海島微電網分布式電源的合理規劃分析

胡大朋

（廣東電網公司珠海供電局，廣東 珠海 519000）

面對海島微電網日益復雜化的電網功能結構[1]，為有效提升改善能源利用率、能源結構，同時也為了能夠獲得最優化的用戶體驗、最大化的經濟環境效益和最優化的海島運行效果，采用可控分布式電源至關重要。所以本次研究展開對海島微電網分布式電源的合理規劃研究也就具有重大的經濟戰略意義。

1 海島電網與大陸聯網的情況

目前東澳島、大萬山島、桂山島已與大陸聯網，外伶仃島、擔桿島為離島型微電網。

東澳島、萬山島、桂山島依托三角島升壓站作為上級電源，現狀已建成三角島—東澳—萬山單回輻射線路、三角島—桂山島單回輻射線路，近期規劃成單回鏈式環網結構，提高海島供電可靠性；遠期結合海島負荷發展，規劃形成不完全雙回鏈式結構。

外伶仃島、擔桿島微電網現狀：外伶仃島總裝機2 080 kW（3×480+2×320 kW）。擔桿島目前主要通過柴油發電機、光伏發電，柴油發電機總裝機620 kW（2×250 kW+1×120 kW）。部隊投資建設的柴油發電機總裝機190 kW（3×50 kW+1×40 kW），光伏總裝機50 kWp[3]。

2 擔桿島、外伶仃島與大陸電網聯網問題

擔桿鎮所屬區域包括外伶仃島和擔桿島，兩個海島常住人口分別為650 人和350 人，島上供電電源主要為柴油發電機組，輔助少量的光伏發電。由于外伶仃島、擔桿島離珠海陸地的距離接近70 km 海纜的建設可行性不足，同時島上的微電網基本滿足目前海島的用電需求。未來可以結合負荷發展的需要對微電網進行升級改造，具體情況如下。

行政審批方面：根據目前海上施工報批流程來看，海纜施工報批除了涉及海洋環評及施工許可外，還涉及海軍審批的相關手續。

航道影響方面：外伶仃島附近海域海運航線繁忙，該海域存在國防設施及相關的軍事用途的船只，海纜的建設及運行維護難度非常大。外伶仃海域比較淺，海底電纜路徑將經過多達30 個錨地，電纜容易遭受來往貨運、客運輪船拋錨刮蹭，可靠性差。

建設管理方面：海纜路由區潮流為往復流，平均流速較大，經過區域海水較深，主槽位置地質復雜，底床最大切割深度大，屬于不穩定的海床，登陸點前沿潮灘地形陡峭，工程實施難度非常大。

運行管理方面：海纜故障后修復時間受天氣及作業面的影響時間上不可控，少則半個月，多則幾個月。一旦海纜出現故障，修復完成前只能依靠島上微電網進行供電。

專業技術方面：海底電纜建設長度超過30 km，且由于島上負荷較小將造成巨大的運行損耗，長距離送電電能質量不穩定。

3 海島微電網分布式電源設計架構及數學模型

本次項目研究全力推進海島新能源微電網規劃建設，積極構建多能互補、清潔高效的島礁能源保障體系。建議外伶仃島、擔桿島逐步完善島內新能源微電網建設，以滿足其負荷發展需求，并探索“源-網-荷-儲”協調優化運營模式，實現海島節能減排、保護海島生態環境以及助力海島經濟發展等多贏目標。

以母線的不同類型為依據，劃分為直流、交流、交直流混合式微電網，并且也可以將不同接線方式劃分為輻射式、多環、網狀等方法。從能量管理模式方面又可以劃分為分散、集中、分層式。根據不同的微電網運行方式又能夠劃分為離網、并網兩種運行方式。結合以上項目分析本次研究還考慮了淡水負荷因素，儲能系統、柴油發電機二者之間協調運作，能夠有效保持MG 穩定性，保證系統能夠運行安全穩定，并接入可再生能源，可以有效減少柴油發電機應用，與此同時減少有害物質的排放。

風力發電機組件：由于發電功率與風向、風機尺寸、位置、發電性能等多因素密切相關，所以為了反映風力發電準確性，建立反映風力發電準確性引入Weibull 函數公式為分布函數的寬度用k形狀參數表示，風機的均勻風速反應參數用c表示。

波浪能發電組件：在海島中的波浪能資源較其他資源尤為豐富，因此也就形成了更加多樣化的發電類別。海洋波浪能的單位周期如圖1 所示。作為海洋波浪能的單位周期，發電功率計算公式為該數學模型經處理并在實際工程項目中應用獲得公式Pwave=CH2TW，其中，一般經驗系數C取值為0.3～0.5，本次項目C取值為 0.42。

圖1 海洋波浪能的單位周期

儲能單元發電組件：對于微電網來講，儲能系統作為必不可少的關鍵設備，所以需要將儲能裝置加入微電網規劃方案中，從而有效改善電網系統的運行安全可靠性。結合該項目通過運用儲能元件，能夠對微電網運行過程中存在的功率變動問題采用儲能元件加以解決。在t與t-1 不同時段下蓄電池的充放電容量值公式分別為：

柴油發電機組作為離網式海島微電網后備電源，能夠吸納可再生能源協調儲能系統，但是無法滿足電能供應平衡，柴油發電機組能夠供應電力，從而對海島居民的用水用電形成有力保障，柴油發電機燃料功率公式為F（t）=aPRP（t）+bPG（t）。

4 分布式電源容量優化配置

結合該項目本次提出的MG 運行方案，為了能夠實現最大的居民滿意度、經濟環境效益與最優化的海島運行效果，基于左側混合再生能源優先發電，右側儲能補充功率式管理。一方面能夠將充電能源儲能系統管理發電側；另一方面又能夠在儲能系統功率缺失情況下作為負荷存在方式，來實現有效的充電調節，能夠對可再生能源的發電電量有效利用并很好地保護環境。

可控組件能量交換具體如下。

制水機組功率調節：通過根據用水需求來制定制水功率下限，根據剩余水量及容量決定淡水池。相應根據用水需求決定制水功率，根據剩余水容量決定淡水池。制水機組功率上限設定Swater（t-1）-Swater-min≥Qwater。

儲能系統充放電：首先通過制水機組對功率在可控范圍內加以調節，如果未能滿足系統的功率平衡，則應當展開下一步調節，補償蓄電池充放電差額功率，與蓄電池的充放電功率及相應的能量限制為依據，即可完成不同單位時間內的蓄電池充放電功率計算。

柴油發電機功率調節：如果儲能單元及負荷功率存在差額，需要進一步調節，運用柴油發電機對差額功率進行補償。柴油發電機在實際運行中不能單純持續低功率工作，需要設定輸出功率限定值

5 結語

在本次研究中，圍繞海島微電網分布式電源優化調度相關問題展開研究，構建海島微電網分布式電源配置模型，設計微電網分布式電源，建立可調節符合的微電網容量規劃模型，包括儲能系統、柴油發電機實現的合理規劃分布式電源，能夠跟蹤可再生能源發電，并提升居民用水可靠性。