微电网多能互补电源容量的配置方法

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摘要：微电网不仅能够补充大电网，而且具有输电距离短和供电灵活等优点，所以在军事哨所或者孤立海岛等一些偏远地区都能需要应用微电网。但是微电网之中包含了很多种分布式的电源，所以在微电网组网时会存在一些多能互补电源容量的配置问题。针对这一现状，我们需要对微电网多能互补电源容量的配置方法进行更加深入地研究与分析，从而促进微电网快速发展。

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.

关键词：微电网；电源容量；配置方法；运行模式

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

中图分类号：TM61 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）30-0197-02

1 微电网多能互补电源容量的配置方法设计

微电网与大电网并网运行时，如果出现柴油机发电停止运行的情况，风力发电和光伏发电需要全部开始运行。如果当微电网以离网模式运行时，微电网中的柴油机发电、风力发电以及光伏发电会进行优化配置，从而保证微电网能够持续稳定运行。在一定程度上微电网多能互补电源容量的配置要满足负荷需求，这是与离网运行这种模式相关的。因为在投资成本与负荷需求方面存在一定的差异，所以微电网多能互补电源容量的配置方法一种是按计划离网配置，另一种方法是不按计划离网配置。按计划离网配置是确保综合负荷供电的配置，主要关注在满足综合负荷需求的基础上什么时间计划离网能够降低投资的成本。不按计划离网配置是确保重要负荷供电的配置，主要关注的是无论何时离网都要确保重要负荷能够可持续供电。但是，如果想要同时满足按计划离网时的综合负荷需求以及不按计划离网时的重要负荷需求的两种需求，就需要将以上所提的两种配置方法相结合，也就是本文所提的综合计划离网配置方法。

2 配置方法中电源容量的定容

传统的微电网具有电源结构单一的特点，一般情况下其内部电源是由单一的柴油发电机组成的。现如今由于化石燃料不断减少，按计划离网配置与不按计划离网配置两种方法并不符合社会发展的需要，因此微电网在电源容量的配置方法上需要创新，需要采取综合计划离网配置的方法，从而在微电网中进行可再生能源的发电。在研究微电网多能互补电源容量的配置方法时首先需要考虑微电网多能互補电源的定容方法。由于电网的频率与电网运行的稳定性存在一定的联系，而电网的频率又与有功平衡密不可分，所以为了保证微电网稳定运行，需要对互补电源进行定容。综合计划离网配置方法共有三种互补电源的定容方法，分别是安全容量的定容方法、保证最小容量的定容方法以及置信容量的定容方法。

安全容量在满足微电网中所有负荷安全运行需要的同时，又能及时补充所需电源的容量。为保证功率平衡，互补电源的容量在任何情况下都需要满足负荷需求。但是一定的情况下会出现一定程度的频率波动而导致频率超过上限[1]，所以应该在一定程度上减少发电容量避免出现频率超过上限的情况，从而保证电网能够安全运行。经过测验分析可以总结出安全容量的公式为P互补=Pmax+ΔP，其中Pmax为微电网中最大负荷和，而ΔP则为校正容量。虽然安全容量能够确保频率不超过上限，但是经常会出现互补电源的容量与风机的容量相差不多的情况[2]。这样的情况会导致出现过度投资电源的情况，从而减少经济效益。为减少以上情况发生，需要确保微电网在一级负荷的状态下也能够正常运行。这种情况下的电源容量叫做保证最小容量，保证最小容量的公式为P"互补=ηPmax+ΔP"，其中η是第一级负荷比例，而ΔP"则为校正容量。由于微电网在一定情况下需要承担一部分负荷，所以有时安全容量的定容方法会存在过于保守的缺点，需要提出置信容量的定容方法。置信容量的公式为P″互补=P互补-Pd%+ΔP″，其中Pd%为根据前一年统计微电网在d%时间内的可能出力，d为零至一百之中的任意一个数值，而P″则为校正容量。

综合计划离网配置方法中电源的容量在保证最小容量的基础上需要确保重要负荷的正常供电。除此之外，为避免出现设备闲置的情况发生，综合计划离网配置方法中电源的容量也不能大于安全容量。在不同的情况下应该采用不同的定容方法，例如当微电网内负荷主要是一、二级负荷时，应该采用保证最小容量或者选用置信容量之中的较大者的方法。如果当微电网内负荷主要是二、三级负荷时，应该采用保证最小容量的方法。当微电网内负荷主要是一级负荷时，应该采用安全容量的方法。

3 配置方法中电源的选取

微電网多能互补电源包括小水电、储能以及燃气轮机。因为燃气轮机和储能不仅占地小、调节速度快而且发电效率也比较高，所以与小水电相比，燃气轮机和储能更加适合成为风电场互补电源。但是相比较其他的电源，储能这种电源需要更多的资金。同时燃气轮机也经常会受到燃气供应量的影响[3]。每一种电源都存在一定的缺点与不足，所以我们在选择多能互补电源容量的配置方法时需要将按计划离网配置与不按计划离网配置两种方法相结合。通常情况下电源的发电设施有内燃机、风力发电机、小水电发电机、海洋能发电机、柴油机、光伏电池以及燃料电池等。在选取综合计划离网配置方法中的电源时首先需要对特定地区进行能源评估。为保证有效利用资源，所以对一些常规能源的分布情况进行归纳，归纳结果如表1与表2所示。

在选取综合计划离网配置方法中的电源时不仅需要对特定地区进行能源评估，而且需要从多角度去分析与采取。其中包括能源互补因素、经济因素、微电网的支持力度、运行维护难度、对环境的影响以及不同地区对能源的需求等。微电网的多能互补电源是指能源的互补，在对特定地区进行能源评估之后通过采集到的数据以及互补电源的电源功率进行计算，从而获得不同电源的时间与空间的互补性。经济因素是指在对微电网多能互补电源进行选取时需要考虑不同电源的成本，电源备用容量的投资费用以及系统运行所需要的成本花销。在一定程度上，微电网的支持力度会直接影响到微电网建设的结果[4]，同时也影响微电网多能互补电源的选取。微电网的支持力度包括电能的质量是否符合要求、当故障出现时微电网是否能自动停止运行、互补电源安装手续的繁简程度以及微电网所应用的技术是否科学合理等。运行维护难度是指微电网系统在工作运行时工作人员的操作水平以及在出现故障时工作人员的维护工作。对环境的影响主要体现在互补电源的碳排放量以及各种废弃物排放是否会对环境造成影响，在微电网运行时工作的电源产生噪音是否影响人们的正常休息。最后选取微电网多能互补电源时需要考虑不同地区对能源的需求，常见的能源需求有单独热供应、单独电力供应、热电联供应以及冷电联供应等[5]。在选取综合计划离网配置方法中的电源时考虑该地区的能源需求，从而提高微电网系统的工作效率，减少对环境的污染。

4 实验论证分析

为保证本文提出的微电网多能互补电源容量的配置方法科学有效，所以进行实验论证。本实验是以某地区的微电网为例，将按计划离网配置的方法、不按计划离网配置的方法以及本文提出的综合计划离网配置方法中这三种方法采集到数据进行对比。为保证实验的严谨性，采用多类别对比的方法，即每一类别都分别记录一次采集到的数据，记录多个类别的数据。将所记录的数据作为实验论证对比，对比普通的电源容量配置方法与本文提出的微电网多能互补电源容量的配置方法。其实验论证结果如表3所示。

根据表3分析可以得出，本文提出的微电网多能互补电源容量的配置方法比其他两种的电源容量配置方法更加科学合理。不仅能够提高微电网的工作效率，而且能够降低成本，减少对环境的污染，所以更加适合使用。

5 结束语

本文以微电网的经济性以及环保性达到最佳效果为目标，以系统稳定运行为约束条件，提出了一个科学合理的多能互补电源容量的配置方法。并且将其他两种的电源容量配置方法与本文提出的多能互补电源容量的配置方法进行对比。实验论证表明，本文提出的多能互补电源容量的配置方法更加科学合理，适合应用于微电网之中。

参考文献：

[1]郭宝甫，王卫星，杨东海，等.基于多能互补的微电网群运行模式切换控制策略研究[J].供用电，2017，15（11）：82-88.

[2]李楠，顾洁，刘波，等.基于改进粒子群算法的多能互补微电网系统优化配置与运行策略研究[J].电器与能效管理技术，2017，19（18）：23-31.

[3]田盈，黄利军，郭宝甫，等.多能互补微电网群能量管理系统设计方案研究及工程应用[J].供用电，2018，12（2）：63-68.

[4]张继红，王洪明，魏毅立，等.含复合储能和燃气轮发电机的直流微电网母线电压波动分层控制策略[J].电工技术学报，2018，33（6）：1238-1246.

[5]程苒，常湧，黄华，等.基于多目标的独立微电网电源容量优化设计[J].水电能源科学，2017，13（10）：198-202.

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