導(dǎo)語：小區(qū)多微電網(wǎng)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：為了提高發(fā)電接入和用戶用電高效可靠性，提出了一種基于源荷和光儲(chǔ)特征的小區(qū)多微電網(wǎng)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)。根據(jù)具體特征確定小區(qū)型多微網(wǎng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)并設(shè)置通用的多微網(wǎng)設(shè)計(jì)流程，并開展工程實(shí)例分析。研究結(jié)果得到：南區(qū)戶子微網(wǎng)2的日光伏出力與負(fù)荷關(guān)系曲線，通過理論計(jì)算可知應(yīng)配置50kWh的儲(chǔ)能。日光伏出力隨時(shí)間的變化和日負(fù)荷表現(xiàn)出相反的變化規(guī)律，日光伏出力在中午達(dá)到最大值。南區(qū)戶子微網(wǎng)2的光儲(chǔ)配置明顯高于南區(qū)家庭型子微網(wǎng)1和北區(qū)照明子微網(wǎng)3，經(jīng)實(shí)際調(diào)查南區(qū)戶是居民集中區(qū)，人口較為密集，這驗(yàn)證了算法結(jié)果的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：多微網(wǎng)；光儲(chǔ)特征；用戶用電；工程設(shè)計(jì)

為了應(yīng)對當(dāng)前化石能源儲(chǔ)量不斷減少以及由此引起的環(huán)境污染問題，世界各國都更加重視開發(fā)新的能源技術(shù)，尤其是一些高效的清潔能源引起了人們的日益關(guān)注［1－4］。由于許多分布式能源接入電網(wǎng)系統(tǒng)后會(huì)造成較大的波動(dòng)性影響，此時(shí)便需要利用微電網(wǎng)對其整體供電系統(tǒng)實(shí)施全面整合，通過運(yùn)用更加高效的運(yùn)行管控方法，只有最大程度提升分布式清潔能源的利用率，才能使其發(fā)揮更大的作用［5－7］。由于微網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，隨著該技術(shù)的不斷成熟，形成了越來越復(fù)雜的微網(wǎng)結(jié)構(gòu)，因此產(chǎn)生了大量的信息數(shù)據(jù)并且需要投入更多的監(jiān)測設(shè)備，從而在一定程度上提高了對大型微電網(wǎng)實(shí)施數(shù)據(jù)與性能分析的難度［8－9］。為了盡量減小系統(tǒng)的運(yùn)行復(fù)雜度，從而滿足分布式發(fā)電的要求以及確保微電網(wǎng)的穩(wěn)定供電，可以把微網(wǎng)分成許多子微網(wǎng)，再利用并聯(lián)結(jié)構(gòu)連接上述各個(gè)子微網(wǎng)已經(jīng)成為微電網(wǎng)技術(shù)一個(gè)重要發(fā)展趨勢［10－11］?，F(xiàn)階段除了有許多學(xué)者對多微網(wǎng)開展理論研究以外，國內(nèi)也有一些企業(yè)建設(shè)了多微網(wǎng)的示范項(xiàng)目并取得了良好的效果。例如，文獻(xiàn)［12］重點(diǎn)研究當(dāng)前的各類多微網(wǎng)工程建設(shè)情況，并總結(jié)得到了該網(wǎng)絡(luò)的幾種典型運(yùn)行特征，將其分成偏遠(yuǎn)地區(qū)、辦公區(qū)、小區(qū)、工業(yè)園共四類應(yīng)用模式。文獻(xiàn)［13］選擇鹿西島建設(shè)工程作為研究案例，設(shè)計(jì)出了單海島群聯(lián)形式的多微網(wǎng)系統(tǒng)，并通過實(shí)驗(yàn)測試發(fā)現(xiàn)引入多微網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以使海島以更加穩(wěn)定的狀態(tài)持續(xù)供電。文獻(xiàn)［14］對工業(yè)園條件下的多微網(wǎng)特征進(jìn)行了探討，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了幾種不同的多微網(wǎng)設(shè)計(jì)方式，同時(shí)選擇了二個(gè)工程案例進(jìn)行了分析，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)園區(qū)供電穩(wěn)定性及整體效率的顯著提升。當(dāng)前，用戶側(cè)不斷接入越來越多的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，因此更易形成小區(qū)型多微網(wǎng)的結(jié)構(gòu)［15－16］。研究小區(qū)型多微網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，需要先對多微網(wǎng)的運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行探討，再根據(jù)具體特征確定小區(qū)型多微網(wǎng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)并設(shè)置通用的多微網(wǎng)設(shè)計(jì)流程，同時(shí)還應(yīng)對儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)與電氣類型都進(jìn)行綜合考慮。再根據(jù)使用要求設(shè)計(jì)得到小區(qū)多微網(wǎng)的初期結(jié)構(gòu)，并對流程準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證分析。

1源荷特征

1．1光伏及儲(chǔ)能系統(tǒng)。為小區(qū)型空間構(gòu)建多微網(wǎng)光伏系統(tǒng)時(shí)通常選擇住宅房頂作為安裝位置，由于實(shí)際安裝得到的光伏系統(tǒng)具有不同的傾角，并且安裝位置也存在明顯差異，這使得各類房頂光伏系統(tǒng)將會(huì)在不同時(shí)間達(dá)到峰值狀態(tài)，對每個(gè)微網(wǎng)功率進(jìn)行控制時(shí)需要結(jié)合光伏出力特點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)［14－16］。為了使光伏系統(tǒng)能夠以更小的波動(dòng)性進(jìn)行功率輸出，并降低其對微網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生的沖擊作用，通常選擇綜合運(yùn)用光伏與儲(chǔ)能系統(tǒng)的方式，利用儲(chǔ)能系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對整體系統(tǒng)功率的有效調(diào)節(jié)。當(dāng)多微網(wǎng)以并網(wǎng)結(jié)構(gòu)連接時(shí)，可以確保所有子微網(wǎng)組成功率最大的光伏系統(tǒng)，整體電力供應(yīng)更加充足，在完成對儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電以外的剩余電力可以繼續(xù)對電網(wǎng)進(jìn)行售電。在光伏系統(tǒng)不能達(dá)到系統(tǒng)負(fù)荷的運(yùn)行電力要求時(shí)，可以將大電網(wǎng)作為主電源對負(fù)荷實(shí)施供電。多微網(wǎng)發(fā)生離網(wǎng)后，所有子微網(wǎng)出力需在確保負(fù)荷運(yùn)行條件外還要對儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行充電。1．2負(fù)荷特性。本文選擇南方某一家庭小區(qū)作為研究案例，由于該小區(qū)中的住戶大部分都是屬于早出晚歸的生活方式，這使得小區(qū)多微網(wǎng)在一天時(shí)間內(nèi)發(fā)生耗電量的大幅改變，如圖1所示。從多微網(wǎng)的每天電量消耗特征分析可以發(fā)現(xiàn)，其通常表現(xiàn)為白天低負(fù)荷，夜間高負(fù)荷。從不同季節(jié)的用電情況分析可知，用電量最高的是夏季，其次為春季與秋季，最低的是冬季。根據(jù)供電穩(wěn)定性的不同可以把小區(qū)型多微網(wǎng)用電負(fù)荷分成3種類型。重要負(fù)荷由基礎(chǔ)負(fù)荷設(shè)備構(gòu)成；可轉(zhuǎn)移負(fù)荷表示能夠被靈活調(diào)節(jié)的用電負(fù)荷，可以結(jié)合實(shí)際電價(jià)變化以及電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，顯著提高用電時(shí)段的靈活性。在多微網(wǎng)保持離網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，需確保要負(fù)荷獲得持圖1小區(qū)型多微網(wǎng)典型日負(fù)荷特性續(xù)供電，如果無法提供充足的供電能力，則需要對用電效益以及停電損失進(jìn)行綜合分析，以此更加精確評價(jià)中斷負(fù)荷造成的影響，也可以對轉(zhuǎn)移負(fù)荷的實(shí)際用電階段進(jìn)行靈活設(shè)置。1．3運(yùn)營特征。對于實(shí)際運(yùn)營過程而言，多微網(wǎng)運(yùn)營方發(fā)揮著重要作用，一方面維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行，另一方面要結(jié)合電網(wǎng)調(diào)度情況以最優(yōu)化方式控制電網(wǎng)運(yùn)行過程。通過建立規(guī)范化運(yùn)營模式，盡量提高成本分?jǐn)偱c收益分配的公平性，確保大電網(wǎng)和用戶間能夠形成平衡的利益關(guān)系，如圖2所示，使各主體間可以實(shí)現(xiàn)互利共贏并促進(jìn)這一新能源系統(tǒng)的健康發(fā)展。因?yàn)樵谂渲脙?chǔ)能系統(tǒng)和建立微電網(wǎng)需較高的前期投入成本，導(dǎo)致整體收益率偏低，不能有效吸引家庭用戶參與投資的過程。

2小區(qū)型多微網(wǎng)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)

在一個(gè)多微網(wǎng)系統(tǒng)中通常表現(xiàn)為一個(gè)區(qū)域內(nèi)同時(shí)含有多個(gè)鄰近微網(wǎng)。根據(jù)單獨(dú)的微電網(wǎng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)存在明顯差異，進(jìn)行多微網(wǎng)設(shè)計(jì)與建設(shè)時(shí)必須使其可以達(dá)到整體協(xié)調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)，顯著提高了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，具體設(shè)計(jì)流程如圖3所示。當(dāng)前用戶側(cè)不斷接入更多的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，這對小區(qū)型多微網(wǎng)的發(fā)展起到了明顯推動(dòng)的作用。相對于工業(yè)園區(qū)，大部分家庭小區(qū)使用的負(fù)荷更小，整體表現(xiàn)為較為平穩(wěn)的特征，可以更好地承受電價(jià)變化。家庭小區(qū)中除了包含一些基本的用電設(shè)備之外，通常都是由家用電器組成，不需要達(dá)到很高的供電可靠性?？紤]到小區(qū)型用戶一天中會(huì)出現(xiàn)耗電量大幅波動(dòng)的情況，形成顯著改變的峰谷特征，由此導(dǎo)致電網(wǎng)峰值難以被高效控制，從而降低了電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。本文重點(diǎn)分析了對此類多微網(wǎng)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程。

3工程實(shí)例

以某小區(qū)作為研究對象，該小區(qū)主要由美式別墅構(gòu)成，可將其歸為家庭小區(qū)用電類型，現(xiàn)考慮在這一小區(qū)中建設(shè)多微網(wǎng)示范項(xiàng)目。在這一多微網(wǎng)項(xiàng)目中包含了3個(gè)子微網(wǎng)與1個(gè)分布式發(fā)電系統(tǒng)，每個(gè)子微網(wǎng)都能夠以并／離網(wǎng)方式進(jìn)行運(yùn)行，而分布式光伏系統(tǒng)采用并網(wǎng)運(yùn)行方式，該系統(tǒng)的具體架構(gòu)如圖4所示。之后根據(jù)此小區(qū)的實(shí)際用電數(shù)據(jù)，在滿足安全性與經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，對其實(shí)施了初步設(shè)計(jì)。3．1源荷分析。本研究中的小區(qū)處于沿海地帶，具有明顯的海洋性氣候特征，可以達(dá)到1080h的年日照數(shù)，每月的日照統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如圖5所示。小區(qū)內(nèi)的用戶住宅面積總共為400m2，經(jīng)計(jì)算得到小區(qū)用戶的負(fù)荷平均值等于13．8kW，滿足源荷分布要求。3．2光儲(chǔ)系統(tǒng)配置。為小區(qū)多微網(wǎng)系統(tǒng)配備儲(chǔ)能系統(tǒng)與降低光伏系統(tǒng)波動(dòng)圖5某小區(qū)累年各月平均日照時(shí)間幅度，避免微網(wǎng)系統(tǒng)受到較大沖擊，有效提升整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。最后選擇磷酸鐵鋰電池進(jìn)行儲(chǔ)能。儲(chǔ)能電池選型和定容規(guī)劃區(qū)域包括南區(qū)家庭型子微網(wǎng)1、南區(qū)戶子微網(wǎng)2、北區(qū)照明子微網(wǎng)3。從供電的持續(xù)性角度考慮，應(yīng)確保各子微網(wǎng)遇到故障問題的情況下依然可以保持10kW負(fù)荷工作2h。圖6顯示了南區(qū)戶子微網(wǎng)2的日光伏出力與負(fù)荷關(guān)系曲線，通過理論計(jì)算可知應(yīng)配置50kWh的儲(chǔ)能。日光伏出力隨時(shí)間的變化和日負(fù)荷表現(xiàn)出相反的變化規(guī)律，這負(fù)荷自然表達(dá)規(guī)律。日光伏出力在中午達(dá)到最大值，與中午陽光強(qiáng)度最大相關(guān)。綜合考慮到儲(chǔ)能與市場需求，需為北區(qū)子微網(wǎng)提供50kWh的儲(chǔ)能系統(tǒng)以及10kW的儲(chǔ)能變流器，具體見表1。由表1可以看出，南區(qū)戶子微網(wǎng)2的光儲(chǔ)配置明顯高于南區(qū)家庭型子微網(wǎng)1和北區(qū)照明子微網(wǎng)3，經(jīng)實(shí)際調(diào)查南區(qū)戶是居民集中區(qū)，人口較為密集，這驗(yàn)證了本文算法結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4結(jié)論

1）在這一多微網(wǎng)項(xiàng)目中包含了4個(gè)子微網(wǎng)與1個(gè)分布式發(fā)電系統(tǒng)，每個(gè)子微網(wǎng)都能夠以并／離網(wǎng)方式進(jìn)行運(yùn)行，而分布式光伏系統(tǒng)采用并網(wǎng)運(yùn)行方式。經(jīng)計(jì)算得到小區(qū)用戶的負(fù)荷平均值滿足源荷分布要求。2）南區(qū)戶子微網(wǎng)2的日光伏出力與負(fù)荷關(guān)系曲線，通過理論計(jì)算可知應(yīng)配置50kWh的儲(chǔ)能。日光伏出力隨時(shí)間的變化和日負(fù)荷表現(xiàn)出相反的變化規(guī)律，日光伏出力在中午達(dá)到最大值。3）南區(qū)戶子微網(wǎng)2的光儲(chǔ)配置明顯高于南區(qū)家庭型子微網(wǎng)1和北區(qū)照明子微網(wǎng)3，經(jīng)實(shí)際調(diào)查南區(qū)戶是居民集中區(qū)，人口較為密集，這驗(yàn)證了本文算法結(jié)果的準(zhǔn)確性。

作者:高強(qiáng) 周洪青 高騫 林芬