微電網多能互補電源容量的配置方法

王春瑩

摘要：微電網不僅能夠補充大電網，而且具有輸電距離短和供電靈活等優點，所以在軍事哨所或者孤立海島等一些偏遠地區都能需要應用微電網。但是微電網之中包含了很多種分布式的電源，所以在微電網組網時會存在一些多能互補電源容量的配置問題。針對這一現狀，我們需要對微電網多能互補電源容量的配置方法進行更加深入地研究與分析，從而促進微電網快速發展。

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.

關鍵詞：微電網；電源容量；配置方法；運行模式

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

中圖分類號：TM61 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）30-0197-02

1 微電網多能互補電源容量的配置方法設計

微電網與大電網并網運行時，如果出現柴油機發電停止運行的情況，風力發電和光伏發電需要全部開始運行。如果當微電網以離網模式運行時，微電網中的柴油機發電、風力發電以及光伏發電會進行優化配置，從而保證微電網能夠持續穩定運行。在一定程度上微電網多能互補電源容量的配置要滿足負荷需求，這是與離網運行這種模式相關的。因為在投資成本與負荷需求方面存在一定的差異，所以微電網多能互補電源容量的配置方法一種是按計劃離網配置，另一種方法是不按計劃離網配置。按計劃離網配置是確保綜合負荷供電的配置，主要關注在滿足綜合負荷需求的基礎上什么時間計劃離網能夠降低投資的成本。不按計劃離網配置是確保重要負荷供電的配置，主要關注的是無論何時離網都要確保重要負荷能夠可持續供電。但是，如果想要同時滿足按計劃離網時的綜合負荷需求以及不按計劃離網時的重要負荷需求的兩種需求，就需要將以上所提的兩種配置方法相結合，也就是本文所提的綜合計劃離網配置方法。

2 配置方法中電源容量的定容

傳統的微電網具有電源結構單一的特點，一般情況下其內部電源是由單一的柴油發電機組成的。現如今由于化石燃料不斷減少，按計劃離網配置與不按計劃離網配置兩種方法并不符合社會發展的需要，因此微電網在電源容量的配置方法上需要創新，需要采取綜合計劃離網配置的方法，從而在微電網中進行可再生能源的發電。在研究微電網多能互補電源容量的配置方法時首先需要考慮微電網多能互補電源的定容方法。由于電網的頻率與電網運行的穩定性存在一定的聯系，而電網的頻率又與有功平衡密不可分，所以為了保證微電網穩定運行，需要對互補電源進行定容。綜合計劃離網配置方法共有三種互補電源的定容方法，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中所有負荷安全運行需要的同時，又能及時補充所需電源的容量。為保證功率平衡，互補電源的容量在任何情況下都需要滿足負荷需求。但是一定的情況下會出現一定程度的頻率波動而導致頻率超過上限[1]，所以應該在一定程度上減少發電容量避免出現頻率超過上限的情況，從而保證電網能夠安全運行。經過測驗分析可以總結出安全容量的公式為P互補=Pmax+ΔP，其中Pmax為微電網中最大負荷和，而ΔP則為校正容量。雖然安全容量能夠確保頻率不超過上限，但是經常會出現互補電源的容量與風機的容量相差不多的情況[2]。這樣的情況會導致出現過度投資電源的情況，從而減少經濟效益。為減少以上情況發生，需要確保微電網在一級負荷的狀態下也能夠正常運行。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=ηPmax+ΔP'，其中η是第一級負荷比例，而ΔP'則為校正容量。由于微電網在一定情況下需要承擔一部分負荷，所以有時安全容量的定容方法會存在過于保守的缺點，需要提出置信容量的定容方法。置信容量的公式為P″互補=P互補-Pd%+ΔP″，其中Pd%為根據前一年統計微電網在d%時間內的可能出力，d為零至一百之中的任意一個數值，而P″則為校正容量。

綜合計劃離網配置方法中電源的容量在保證最小容量的基礎上需要確保重要負荷的正常供電。除此之外，為避免出現設備閑置的情況發生，綜合計劃離網配置方法中電源的容量也不能大于安全容量。在不同的情況下應該采用不同的定容方法，例如當微電網內負荷主要是一、二級負荷時，應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。如果當微電網內負荷主要是二、三級負荷時，應該采用保證最小容量的方法。當微電網內負荷主要是一級負荷時，應該采用安全容量的方法。

3 配置方法中電源的選取

微電網多能互補電源包括小水電、儲能以及燃氣輪機。因為燃氣輪機和儲能不僅占地小、調節速度快而且發電效率也比較高，所以與小水電相比，燃氣輪機和儲能更加適合成為風電場互補電源。但是相比較其他的電源，儲能這種電源需要更多的資金。同時燃氣輪機也經常會受到燃氣供應量的影響[3]。每一種電源都存在一定的缺點與不足，所以我們在選擇多能互補電源容量的配置方法時需要將按計劃離網配置與不按計劃離網配置兩種方法相結合。通常情況下電源的發電設施有內燃機、風力發電機、小水電發電機、海洋能發電機、柴油機、光伏電池以及燃料電池等。在選取綜合計劃離網配置方法中的電源時首先需要對特定地區進行能源評估。為保證有效利用資源，所以對一些常規能源的分布情況進行歸納，歸納結果如表1與表2所示。

在選取綜合計劃離網配置方法中的電源時不僅需要對特定地區進行能源評估，而且需要從多角度去分析與采取。其中包括能源互補因素、經濟因素、微電網的支持力度、運行維護難度、對環境的影響以及不同地區對能源的需求等。微電網的多能互補電源是指能源的互補，在對特定地區進行能源評估之后通過采集到的數據以及互補電源的電源功率進行計算，從而獲得不同電源的時間與空間的互補性。經濟因素是指在對微電網多能互補電源進行選取時需要考慮不同電源的成本，電源備用容量的投資費用以及系統運行所需要的成本花銷。在一定程度上，微電網的支持力度會直接影響到微電網建設的結果[4]，同時也影響微電網多能互補電源的選取。微電網的支持力度包括電能的質量是否符合要求、當故障出現時微電網是否能自動停止運行、互補電源安裝手續的繁簡程度以及微電網所應用的技術是否科學合理等。運行維護難度是指微電網系統在工作運行時工作人員的操作水平以及在出現故障時工作人員的維護工作。對環境的影響主要體現在互補電源的碳排放量以及各種廢棄物排放是否會對環境造成影響，在微電網運行時工作的電源產生噪音是否影響人們的正常休息。最后選取微電網多能互補電源時需要考慮不同地區對能源的需求，常見的能源需求有單獨熱供應、單獨電力供應、熱電聯供應以及冷電聯供應等[5]。在選取綜合計劃離網配置方法中的電源時考慮該地區的能源需求，從而提高微電網系統的工作效率，減少對環境的污染。

4 實驗論證分析

為保證本文提出的微電網多能互補電源容量的配置方法科學有效，所以進行實驗論證。本實驗是以某地區的微電網為例，將按計劃離網配置的方法、不按計劃離網配置的方法以及本文提出的綜合計劃離網配置方法中這三種方法采集到數據進行對比。為保證實驗的嚴謹性，采用多類別對比的方法，即每一類別都分別記錄一次采集到的數據，記錄多個類別的數據。將所記錄的數據作為實驗論證對比，對比普通的電源容量配置方法與本文提出的微電網多能互補電源容量的配置方法。其實驗論證結果如表3所示。

根據表3分析可以得出，本文提出的微電網多能互補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合理。不僅能夠提高微電網的工作效率，而且能夠降低成本，減少對環境的污染，所以更加適合使用。

5 結束語

本文以微電網的經濟性以及環保性達到最佳效果為目標，以系統穩定運行為約束條件，提出了一個科學合理的多能互補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電源容量的配置方法進行對比。實驗論證表明，本文提出的多能互補電源容量的配置方法更加科學合理，適合應用于微電網之中。

參考文獻：

[1]郭寶甫，王衛星，楊東海，等.基于多能互補的微電網群運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.基于改進粒子群算法的多能互補微電網系統優化配置與運行策略研究[J].電器與能效管理技術，2017，19（18）：23-31.

[3]田盈，黃利軍，郭寶甫，等.多能互補微電網群能量管理系統設計方案研究及工程應用[J].供用電，2018，12（2）：63-68.

[4]張繼紅，王洪明，魏毅立，等.含復合儲能和燃氣輪發電機的直流微電網母線電壓波動分層控制策略[J].電工技術學報，2018，33（6）：1238-1246.

[5]程苒，常湧，黃華，等.基于多目標的獨立微電網電源容量優化設計[J].水電能源科學，2017，13（10）：198-202.