微電網(wǎng)的負(fù)荷平衡及儲能配置原則

　　 無論是采用何種新能源，都不能完全保證微電網(wǎng)的供電絕對穩(wěn)定。另外，在電源事故或電網(wǎng)故障的情況下，為了保障微電網(wǎng)供電范圍內(nèi)用電負(fù)荷的用電安全，儲能系統(tǒng)作為微電網(wǎng)的重要備用是必不可少的。

　　微電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)要滿足以下三種情況的要求：

　　(1)在電源或電網(wǎng)事故情況下，儲能系統(tǒng)能夠迅速替代電源，為微電網(wǎng)內(nèi)部的負(fù)荷供電;這種情況，儲能系統(tǒng)相當(dāng)于緊急備用電源的角色，要求電流密度大;

　　(2)在微網(wǎng)內(nèi)大型負(fù)荷啟動時，由于電流往往數(shù)倍于運行電流，因此，可能正常電源的容量不足以滿足負(fù)荷的啟動要求，需要儲能系統(tǒng)提供瞬時大電流;

　　(3)在光伏以及其它電網(wǎng)發(fā)電不足時，起到為微網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷供電的功能。

　　微電網(wǎng)在不同應(yīng)用場合中，合理配置儲能系統(tǒng)的功率和容量十分重要，是保證微電網(wǎng)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的重要前提條件。微電網(wǎng)的發(fā)電量一般按照就地消納原則，以負(fù)荷為依據(jù)確定。風(fēng)光配比應(yīng)充分利用當(dāng)?shù)氐淖匀毁Y源的互補性，使得風(fēng)光總體輸出功率盡量平衡、波動性最小;在考慮經(jīng)濟性的前提下，儲能在極端情況下需保證微電網(wǎng)系統(tǒng)給重要負(fù)荷持續(xù)供電一定時間。由于微電網(wǎng)中分布式電源容量較小，分布式電源的波動對主網(wǎng)影響不大，因此儲能系統(tǒng)的配置主要取決于負(fù)荷需求。

　　微電網(wǎng)可以分為離網(wǎng)型電網(wǎng)與并網(wǎng)型微電網(wǎng)。微電網(wǎng)并網(wǎng)運行時，儲能系統(tǒng)依據(jù)峰谷電價差按照白天放電、晚上充電的方式運行;微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時，儲能系統(tǒng)按照白天充電、晚上放電的方式工作。

　　(一)微電網(wǎng)供電范圍內(nèi)負(fù)荷統(tǒng)計平衡原則

　　微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷統(tǒng)計及平衡是微電網(wǎng)的分布式電源配置的前提，對于離網(wǎng)型微電網(wǎng)而言，其負(fù)荷的大小更是關(guān)系到儲能系統(tǒng)的功率、容量及充電倍率，直接關(guān)系到安全與經(jīng)濟性。目前尚無微電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計規(guī)程，對微電網(wǎng)內(nèi)的負(fù)荷統(tǒng)計，分布式電源、儲能裝置及配電變壓器容量的選擇也“無法可依”。

　　如果對現(xiàn)有的已經(jīng)投入運行的建構(gòu)筑物，對供電范圍的負(fù)荷統(tǒng)計平衡宜以設(shè)計圖紙與電費單同時進行統(tǒng)計分析，根據(jù)實際需要規(guī)劃微電網(wǎng)的分布式電源構(gòu)成。

　　對于新規(guī)劃建設(shè)的園區(qū)，根據(jù)JGJ16-2008《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》：第4.3.2條：配電變壓器的長期工作負(fù)載率不宜大于85%?！度珖裼媒ㄖこ淘O(shè)計技術(shù)措施(節(jié)能專篇.電氣)》第2.5.2.2.2.1條：變壓器額定容量應(yīng)能滿足全部用電負(fù)載的需要，但不應(yīng)使變壓器長期處于過負(fù)載狀態(tài)下運行。變壓器的經(jīng)常性負(fù)載應(yīng)以在變壓器額定容量的60%為宜。這樣設(shè)計院在進行負(fù)荷平衡時，通常會以這些規(guī)范的要求進行配變的容量選擇，結(jié)果是偏大的。

　　根據(jù)華東電力建筑設(shè)計研究總院近年對園區(qū)，對公共空間負(fù)荷的研究成果，浦東國際機場T1航站樓從2016年7月至2017年5月近一年之間各變壓器的當(dāng)月實際運行負(fù)載率數(shù)據(jù)，各臺變壓器運行負(fù)載率大致在25%~40%之間波動，五月、七月會突破50%。虹橋T2航站樓的大部分變壓器峰值負(fù)載率在25%~45%之間，五月份最大值達(dá)到60%。這個變壓器的負(fù)載是很輕的，對容量造成了很大的浪費。

　　變壓器的容量選擇與儲能裝置的容量選擇暫作相同的技術(shù)問題對待，儲能的功率及容量選擇上也要注意這個問題，建議微電網(wǎng)在負(fù)荷平衡及空間負(fù)荷預(yù)測時，在現(xiàn)有的對負(fù)荷統(tǒng)計及計算的規(guī)程基礎(chǔ)上，再考慮60~70%的系數(shù)，以提高儲能系統(tǒng)的效率。

　　(二)電池儲能系統(tǒng)的功率配置及優(yōu)化

　　并網(wǎng)型微電網(wǎng)系統(tǒng)可從主網(wǎng)獲取能量，此種場景應(yīng)以儲能系統(tǒng)的循環(huán)壽命最長為優(yōu)化目標(biāo)，根據(jù)光伏、風(fēng)電發(fā)電的最大功率和波動情況，選擇滿足運行條件的儲能類型。對于電池儲能系統(tǒng)，系統(tǒng)的運行功率應(yīng)在允許的充放電倍率范圍內(nèi)，超過允許的SOC范圍時，禁止儲能電池運行。離網(wǎng)型微電網(wǎng)中，儲能系統(tǒng)需能夠獨立提供負(fù)荷的用電需求。

　　以風(fēng)/光/儲微電網(wǎng)為例，在并網(wǎng)和離網(wǎng)微電網(wǎng)系統(tǒng)中，儲能電池的功率至少在一年內(nèi)任一時間段t都應(yīng)滿足：

　　PES,t≥max∣PL,t-(PWG,t+PPV,t)∣

　　式中PES,t為儲能電池的額定功率;PL,t為微電網(wǎng)的荷載，PWG,t為風(fēng)力發(fā)電機的瞬時功率，PPV,t為光伏發(fā)電的瞬時功率。

　　并網(wǎng)微電網(wǎng)的蓄電池功率配置是解決風(fēng)光分布式發(fā)電富裕電能的存儲，同時考慮與電網(wǎng)電量雙向交換的工況。

　　(三)并網(wǎng)型微電網(wǎng)中電池儲能的容量配置及優(yōu)化

　　儲能電池夜間充電，電量首先來自風(fēng)機，然后由主網(wǎng)補足剩下的充電電量。當(dāng)儲能電池的SOC達(dá)到SOCmax時，停止充電。儲能電池的充電電量為:

　　EES,ch=max[EL,N-(EWG+EG)]

　　式中：EES,ch為儲能電池的充電電量(負(fù)值);EL,N為夜間負(fù)荷所需的電量(正值);EWG為風(fēng)力發(fā)電提供的電量(正值);EG為電網(wǎng)提供的電量(可以為0或正值)。

　　白天(6:00-18:00)運行時，光伏和風(fēng)力發(fā)電供給負(fù)載，不足的部分優(yōu)先由儲能電池提供。當(dāng)儲能電池的SOC到達(dá)SOCmax時，停止放電。儲能電池的放電電電量為：

　　EES,dis=max[EL,D-(EWG+EPV+EG)]

　　式中：EES,dis為儲能電池的放電電量(正值);EL,D為白天負(fù)荷所需的電量(正值);EWG為風(fēng)力發(fā)電提供的電量(正值);EPV為光伏發(fā)電提供的電量(正值);EG為電網(wǎng)提供的電量(可以為0或正值)。

　　(四)離網(wǎng)型微電網(wǎng)中電池儲能的容量配置及優(yōu)化

　　白天(6：00~18:00)，光伏和風(fēng)力發(fā)電供給負(fù)載，多余的部分向儲能電池充電。當(dāng)儲能電池的SOC達(dá)到SOCmax，停止充電。儲能電池的充電電量為：

　　EES,ch=max[EL,D-(EWG+EPV)]

　　式中：EES,ch為儲能電池的充電電量(負(fù)值);EL,D為夜間負(fù)荷所需的電量(正值)。

　　夜間(18:00~6:00)，負(fù)載的供電需求來自于風(fēng)機和儲能電池，當(dāng)儲能電池的當(dāng)儲能電池的SOC到達(dá)SOCmin時，停止放電。儲能電池的放電電電量為：

　　EES,dis=max(EL,N-EWG)

　　式中：EES,dis為儲能電池的放電電量(正值);EL,N為夜晚負(fù)荷所需的電量(正值);EWG為風(fēng)力發(fā)電提供的電量(正值)。

　　在實際應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合負(fù)荷的實際情況，微電網(wǎng)的優(yōu)化目標(biāo)及儲能自身的特性，計算不同場景下，不同類型儲能的功能與容量，同時根據(jù)成本構(gòu)成，投資回報和電力市場的情況深入分析研究與評價，以期得到最佳信價比的儲能配置方案。

　　(五)微電網(wǎng)電池儲能的尷尬

　　微電網(wǎng)的“源網(wǎng)荷儲”的技術(shù)特性及對供電可靠性的要求，對儲能就提出了高的要求，微電網(wǎng)的安全性也彰顯在儲能系統(tǒng)上。從上文的電池容量可以看出，對于離網(wǎng)型微電網(wǎng)的儲能配置，由微電網(wǎng)中的負(fù)荷容量來決定;對于并網(wǎng)型的微電網(wǎng)容量，決定于分布式能源的供電成本與儲能的峰谷價差的經(jīng)濟性。

　　從目前的電池儲能的單位造價來看，微電網(wǎng)中配置儲能并無優(yōu)勢，也無經(jīng)濟性可言。對于離網(wǎng)型微電網(wǎng)而言，如果僅僅從度電的銷售來評價微電網(wǎng)與儲能的價值，這個賬更是沒有辦法算的。

　　結(jié)合電改的推進、分布式能源及微電網(wǎng)的政策，現(xiàn)階段的微電網(wǎng)發(fā)展，需要市場內(nèi)在動力。微電網(wǎng)的價值要與分布式發(fā)電及隔墻售電、電力市場輔助服務(wù)與區(qū)域的綜合能效結(jié)合起來，發(fā)揮微電網(wǎng)的系統(tǒng)價值，并能夠得到實實在在的收益，這樣自然能將儲能的應(yīng)用推向市場。

　　2018年11月7日