對(duì)微電網(wǎng)新能源波動(dòng)分析與研究

宮 俊 任國(guó)岐 李德強(qiáng)

(天津市電力公司濱海供電分公司 300450)

1 微電網(wǎng)發(fā)展的重要性

微電網(wǎng)（Micro-Grid）是一種新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要由微源、儲(chǔ)能裝置、控制設(shè)備、負(fù)荷、保護(hù)設(shè)備組成。微電網(wǎng)是一個(gè)擁有自我控制功能、保護(hù)以及管理的自治系統(tǒng)，既可以和外部電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以獨(dú)立運(yùn)行。微電網(wǎng)是相對(duì)傳統(tǒng)大電網(wǎng)的一個(gè)概念，是指多個(gè)分布式電源及其相關(guān)負(fù)載按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成的網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)靜態(tài)開(kāi)關(guān)關(guān)聯(lián)至常規(guī)電網(wǎng)。 開(kāi)發(fā)和延伸微電網(wǎng)能夠充分促進(jìn)分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接入，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷多種能源形式的高可靠供給，是實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式配電網(wǎng)的一種有效方式，是傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)過(guò)渡。

微電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)部電能和負(fù)荷一體化運(yùn)行，并且可以通過(guò)和大電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制，平滑的并入大電網(wǎng)當(dāng)中。此外，由于微電網(wǎng)采用的是規(guī)模較小的分散獨(dú)立系統(tǒng)，具備先進(jìn)的電力生產(chǎn)技術(shù)，可以將各種微電源，儲(chǔ)能設(shè)備，直接連接在用戶側(cè)，不占用輸電走廊，具有施工周期短、效率高、靈活性好等優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地應(yīng)對(duì)短期激增的電力需求，因此微電網(wǎng)有著非常廣泛的應(yīng)用前景。

2 微電網(wǎng)新能源波動(dòng)性分析

微電網(wǎng)才用了現(xiàn)代化的電力生產(chǎn)技術(shù)，可以將風(fēng)電、光伏以及儲(chǔ)能裝置等并在一起，在滿足多種電能質(zhì)量要求和提高供電可靠性等方面具有諸多優(yōu)點(diǎn)，使它完全可以作為現(xiàn)有骨干電網(wǎng)的一個(gè)有益而又必要的補(bǔ)償。但同時(shí)由于風(fēng)電、光伏等依靠自然資源進(jìn)行發(fā)電，使其具有不可控和不可預(yù)知性的特點(diǎn)，因此必須重點(diǎn)考慮發(fā)電功率的波動(dòng)對(duì)于電壓穩(wěn)定性的影響。電壓穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在滿足負(fù)荷功率的條件下，受到一定的擾動(dòng)后，各個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)能夠維持負(fù)荷電壓在允許范圍的能力。

本文主要針對(duì)含風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能裝置三種不同發(fā)電類型的微電網(wǎng)，收集分析其運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)微電網(wǎng)新能源波動(dòng)性進(jìn)行分析研究。

2.1 風(fēng)電功率波動(dòng)特性分析

波動(dòng)性是風(fēng)電功率固有特性之一，因此如何科學(xué)、準(zhǔn)確的描述風(fēng)電功率的波動(dòng)特性，對(duì)于微電網(wǎng)的研究有著極其重要的意義。風(fēng)電發(fā)動(dòng)機(jī)與其他常規(guī)發(fā)電機(jī)無(wú)論是從工作原理，還是從技術(shù)結(jié)構(gòu)上都有著本質(zhì)上的差別，本文主要從以下兩點(diǎn)對(duì)風(fēng)電功率波動(dòng)特性進(jìn)行研究：

首先，由于風(fēng)電發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率受到自然條件的影響，具有隨機(jī)波動(dòng)性以及間歇性的特點(diǎn)，因此在通常情況下，風(fēng)電發(fā)動(dòng)機(jī)的出電力都會(huì)低于額定容量；其次，風(fēng)電發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)組分布較為分散。一個(gè)地區(qū)可能存在許多風(fēng)電場(chǎng)，即一個(gè)地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)的分布是分散的，每一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)都是由數(shù)十臺(tái)、上百臺(tái)甚至幾百臺(tái)風(fēng)電發(fā)動(dòng)機(jī)組組成，而且每一臺(tái)風(fēng)電發(fā)動(dòng)機(jī)組的容量都相對(duì)較小，分布范圍廣泛，這樣一來(lái)，在不同風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)各個(gè)風(fēng)電發(fā)動(dòng)機(jī)組也是分散分布的。因此為確保電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性以及可靠性，就必須通過(guò)預(yù)留足夠的旋轉(zhuǎn)備用來(lái)完成系統(tǒng)對(duì)波動(dòng)能源的調(diào)節(jié)。電網(wǎng)可接納風(fēng)電容量主要取決于區(qū)域電網(wǎng)所具備的調(diào)峰、調(diào)頻能力?，F(xiàn)階段，我國(guó)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，火力發(fā)電在全部發(fā)電容量中的比重最大，但火力發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)速率較慢，無(wú)法及時(shí)的對(duì)風(fēng)電進(jìn)行快速調(diào)節(jié)，因此風(fēng)電波動(dòng)對(duì)不同的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的影響也不盡相同。

2.2 光伏功率波動(dòng)特性分析

光伏發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電類似，同樣具有隨機(jī)波動(dòng)性以及間歇性的特點(diǎn)。光伏系統(tǒng)發(fā)出的能量波動(dòng)不定，當(dāng)光伏系統(tǒng)的輸出功率波動(dòng)性較大時(shí)，會(huì)給電網(wǎng)規(guī)劃、調(diào)度以及運(yùn)行造成諸多不便，例如光伏發(fā)電設(shè)備輸出的功率波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)調(diào)度設(shè)備的頻繁動(dòng)作或者保護(hù)設(shè)備的誤動(dòng)作，這樣一來(lái)，不僅降低了并網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，而且產(chǎn)生的電壓波動(dòng)還會(huì)給整個(gè)電網(wǎng)埋下巨大的安全隱患。因此，研究光伏系統(tǒng)設(shè)備輸出功率的穩(wěn)定性，是確保電力合理規(guī)劃以及安全運(yùn)行的必由之路。

對(duì)于光伏電站的輸出功率進(jìn)行時(shí)域波動(dòng)分析，有助于電網(wǎng)調(diào)度部門統(tǒng)籌安排常規(guī)電源和光伏發(fā)電的協(xié)調(diào)配合，適時(shí)及時(shí)地對(duì)電力調(diào)度做出統(tǒng)籌規(guī)劃，更加合理的安排電網(wǎng)運(yùn)行方式，一方面能夠有效地削弱光伏接入對(duì)于整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行造成的負(fù)面影響，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性；另一方面還可以最大限度的降低電力系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用容量和運(yùn)行成本，以充分利用太陽(yáng)能等可再生資源，幫助電力生產(chǎn)企業(yè)獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益。

2.3 儲(chǔ)能功率波動(dòng)特性分析

儲(chǔ)能裝置在微電網(wǎng)中有著非常重要的作用，它具有動(dòng)態(tài)吸收能量以及適時(shí)釋放的特點(diǎn)，能夠有效地彌補(bǔ)風(fēng)電、光伏發(fā)電的間歇性、波動(dòng)性缺點(diǎn)，起到削峰填谷的作用，最大限度的提升了間歇式電源輸出功率的可控性，從整體上提高了微電網(wǎng)輸電的可靠性和穩(wěn)定性。此外，在微電網(wǎng)中選者合適的儲(chǔ)能設(shè)備，還能有效的提升風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越.功能、增加電力系統(tǒng)的風(fēng)電穿透功率極限、改善電能質(zhì)量以及優(yōu)化系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。

在微電網(wǎng)中引入儲(chǔ)能設(shè)備以后，不僅可以有效地平滑負(fù)荷、減小甚至消除晝夜峰谷差，以便達(dá)到對(duì)需求側(cè)的有效管理，而且還能夠更加合理的利用各種電力生產(chǎn)設(shè)備，降低供電企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。另外，通過(guò)積極發(fā)展可再生能源以及清潔能源，還有助于提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，作為調(diào)整電網(wǎng)頻率、補(bǔ)償供電負(fù)荷波動(dòng)的手段。因此，對(duì)于儲(chǔ)能功率波動(dòng)特性的分析研究是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)對(duì)于能源的依賴程度越來(lái)越高，但是伴隨著傳統(tǒng)化石能源的日益枯竭，能源危機(jī)不斷加劇的同時(shí)，讓我們更加清醒的認(rèn)識(shí)到了發(fā)展系能源的重要性和緊迫性，尤其對(duì)于我國(guó)目前正處于高速發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，發(fā)展可再生能源，走多元化潔凈能源，更是我國(guó)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。為此，文章研究了風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能裝置三種不同發(fā)電類型的微電網(wǎng)，研究各自的功率波動(dòng)特性，以便將剩余電量持續(xù)穩(wěn)定的并入大電網(wǎng)，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展。

[1]閆立偉.微電網(wǎng)中光伏發(fā)電動(dòng)態(tài)特性研究[J].重慶大學(xué)，2010年.

[2]劉海龍.新能源技術(shù)與微電網(wǎng)能量管理研究[J].太原理工大學(xué)，2011年.

[3]段玉兵.微電網(wǎng)潮流分析與柔性控制技術(shù)研究[J].山東大學(xué)，2011年.

[4]胡三高、武珍.基于氫氧聯(lián)合循環(huán)的分布式能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].陜西電力，2011年第05期.

[5]王成山、劉夢(mèng)璇、陸寧.采用居民溫控負(fù)荷控制的微網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)平滑方法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012年第25期.