系统在缺电但光照资源好的地区的应用论文_肖伟超

摘要根据世界银行数据统计，全球依然有16%的人无法获得基本生活必需品——电力。缺乏电力供应或能源贫困是经济的障碍，阻止了人们参与现代经济建设。电力贫困人口的主要地区集中在非洲、东南亚、南美，而这些地区真好是光照资源丰富的地区。光储柴微网系统可以给他们提供稳定且经济性较高的电力，本文通过一个光照好的国家的某个村的光储柴微网系统应用对度电成本分析对比、负荷需求分析、方案设计、控制策略进行阐述。

度电成本分析

光伏的度电成本计算：

以100kW光伏装机容量计算，建设单价3.714元/W，总造价为371400元。根据该地区最佳倾角光照计算出25年发电量如下表，总发电量为3808270kWh。运维费0.2元/W,25年的运维费为50万元。光伏的度电成

储能的度电成本计算：

以100kWh储能电源计算，储能建设单价1.53元/Wh，总造价153000元。放电深度为70%，充放电效率为94%，充放电3000次。以吸收光伏电电价为0计算，运维成本忽略不计，储能的度电成本为153000/(100*3000*0.7*0.94)=0.68元/kWh。

柴油发电的度电成本计算：

以100kW柴油发电机计算，设备成本为160000元。柴油的价格为6.76元（1美元）/L，每L柴油发电为4-5kWh，计算取最大值5kWh。在不计保养费及设备成本的情况下度电成本为1.35元/kWh。

综上可知光伏的度电成本远低于储能和柴油发电，储能其次，度电成本最高为柴油发电。根据三者度电成本分析，光柴储微网系统以光伏用电为主，储能存储光伏剩余用电而实现光伏电再生。柴油发电用于特殊情况使用，如连续阴雨等。

负荷需求分析

根据该村的现场采集的数据普通用户0.5kW、商店5kW、学校10kW、庆祝广场10kW、医护中心10kW，根据现场经济水平（拥有电视，冰箱家庭占总户数的比例为1/10）拟定用户需求系数及同时系数乘积为η1=0.2，其他场所同时系数为η2=0.7（需求系数为1）.计算该村的需求负荷为表2，该村的需求负荷为216.5kW。

K=N×K1×η1+(K2+K3+K4+K5)×η2

表2：负荷计算表格

负荷曲线根据各场所的工作时间及用电设备的工作性质拟定设备工作时间，具体计算如表3：

注：其中:电冰箱功率与空调的功率并非其实际工作的平均功率，所以电冰箱(0.2kW)拟定一天1度电，空调（1.8kW）一小时1度电`

根据上表计算该村的用电负荷曲线如图1：

图1：用电负荷曲线

从上表可知从下午13点-晚上22点为用电负荷高峰，用电低谷为晚上23点-中午12点。医护中心（药店）跟商店的用电设备基本相同，但负荷是其的2陪，所有拟定用电量也为其的2陪。庆祝广场工作时间18:00-22:00，根据现场资料拟定每周工作3次，共12小时，均夜间耗电，计算得出日用电量为17.14kWh。根据上文拟用户需求系数及同时系数乘积为0.2，其他场所同时系数为0.7.计算用电需求为表3：

表3：用电需求表

方案设计

装机量容须大于各村的需求负荷，发电量在最低光照月份平均发电量须满足当天负荷用电需求。根据表4可知该地区最低光照月是5月，当月光伏板最佳倾角的有效小时数为D=4.45,光伏系统效率PR=0.817[1].根据表3可知该村平均的用电需求为W=1069.684kWh.可根据下面公式计算光伏最小装机规模P=294.22kW。

P=W÷D÷PR

考虑到项目可以在其他村推广、匹配不同用电需求、同时可根据居民生活水平提高随时扩容，本方案采用模块化设计。结合上表需求负荷数值及用电需求，本方案拟采用100kW光伏单元模块，所以该村的最终光伏装机规模为300kW，共3个单元。

表4 该地区个月份光照输出表

储能容量采用模块设计拟采用100kW/400kWh模块，不同场景通过模块组合来完成。储能设计原则按照当天无日照时间段情况下满足负荷要求，当碰到连续阴雨天气或特殊情况采用柴油发电给负载供电。储能容量根据铅碳电池放电深度DOD=70%，系统放电效率η1=0.94（含变流器放电效率η2=0.98，电池转换效率η3=0.96），。根据表3可知该村夜间用电需求W1=670.734kWh，根据下面公式，计算该村最小储能容量为W=1019kWh。根据模块化原则，最终该村储能容量为300kW/1200kWh,共三个储能模块[2]。

W=W1÷DOD÷η1×2

η1=η2×η3

系统配置柴油发电机，在天气不好、阴雨天光伏系统发电量不足或长时间阴雨天后蓄电池组储电量不足时，由柴油发电机机进行发电补充，以便保证用电负荷的基本用电需求。柴油发电机需要匹配该村的需求负荷，根据表2可知该村的需求负荷为216kW，所以该村配置的柴油机拟采用有功输出为250kW。目的以满足出现连续阴雨天气或特殊情况下为负荷供电[3]。

控制策略

本方案采用交流母线离网型微网系统，电网支撑由储能单元的PCS支撑整个电网。采用光伏优先给负载供电的原则，多余的存储到蓄电池。当光伏发电不足支撑负载时，储能输出电能以满足负载需求。整个过程都是通过EMS协调控制。储能电池放电过程中，BMS会实时检测电池的DOD，当检查到电池设定的DOD值时，BMS将发出指令给PCS停止对负载供电，同时发出指令通过EMS传输给柴油发电机控制开关，启动柴油发电机工作[4]。

图2 光储柴微网系统示意图

结语

本项目为光伏装机规模为300kW、储能规模为300kW/1200kWh、柴油发电有功输出为250kW的光储柴离网型微网系统。

模块化设计微网系统有利于随着当地居民生活水平的提高、后期用电量的增加，可随时增加相应模块光储系统单元，以进一步满足居民新增用电需求。

光储柴微网系统不仅可以在缺电的村落推广，同时可以在光照资源好没有电网支撑的孤岛进行推广使用。

参考文献

[1] 肖伟超 农村分布式光伏发电系统优化设计 南昌大学 2017 P35

[2] 严干贵 基于双铅碳电池储能系统的微电网优化运行控制策略 电力系统自动化2019 P1-14

[3] 陈波 光储微网容量优化配置和能量管理研究 合肥工业大学 2018 P40-55

[4] 杜智超 光储微网系统孤岛运行控制策略研究 机电信息 2016 P1-4

论文作者:肖伟超

论文发表刊物:《中国电业》2019年 19期

论文发表时间:2020/3/4

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