(韶能集团耒阳电力发展有限公司 湖南耒阳 421800)
摘要：岛屿供电是新能源微电网应用的一个重要领域。在保证安全可靠供电的前提下，可展示多种供电新技术。现在我国岛屿型微电网研究及混合储能技术应用均处于探索阶段，在岛屿型微电网的研究与工程运行方面还没有形成统一的规范。合理配置微电源的容量是提高配电网运行经济性和可靠性的关键。本文在提炼岛屿型微电网内部微电源特点的基础上，提出了微电源优化配置原则，并以沿海某岛屿微电网为研究对象，给出其电源优化配置方案，为相关行业人员提供参考和借鉴。
关键词：岛屿型微电网系统电源
1引言
微电网涵盖了电能的生产、分配和消费，已经成为配用电侧应用分布式发电并网，应用储能技术、信息技术、通信技术、智能配用电等先进技术的整体解决方案，是电力发展的需求和方向，是未来智能电网重要组成部分。美国、欧洲、日本均已建立多个示范点研究项目，逐渐将微网技术从理论层面过渡到应用层面，通过进一步的开发即可实现生产力。在我国，微电网在新能源及可再生能源发电并网应用上的独特作用和可行性已得到了国内专家学者的高度重视和充分认可[1-4]。
岛屿供电是新能源微电网应用的一个重要领域。通过建设光伏发电、风力发电、潮汐能发电等可再生能源，可以为岛屿提供源源不断的无污染的能源供应。对于已有柴油发电的岛屿，可以配合使用，减少柴油的消耗量，提高经济效益，减少环境污染和碳排放。
为了更好地解决居民供电稳定性问题，同时探索多种可再生新能源的互补经济型利用技术，在考虑岛屿型微电网项目可示范和推广的前提下，供电方式定位为综合考虑各种新能源资源优势，在保证安全可靠供电的前提下，展示多种供电新技术。目前，我国岛屿型微电网研究及混合储能技术应用均处于探索阶段，在岛屿型的研究与工程运行方面还没有形成统一的规范。其中，岛屿型微电网内部微电源不仅种类繁多、组合运行方式多样，而且具有间隙性、波动性和随机性的时序出力特性，不同地理位置也会对微电源的空间出力特性带来差异。因此，合理配置微电源的容量是提高配电网运行经济性和可靠性的关键。
本文以典型包含混合储能的岛屿型微电网为研究对象，通过分析不同微电源的特性，在结合岛屿型微电网运行需求的基础上，提炼微电源优化配置原则，最后通过实例分析给出一种典型优化配置方法。
2岛屿型微电网内部微电源特点分析
微电网内部微电源主要包括风力发电机组、光伏发电系统和储能系统等，其中风力发电机组、光伏发电系统作为新能源发电系统，储能系统作为柔性元件增加微电网的可控性，在微电网并网运行时运行在PQ模式，作为可调节电源；在微电网离网运行时，运行在VF模式，作为系统主电源，为风力发电机组和光伏发电系统提供稳定的电压和频率。
与普通微电网相比，岛屿型微电网系统远离大陆，受自然天气影响较大，通常需要配备柴油发电机组作为后备电源，以避免恶劣天气导致新能源机组出力不足，从而引发岛上停电危机。
2.1 风力发电系统
风力发电机组依靠风力进行发电，其出力特性如下所示[5]：
通常岛屿均有可观的风力资源，且昼夜均有稳定的风速，是新能源发电系统中一种较为稳定的电源，是保障岛屿负荷不间断供电的重要电源。
风力发电系统具有占地面积小，能量密度比光伏发电系统高等优点。目前，国内小型风力发电技术及其相关周边技术都已经十分成熟，控制较为方便。
2.2 光伏发电系统
光伏发电系统依靠太阳能辐射进行发电，其功率输出如下式所示[6]：
依赖岛屿当地的太阳能资源，光伏发电系统占地面积大，且对地形要求严格。考虑岛屿地理条件，以在荒山荒地搭建光伏供电系统，也可采用漂浮平台的海上集中光伏发电的形式。
2.3 柴油发电系统
柴油发电机可作为岛屿型微电网系统中稳定的主电源，存在安装方便、造价较低，但燃料及发电成本较高的特点；但同时柴油发电机组运行存在噪声、空气等一系列污染问题，以及恶劣天气下燃料运输困难的问题。因此，其配置思路为作为岛屿型微电网系统紧急备用。
2.4 储能系统
储能系统根据其响应速度、调节能力等特点分为能量型和功率型[7]。
1）能量型储能
能量型储能以高能量密度为特点，通常放电时间较长（数十分钟至数小时），比如大规模传统蓄电池及新型电池储能等。
电池储能系统中，常用类型为锂电池储能、铅酸电池储能和铅炭电池储能，其中锂电池储能系统成本较高，铅酸电池储能和铅炭电池储能成本适中，适合大容量使用场合。
2）功率型储能
功率型储能以高功率密度为特点，可在短时内提供大功率输入输出，响应迅速，容量相对较小，放电时间较短（数秒到数分钟），比如超级电容器、超导磁储能和飞轮储能等。
用能量型储能系统和功率型储能系统混合配置方案，并采用科学合理的协调控制技术，在尽量满足岛屿型微电网主要建设目的的情况下，不仅能够调节波动频率高、波动幅度大的短期波动，又能够调节波动周期长、调节容量大的较长时间的波动，保证了混合储能系统的使用寿命，充分利用分布式可再生能源，保障供电可靠性的同时避免风、光可再生能源电能的浪费，提高可再生能源的利用率，具有良好的应用前景。
3微电源优化配置原则
岛屿型微电网系统微电源优化配置原则，可从如下两个方面进行考虑。
3.1 保障基础供电需求
主要通过柴油发电机组和能量型储能系统的配置来保障系统的基础供电需求，不同类型电源的配比原则可参考如下依据：
柴油发电机组
考虑供电可靠性，作为系统冷备用机组，为了保障系统供电可靠性，按最大负荷的100%配置装机容量；
考虑重要负荷供电，作为系统冷备用机组，为了保障系统重要负荷供电可靠性，按照重要负荷的100%配置装机容量。
能量型储能系统
考虑储能系统的经济性，通常储能系统的配置主要考虑重要负荷供电需求，PCS按照重要负荷的80-100%配置，电池容量则按照重要负荷持续供电时间进行配置，通过与风电机组搭配完成重要负荷的供电。
功率型储能系统
功率型按照填补负荷突降或新能源出力波动导致的功率缺额原则来配置。
3.2 优化风光发电配比
为了打造绿色供电海岛，体现微电网的先进性，通常要求新能源系统容量能够满足最大负荷的供电需求，独立的光伏发电和风力发电系统都不能提供可靠的电能供应，研究表明风力发电和光伏发电具有非常好的互补性能（在白天，日照强度高、风小；晚上，风大），而风光电源配置比例不同时，其出力互补后外特性不一样。
新能源风光资源比例配置优化函数如下式所示：
4研究案例分析
以东南沿海某岛屿微电网作为研究对象，其预测最大负荷为2.68MW，其中居民负荷约为1.32MW，其余为酒店类负荷，重要负荷约为440kW，需要保障其不低于3个小时供电，典型负荷特性如下图4-1所示。
该案例设计过程中，考虑功率型储能应在负荷突降10%或新能源出力波动10%的场景下持续10s出力保证系统运行稳定。
（a）典型酒店负荷变化（b）典型酒店负荷变化
图4-1 典型岛屿负荷特点
以第三节岛屿型微电网配置原则为参考，并充分考虑岛上新能源建设条件，最终形成的岛屿型微电网配置方案如下所示：
表4-1 岛屿型微电网电源优化配置方案
5结论
本文以典型包含混合储能的岛屿型微电网为研究对象，通过市场调研提炼不同微电源的功率特性和建设条件，在此基础上提炼海岛微电网的微电源优化配置原则，最后以东南沿海某岛屿微电网作为研究对象，给出微电源优化配置方案，为广大微电网设计与规划人员提供参考。
参考文献:
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[5] 张佳军. 风光储微电网多电源协调控制策略研究[D]. 北京: 华北电力大学, 2013.
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[7] 周林，黄勇，郭珂，等. 微电网储能技术研究综述[J]. 电力系统保护与控制, 2011, 39(07): 147-152.
作者：周海峰，男，汉族，1974年生，湖南省耒阳市人，工程师，大学专科学历。研究方向：发电设备及输配电技术管理 工作单位：韶能集团耒阳电力发展有限公司。
论文作者:周海峰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/20
标签：电网论文; 岛屿论文; 系统论文; 储能论文; 电源论文; 负荷论文; 新能源论文; 《电力设备》2018年第32期论文;