含光伏電源的微電網儲能控制技術探討

崔大明++李超++侯慶雷

摘 要：近年來，隨著可再生能源開發力度的不斷加大，含光伏電源的微電網的應用也得到了重視。而從微電網與主電網交換功率可控的角度出發，通過分析微電網內光伏電源出力預測誤差和負荷短期預測誤差，就可以完成微電網儲能容量的合理配置，并進行微電網交換功率與功率波動的控制，繼而實現對微電網的高效利用。因此，該研究對該種微電網儲能控制技術進行了分析，以便為關注這一話題的人們提供參考。

關鍵詞：光伏電源 微電網 儲能控制

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）08（c）-0031-02

就目前來看，含光伏電源的微電網已經成為了進行可再生能源利用的重要途徑。但在供電可靠性和電能質量方面，微電網的運行仍存在著一定的問題。而采取微電網儲能控制技術進行含光伏電源的微電網的運行控制，則可以有效提高微電網運行的可靠性，從而使該種可再生能源利用形式得到有效應用。

1 含光伏電源的微電網儲能控制問題分析

在并網運行時，由于使用了具有隨機波動性的微電源，含光伏電源的微電網會給配電網帶來電壓波動、諧波和功率波動等電能質量問題，并且容易出現與主電網功率交換不可控問題。而在孤網運行的過程中，含光伏電源的微電網也會出現功率波動等問題，以至于微電網運行的可靠性受到了影響。而采取儲能控制技術可以進行微電網與主電網交換功率的控制，并且改善微電網的電能質量，繼而使微電網的運行更加可靠[1]。因為，微電網儲能的實現，可以進行功率波動的抑制。作為微電網的后備電源，儲能的容量可以根據功率與容量的關系完成配置，從而使微電網運行的功率波動得到抑制，繼而維持微電網內功率的穩定。

2 含光伏電源的微電網儲能控制技術

2.1 微電網儲能容量配置

在含光伏電源的微電網運行的過程中，儲能容量能否得到合理配置將直接影響電網運行的可靠性和穩定性。所以，需要完成微電網儲能容量的合理配置，以便對電網內功率的穩定性進行有效控制。而微電網儲能容量的配置與兩方面的因素有關，即光伏出力預測誤差和負荷短期預測誤差。因此，還要對這兩種誤差進行分析，以便合理完成儲能容量的配置。

從理論上來講，由于含光伏電源會為微電網內負荷優先供電，所以如果光伏出力預測與負荷預測準確，電網負荷實際需求和光伏實際出力將與預測保持一致。但是，在主電網允許的情況下，光伏電源會進行功率倒送。在微電網內負荷無法完全進行光伏發電輸出功率的消納時，剩余功率將會經交流母線進入到主電網。而在光伏發電無法滿足微電網內負荷需求時，主電網又會向微電網提供多余的功率。所以，光伏電源出力應該以滿足微電網內負荷需求為標準，將缺額功率與盈余功率與主電網交換。而微電網與主電網的交換功率則為微電網有功負荷與光伏發電輸出功率之差[2]。在實際運行中，光伏發電會受到溫度、濕度和太陽輻射等多種因素的影響，微電網負荷也會受到氣象、預測方法等因素的影響。所以無論是光伏電源出力預測還是微電網負荷變化都具有隨機波動性，存在一定的隨機預測誤差。因此，想要進行微電網與主電網交換功率的控制，還要分析負荷短期預測誤差和光伏出力預測誤差。

2.2 光伏出力預測與負荷短期預測

光伏電源出力與風速、溫度、太陽輻照度和氣壓等多種因素有關，所以進行光伏出力的預測需要考慮到這些因素，以便對實際光伏出力與預測出力之間的誤差進行預測。根據這一誤差，則可以進行儲能的合理配置，從而通過采取補償預測誤差的方法消除誤差給微電網運行帶來的不良影響。在采取算法進行出力預測誤差的計算時，由于各誤差隨機變量相對獨立，并且服從同概率分布，所以預測誤差也將符合正態分布。因此在計算時，可以在誤差總體數據中隨機抽樣獲取樣本數據，并將誤差概率進行正態分布計算。

所謂的負荷短期預測，其實就是對微電網在短期內的電力需求功率進行預測，以便采取適合的儲能配置方案進行微電網內功率的有效控制。而預測結果會受到時間、氣候和經濟等多個因素的干擾，會產生相應的預測誤差。相較于微電網負荷實際需求，負荷短期預測誤差期望值較小。所以，一旦樣本數據夠大，誤差期望值將趨近零，可以為誤差概率分布分許提供便利[3]。在此基礎上，利用概率統計理論分析誤差的概率分布可以發現，負荷短期預測誤差的概率分布接近正態分布，因此可以采取正態分布進行誤差概率的計算。

2.3 微電網的儲能控制

通過分析微電網光伏出力預測與負荷短期預測的誤差，就可以利用區間估計方法進行微電網儲能的控制。具體來講，就是可以采用儲能分散配置和集中配置方式進行儲能系統的布置，并且進行電網儲能容量的配置。其中，分散配置是根據微電網內的光伏電源接入情況進行儲能系統的布置，而集中配置是將微電網內的光伏電源當做是一個整體，然后進行儲能系統的整體配置。采取分散配置方式進行電網儲能的控制，需要分別完成各個光伏電源的出力預測誤差分析，并且對電網某一區域的負荷預測誤差進行分析。而采取集中配置方式進行電網儲能控制，需要分別計算微電網內的光伏電源和負荷，以便計算儲能配置的方差。在計算的過程中，需要將微電網光伏電源整體看成是系統“負的負荷”，以便進行預測誤差的方差的計算。同樣的，微電網內整體負荷短期預測誤差的計算也采取同樣的方法。但需要注意的是，微電網的光伏電源預測誤差與負荷短期預測誤差之間并沒有聯系，可以分別進行分析和計算。

為了利用儲能系統進行微電網短期功率波動的抑制，需要以每日有光照時間段為區間進行配置容量的計算。因為，預測誤差必然有一定的隨機性，容易導致樣本誤差失信，所以需要對一定置信區間的預測誤差進行概率估計，以便獲取可信的預測誤差期望值。同時，這一期望值可以進行預測誤差期望功率的反應，因此可以用于進行儲能輸出功率的配置。但需要注意的是，想要獲取較高的置信水平，就需要進行置信區間寬度的擴大。而這樣一來，又容易導致置信區間精確度降低。因此，需要合理進行置信區間寬度的設置，以便得到精確的儲能配置容量。而采取這一方法進行儲能總配置功率的計算，可以獲得精確的配置值，從而有利于實現含光伏電源的微電網運行的經濟效益[4]。此外，采取這一方法完成微電網儲能容量的配置，也可以進行微電網與主電網功率交換的精確控制，并使微電網運行時產生的功率波動得到較好的抑制。

3 結語

總而言之，在含光伏電源的微電網并網運行或孤網運行的過程中，需要合理進行電網的儲能配置，以便對微電網與主電網交換功率和功率波動進行有效控制。因此，該研究 對含光伏電源的微電網儲能控制技術展開的探討，可以為維持電網的穩定運行提供技術指導。

參考文獻

[1] 譚興國.微電網復合儲能柔性控制技術與容量優化配置[D].濟南：山東大學，2014.

[2] 韓民曉，王皓界.直流微電網棗未來供用電領域的重要模式[J].電氣工程學報，2015（5）：1-9.

[3] 李斌，寶海龍，郭力.光儲微電網孤島系統的儲能控制策略[J].電力自動化設備，2014，34（3）：8-15.

[4] 牛煥娜，羅希，楊明皓.基于儲能水平控制的微電網能量優化調度[J].農業工程學報，2014（10）：122-130.