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微電網的負荷平衡及儲能配置原則

點擊:6894  添加時間:2018-11-28 09:21:00  来源:智见能源

無論是採用何種新能源,都不能完全保證微電網的供電絕對穩定。另外,在電源事故或電網故障的情況下,爲了保障微電網供電範圍內用電負荷的用電安全,儲能系統作爲微電網的重要備用是必不可少的。

微電網的儲能系統要滿足以下三種情況的要求:

(1)在電源或電網事故情況下,儲能系統能夠迅速替代電源,爲微電網內部的負荷供電;這種情況,儲能系統相當於緊急備用電源的角色,要求電流密度大;

(2)在微網內大型負荷啓動時,由於電流往往數倍於運行電流,因此,可能正常電源的容量不足以滿足負荷的啓動要求,需要儲能系統提供瞬時大電流;

(3)在光伏以及其它電網發電不足時,起到爲微網內負荷供電的功能。

微電網在不同應用場合中,合理配置儲能系統的功率和容量十分重要,是保證微電網系統安全、穩定、經濟運行的重要前提條件。微電網的發電量一般按照就地消納原則,以負荷爲依據確定。風光配比應充分利用當地的自然資源的互補性,使得風光總體輸出功率儘量平衡、波動性最小;在考慮經濟性的前提下,儲能在極端情況下需保證微電網系統給重要負荷持續供電一定時間。由於微電網中分佈式電源容量較小,分佈式電源的波動對主網影響不大,因此儲能系統的配置主要取決於負荷需求。

微電網可以分爲離網型電網與併網型微電網。微電網併網運行時,儲能系統依據峯谷電價差按照白天放電、晚上充電的方式運行;微電網離網運行時,儲能系統按照白天充電、晚上放電的方式工作。

(一)微電網供電範圍內負荷統計平衡原則

微電網內負荷統計及平衡是微電網的分佈式電源配置的前提,對於離網型微電網而言,其負荷的大小更是關係到儲能系統的功率、容量及充電倍率,直接關係到安全與經濟性。目前尚無微電網的規劃設計規程,對微電網內的負荷統計,分佈式電源、儲能裝置及配電變壓器容量的選擇也“無法可依”。

如果對現有的已經投入運行的建構築物,對供電範圍的負荷統計平衡宜以設計圖紙與電費單同時進行統計分析,根據實際需要規劃微電網的分佈式電源構成。

對於新規劃建設的園區,根據JGJ16-2008《民用建築電氣設計規範》:第4.3.2條:配電變壓器的長期工作負載率不宜大於85%。《全國民用建築工程設計技術措施(節能專篇.電氣)》第2.5.2.2.2.1條:變壓器額定容量應能滿足全部用電負載的需要,但不應使變壓器長期處於過負載狀態下運行。變壓器的經常性負載應以在變壓器額定容量的60%爲宜。這樣設計院在進行負荷平衡時,通常會以這些規範的要求進行配變的容量選擇,結果是偏大的。

根據華東電力建築設計研究總院近年對園區,對公共空間負荷的研究成果,浦東國際機場T1航站樓從2016年7月至2017年5月近一年之間各變壓器的當月實際運行負載率數據,各臺變壓器運行負載率大致在25%~40%之間波動,五月、七月會突破50%。虹橋T2航站樓的大部分變壓器峯值負載率在25%~45%之間,五月份最大值達到60%。這個變壓器的負載是很輕的,對容量造成了很大的浪費。

變壓器的容量選擇與儲能裝置的容量選擇暫作相同的技術問題對待,儲能的功率及容量選擇上也要注意這個問題,建議微電網在負荷平衡及空間負荷預測時,在現有的對負荷統計及計算的規程基礎上,再考慮60~70%的係數,以提高儲能系統的效率。

(二)電池儲能系統的功率配置及優化

併網型微電網系統可從主網獲取能量,此種場景應以儲能系統的循環壽命最長爲優化目標,根據光伏、風電發電的最大功率和波動情況,選擇滿足運行條件的儲能類型。對於電池儲能系統,系統的運行功率應在允許的充放電倍率範圍內,超過允許的SOC範圍時,禁止儲能電池運行。離網型微電網中,儲能系統需能夠獨立提供負荷的用電需求。

以風/光/儲微電網爲例,在併網和離網微電網系統中,儲能電池的功率至少在一年內任一時間段t都應滿足:

PES,t≥max∣PL,t-(PWG,t+PPV,t)∣

式中PES,t爲儲能電池的額定功率;PL,t爲微電網的荷載,PWG,t爲風力發電機的瞬時功率,PPV,t爲光伏發電的瞬時功率。

併網微電網的蓄電池功率配置是解決風光分佈式發電富裕電能的存儲,同時考慮與電網電量雙向交換的工況。

(三)併網型微電網中電池儲能的容量配置及優化

儲能電池夜間充電,電量首先來自風機,然後由主網補足剩下的充電電量。當儲能電池的SOC達到SOCmax時,停止充電。儲能電池的充電電量爲:

EES,ch=max[EL,N-(EWG+EG)]

式中:EES,ch爲儲能電池的充電電量(負值);EL,N爲夜間負荷所需的電量(正值);EWG爲風力發電提供的電量(正值);EG爲電網提供的電量(可以爲0或正值)。

白天(6:00-18:00)運行時,光伏和風力發電供給負載,不足的部分優先由儲能電池提供。當儲能電池的SOC到達SOCmax時,停止放電。儲能電池的放電電電量爲:

EES,dis=max[EL,D-(EWG+EPV+EG)]

式中:EES,dis爲儲能電池的放電電量(正值);EL,D爲白天負荷所需的電量(正值);EWG爲風力發電提供的電量(正值);EPV爲光伏發電提供的電量(正值);EG爲電網提供的電量(可以爲0或正值)。

(四)離網型微電網中電池儲能的容量配置及優化

白天(6:00~18:00),光伏和風力發電供給負載,多餘的部分向儲能電池充電。當儲能電池的SOC達到SOCmax,停止充電。儲能電池的充電電量爲:

EES,ch=max[EL,D-(EWG+EPV)]

式中:EES,ch爲儲能電池的充電電量(負值);EL,D爲夜間負荷所需的電量(正值)。

夜間(18:00~6:00),負載的供電需求來自於風機和儲能電池,當儲能電池的當儲能電池的SOC到達SOCmin時,停止放電。儲能電池的放電電電量爲:

EES,dis=max(EL,N-EWG)

式中:EES,dis爲儲能電池的放電電量(正值);EL,N爲夜晚負荷所需的電量(正值);EWG爲風力發電提供的電量(正值)。

在實際應用中,應結合負荷的實際情況,微電網的優化目標及儲能自身的特性,計算不同場景下,不同類型儲能的功能與容量,同時根據成本構成,投資回報和電力市場的情況深入分析研究與評價,以期得到最佳信價比的儲能配置方案。

(五)微電網電池儲能的尷尬

微電網的“源網荷儲”的技術特性及對供電可靠性的要求,對儲能就提出了高的要求,微電網的安全性也彰顯在儲能系統上。從上文的電池容量可以看出,對於離網型微電網的儲能配置,由微電網中的負荷容量來決定;對於併網型的微電網容量,決定於分佈式能源的供電成本與儲能的峯谷價差的經濟性。

從目前的電池儲能的單位造價來看,微電網中配置儲能並無優勢,也無經濟性可言。對於離網型微電網而言,如果僅僅從度電的銷售來評價微電網與儲能的價值,這個賬更是沒有辦法算的。

結合電改的推進、分佈式能源及微電網的政策,現階段的微電網發展,需要市場內在動力。微電網的價值要與分佈式發電及隔牆售電、電力市場輔助服務與區域的綜合能效結合起來,發揮微電網的系統價值,並能夠得到實實在在的收益,這樣自然能將儲能的應用推向市場。

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