海岛智能微电网能量管理研究

海岛微电网建设与发展的过程中, 由于可再生能源出力的随机型与间歇性, 导致微电网能量管理的难度增大。要保证微电网内部运行的稳定, 需要合理的能量管理系统。文献[1]针对微电网能量管理的现状, 阐述了微电网能量管理的进展。文献[2-3]针对微电网研究对象, 提出微电网能量管理方案, 包括日前经济优化调度与日内调度2阶段。

1 海岛智能微电网系统结构

海岛智能微电网系统结构由可再生能源发电系统、柴油发电机、储能蓄电池、海水淡化系统、负荷及能量管理系统组成。

(1) 海岛上可再生能源主要是以风能、太阳能以及波浪能为主, 通过光伏组件、风机、振荡水柱式波能装置进行发电, 提高可再生能源利用率。 (2) 柴油发电机主要是保证可再生能源出力不足情况时, 保证系统重要负荷能够正常运转。 (3) 储能蓄电池可以采用多种蓄电池进行储能包括铅酸蓄电池、锂离子电池等, 主要用于微电网中负荷曲线平滑、实现削峰填谷等。 (4) 海水淡化系统即用于海岛居民日常用水, 又用于平抑可再生能源出力的随机性。 (5) 负荷主要包括重要负荷、一般居民负荷。 (6) 能量管理系统主要是实现海岛微电网中可再生能源发电控制、储能充放电控制、柴油发电机启停控制、海水淡化系统机组启停控制等。

2 海岛智能微电网能量管理

2.1 海岛智能微电网能量管理概述

该能量管理系统主要由多时间尺度能量管理与时刻保证系统功率平衡组成。多时间尺度能量管理主要根据预测的光伏出力、风机出力、波浪能发电机出力以及蓄电池的荷电状态来制定海水淡化系统中机组启停计划。时刻保证系统功率主要是根据检测到可再生能源实际出力情况、蓄电池的荷电状态为主要指标, 通过控制系统实现系统的功率平衡。

2.2 海水淡化系统机组启停台数

多时间尺度的能量管理以小时为单位计划管理。能量管理系统每15min预测一次光照强度、风速以及波高, 但每次都未来一小时内的可再生能源的数据。能量管理系统根据预测的光照强度、风度以及波高, 估计光伏阵列、风电机组、波浪能机组的输出功率。根据可再生能源输出功率及储能蓄电池允许的充放电功率, 制定海水淡化系统机组的启停计划。

由于可再生能源出力的随机性与间歇性及蓄电池荷电状态的不同, 海水淡化系统机组的启停计划有所差别。本文主要考虑三种不同的环境资源情况, 提出通过采用可再生能源出力与负荷所需功率之间的差值大小来表示风光波资源条件的好坏, 结合居民未来一小时用水量及蓄水池现有蓄水量, 确定能量管理方案。

定义净功率, 即

式中, 为t小时波浪能出力, 为t小时光伏出力, 为t小时风机出力, 为t小时常规负荷功率。

2.3 海岛智能微电网能量控制策略

由于柴油发电机、储能蓄电池及海水淡化系统机组的运行功率在一顶允许范围内都具有可调控性, 综合考虑系统可靠性以及优先使用可再生能源的发电功率, 当预测净功率Pnet (t) >0时, 表明下一刻风光波资源充足, 可再生能源出力能够满足当前系统负荷功率需求, 此时开启海水淡化系统中所有机组来消耗剩余功率避免造成能源浪费;当预测净功率Pnet (t) =0时, 表明下一刻风光波资源刚好, 可再生能源出力刚好满足负荷功率需求, 海水淡化系统在满足居民需求的前提下, 不需进行启停动作;当预测净功率Pnet (t) <0时, 表明下一刻风光波资源较差, 可再生能源出力不能满足负荷功率需求, 此时在满足居民生活水的前提下, 减少海水淡化机组启停数量, 若还不能满足需求, 储能蓄电池开始放电, 若此时刚好能够满足则柴油发电机无需工作。

3 海岛智能微电网的发展

其海岛微电网的特点: (1) 可再生能源往往比较丰富; (2) 海上交通受天气影响较大, 柴油运输困难; (3) 供能系统相对落后, 制约其经济发展; (4) 军用型海岛对供电可靠性要求高。因此建设海岛微电网时主要面临的挑战:可再生能源出力的随机性对电网扰动频繁且影响大;荷的投切造成的扰动对电网稳定性威胁较大;系统主要为独立型微电网, 不适合建设大中型旋转机组, 主要以小型为主, 抗扰动性低。因此针对上述问题, 建设海岛智能微电网及能量管理系统具有一定的意义。

摘要：主要阐述海岛智能微电网的系统结构, 并针对不同的环境条件, 提出合适的能量管理系统方案, 并简述目前海岛微电网的发展, 概述智能微电网建设的重要性。

关键词：海岛,智能微电网,能量管理系统

参考文献

[1] 王少波, 祖其武, 牛玉刚.微电网能量管理研究[J].电气自动化, 2016, 38 (4) :80-82.

[2] 冯江华, 赵新, 苏展.独立运行微网系统的能量管理策略研究[J].中国电力, 2016, 4 (8) :81-86.

[3] 张海涛, 秦文萍, 韩肖清, 等.多时间尺度微电网能量管理优化调度方案[J].电网技术, 2017, 5:1533-08.