集到數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。為保證實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，采用多類別對(duì)比的方法，即每一類別都分別記錄一次采集到的數(shù)據(jù)，記錄多個(gè)類別的數(shù)據(jù)。將所記錄的數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)論證對(duì)比，對(duì)比普通的電源容量配置方法與本文提出的微電網(wǎng)多能互補(bǔ)電源容量的配置方法。其實(shí)驗(yàn)論證結(jié)果如表3所示。

根據(jù)表3分析可以得出，本文提出的微電網(wǎng)多能互補(bǔ)電源容量的配置方法比其他兩種的電源容量配置方法更加科學(xué)合理。不僅能夠提高微電網(wǎng)的工作效率，而且能夠降低成本，減少對(duì)環(huán)境的污染，所以更加適合使用。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)保性達(dá)到最佳效果為目標(biāo)，以系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行為約束條件，提出了一個(gè)科學(xué)合理的多能互補(bǔ)電源容量的配置方法。并且將其他兩種的電源容量配置方法與本文提出的多能互補(bǔ)電源容量的配置方法進(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)論證表明，本文提出的多能互補(bǔ)電源容量的配置方法更加科學(xué)合理，適合應(yīng)用于微電網(wǎng)之中。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭寶甫，王衛(wèi)星，楊東海，等.基于多能互補(bǔ)的微電網(wǎng)群運(yùn)行模式切換控制策略研究[J].供用電，2017，15（11）：82-88.

[2]李楠，顧潔，劉波，等.基于改進(jìn)粒子群算法的多能互補(bǔ)微電網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化配置與運(yùn)行策略研究[J].電器與能效管理技術(shù)，2017，19（18）：23-31.

[3]田盈，黃利軍，郭寶甫，等.多能互補(bǔ)微電網(wǎng)群能量管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案研究及工程應(yīng)用[J].供用電，2018，12（2）：63-68.

[4]張繼紅，王洪明，魏毅立，等.含復(fù)合儲(chǔ)能和燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)的直流微電網(wǎng)母線電壓波動(dòng)分層控制策略[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2018，33（6）：1238-1246.

[5]程苒，常湧，黃華，等.基于多目標(biāo)的獨(dú)立微電網(wǎng)電源容量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)[J].水電能源科學(xué)，2017，13（10）：198-202.