微电网系统中储能容量优化配比分析

微电网系统中储能容量优化配比分析

马海滨

河南理工大学电气工程学院，河南焦作，454003

摘  要：近年来新能源发电装机容量在某些地区正逐步超过传统能源发电的装机容量，新能源发电在未来必将挑起大梁，为人类提供清洁、高效、可靠的绿色电力。而配置储能系统的微电网可以有效提高新能源发电的消纳，本文通过实际某项目为例，利用光伏软件计算光伏年发电量，并结合企业用电特性，分析光伏发电的消纳率，验证了项目增加储能后，有效提高了光伏的消纳比例，增加了项目的整体收益，也提高了微电网的灵活性和可靠性。

关键词：微电网 容量 储能 分析

Analysis of the optimal ratio of energy storage capacity in microgrid system

Ma Haibin

（School of Electrical Engineering and Automation, Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454003，China；）

Abstract: The capacity of new energy power is gradually exceeding the traditional energy power in recent years.New energy power generation will play a major role in the future to provide clean、efficient and reliable green power for mankind. In this paper, I find a project and through PV software to calculate the annual power generation of photovoltaic.I analysed the consumption rate of photovoltaic power.It is verified that the storage project can effectively improve the consumption ratio of photovoltaic, increase the overall income of the project, and improve the flexibility and reliability of the microgrid.

Key words:  Microgrid  capacity  energy storage  analysis

1前言

我国是能源生产和消费大国，化石能源在中国一次能源消费结构中比重较高，加快开发利用可再生能源，建设新型电力系统是增加清洁能源供应、应对能源环境问题、实现我国经济社会可持续发展的重要措施，对于改善生态、保护环境具有十分重要的现实意义。

光伏、风电等可再生能源已经趋于成熟稳定，而光伏发电由于其不连续性以及消纳的问题，受到各地的高度重视，甚至部分地区发布红色区域禁止安装光伏等政策。为此，配置储能的新能源微网发电系统可以说是势在必行。储能的配置可以增加光伏发电的消纳，尽可能的减小各级变压器的压力，为离网不断电的微电网提供可能性。可以说配置储能的微电网是未来新型电力系统实现双碳目标强有力的支撑。学者曾形象的称微电网为电力系统的“良好市民”和“模范市民”，而储能更是其中不可缺少的角色。

本文以微电网中储能、分布式电源的容量配置为切入点，利用PV软件分析了微电网中分布式电源的发电量，并分析配置合理的储能容量配置，以提高新能源的消纳比例，减小微电网对大电网的影响，在实际项目中既能合理优化技术方案，也能最大限度的提高项目的经济效益，促进微电网项目合理快速发展。

2正文

2.1微电网的定义

微电网从系统上来所是将分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷和监控、保护、通信装置有机结合在一起的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行，也可实现不同微电网间的互动。目前含多种储能方式、新能源发电的微电网具有较强的代表性。但实际项目中，分布式电源的容量配置往往缺少系统的规划。

图1交直流混合微电网模型

2.1.1微电网的结构

文献[2]分析了微电网不同类型的结构，按照不同的构成模块、接入方式、供电方式可分为多种类型。

微电网按构成模块来说，包含储能、光伏、风电、生物质发电、冷/热/电联供微型燃气轮机发电、柴油发电等都可以组成不同类型的微电网；按接入方式是指按微电网的辐射范围大小来说，一般分为户用及或者一定的区域范围的微电网；按照供电方式可分为交流型、直流型、交直流混合型微电网。

而无论何种类型的微电网，储能的应用场景可以说是无所不在，储能的发展与我们每个人更是息息相关，小到电动自行车的便利，大到新型电力系统微电网的建设，都不开储能。储能容量的配置在实际项目中也尤为重要，由于较高的建设成本，储能容量的优化配置更是不可缺少。

2.2某微电网项目实例分析

2.2.1项目简介

本工程位于河南北部。采用Meteonorm数据进行分析。根据Meteonorm数据库统计信息，本项目区域多年平均水平总辐射值为1330kWh/m2（对应为4788MJ/m²），判定本项目区域的太阳能资源属于C级，即太阳能资源丰富区域，适宜建设光伏电站。

河南省各地市太阳能总辐射量多年平均统计见下表

根据项目所在地的地区经济发展状况及电力等其他产业的发展规划，结合太阳能光伏电站的自然条件、资源特征、建设条件等，以及太阳能资源开发建设的要求，该电站项目的开发任务以光储为主。该微网系统利用厂区屋顶资源可建设约17MW光伏发电系统。采用10kV电压等级并网。

2.2.2光伏发电量的计算

根据光伏发电站设计规范GB50797-2012光伏发电上网电量可按下式计算：EP=HA×PAZ/ES×K。

式中：HA—水平面太阳能总辐照量

EP—上网发电量

ES—标准条件下的辐照度

PAZ—组件安装容量

K—综合效率系数

光伏电站逐年理论发电量见下表：

经计算，本项目光伏电站建成后，首年总发电量为1808.203万kW•h，首年可利用小时数1049.63h；25年年平均发电量为1686.426万kW•h，25年年平均发电小时数为978.94h。

2.2.3光伏发电消纳分析

光伏发电具有间歇性，仅在9：00-15:00之间具有较高的发电效率。如需计算较为准确的消纳比例，还需了解用户负荷在24小时内各时间段的用电量，通过对比分析实时的发电与用电的比较差值，再综合平衡一定天数，即可较为准确的分析出光伏发电的消纳比例。

该厂区每个月期间该厂区共计消耗有功电量都超过了700万kWh，2024年预估月用电量为2000万kWh，整体用电量极大。

经现场调研，企业负荷全年较为稳定，生产线需要连续运行，早晚负荷差异较小。本项目建议采用自发自用，且全天用电负荷较稳定，考虑到设备检修及重大节假日，因此判断本项目自用比为80%。

2.3储能系统

在该项目实施的过程中由于前期的储能造价过高，并未采用。本文通过计算分析可得整个微电网增加储能装置后，可有效提高光伏消纳比例，提高项目整体收益，同时也增加用户的供电可靠性。

文献[9]利用Homer软件进行仿真建模，分析了不同储能容量状态下的光伏弃电量，再通过削峰填谷的计算与软件仿真的结果对比分析最终确认了储能容量。综合考虑光伏发电的容量及厂区自身生产需求配置2.5MW/7.5MWh的储能系统，采用两充两放模式,利用峰谷和峰平电价获取差价收益。验证了储能具有较好的削峰填谷，提高新能源发电的消纳比例。

2.4微电网其他关键技术

文献[2]提出了微电网的4大项关键技术，即微电网的规划设计、运行优化、保护控制、仿真实验等关键技术。

图2微电网关键技术

微电网的每一项关键技术均起着至关重要的作用，不管哪一方面落后，都会严重阻碍微电网这个电力系统友好“细胞”的成长，甚至影响新型电力系统的发展。微电网的技术研究及项目均是任重而道远。

3 结论

1）本文通过验证了储能能够起到削峰填谷的作用，同时增加的光伏发电的消纳比例。

2）本文所涉及的问题仅仅是现有技术的总结或学习，期望能够为未来的学习打下一些基础。

3）随着各种微电网技术的不断发展，相信新型电力系统也会得到快速发展，而每一项技术仍有较多的精力需要去深入研究。

参考文献：

[1]刘畅，卓建坤等，利用储能系统实现可再生能源微电网灵活安全运行的研究综述[J].中国电机工程学报，2020

[2]王成山，武震，李鹏，微电网关键技术研究[J].电工技术学报，2014

[3]刘文，杨慧霞，祝斌，微电网关键技术研究综述[J].电力系统保护与控制，2012

[4]杨新法，苏剑，吕志鹏等，微电网技术综述[J].中国电机工程学报，2014

[5]李润良，微电网容量优化配置研究[A].能源与节能，2022

[6]黄志强，微电网系统规划设计探讨[A].科技创新与应用，2019

[7]鲁宗相，王彩霞，闵勇等，微电网研究综述，[J].电力系统自动化，2007

[8]马钊，周孝信，尚宇炜等未来配电系统形态及发展趋势[J].中国电机工程学报，2015

[9]黎青，王万军，周振平，微电网系统最优容量配比及潮流分析研究[J].电气技术，2022