海島智能微電網(wǎng)能量管理研究

楊鵬程（南京師范大學(xué)，江蘇 南京）

海島智能微電網(wǎng)能量管理研究

楊鵬程（南京師范大學(xué)，江蘇 南京）

主要闡述海島智能微電網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并針對不同的環(huán)境條件，提出合適的能量管理系統(tǒng)方案，并簡述目前海島微電網(wǎng)的發(fā)展，概述智能微電網(wǎng)建設(shè)的重要性。

海島；智能微電網(wǎng)；能量管理系統(tǒng)

海島微電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展的過程中，由于可再生能源出力的隨機(jī)型與間歇性，導(dǎo)致微電網(wǎng)能量管理的難度增大。要保證微電網(wǎng)內(nèi)部運(yùn)行的穩(wěn)定，需要合理的能量管理系統(tǒng)。文獻(xiàn)[1]針對微電網(wǎng)能量管理的現(xiàn)狀，闡述了微電網(wǎng)能量管理的進(jìn)展。文獻(xiàn)[2-3]針對微電網(wǎng)研究對象，提出微電網(wǎng)能量管理方案，包括日前經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度與日內(nèi)調(diào)度2階段。

1 海島智能微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

海島智能微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由可再生能源發(fā)電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能蓄電池、海水淡化系統(tǒng)、負(fù)荷及能量管理系統(tǒng)組成。

（1）海島上可再生能源主要是以風(fēng)能、太陽能以及波浪能為主，通過光伏組件、風(fēng)機(jī)、振蕩水柱式波能裝置進(jìn)行發(fā)電，提高可再生能源利用率。（2）柴油發(fā)電機(jī)主要是保證可再生能源出力不足情況時(shí)，保證系統(tǒng)重要負(fù)荷能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。（3）儲(chǔ)能蓄電池可以采用多種蓄電池進(jìn)行儲(chǔ)能包括鉛酸蓄電池、鋰離子電池等，主要用于微電網(wǎng)中負(fù)荷曲線平滑、實(shí)現(xiàn)削峰填谷等。（4）海水淡化系統(tǒng)即用于海島居民日常用水，又用于平抑可再生能源出力的隨機(jī)性。（5）負(fù)荷主要包括重要負(fù)荷、一般居民負(fù)荷。（6）能量管理系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)海島微電網(wǎng)中可再生能源發(fā)電控制、儲(chǔ)能充放電控制、柴油發(fā)電機(jī)啟停控制、海水淡化系統(tǒng)機(jī)組啟停控制等。

2 海島智能微電網(wǎng)能量管理

2.1 海島智能微電網(wǎng)能量管理概述

該能量管理系統(tǒng)主要由多時(shí)間尺度能量管理與時(shí)刻保證系統(tǒng)功率平衡組成。多時(shí)間尺度能量管理主要根據(jù)預(yù)測的光伏出力、風(fēng)機(jī)出力、波浪能發(fā)電機(jī)出力以及蓄電池的荷電狀態(tài)來制定海水淡化系統(tǒng)中機(jī)組啟停計(jì)劃。時(shí)刻保證系統(tǒng)功率主要是根據(jù)檢測到可再生能源實(shí)際出力情況、蓄電池的荷電狀態(tài)為主要指標(biāo)，通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功率平衡。

2.2 海水淡化系統(tǒng)機(jī)組啟停臺(tái)數(shù)

多時(shí)間尺度的能量管理以小時(shí)為單位計(jì)劃管理。能量管理系統(tǒng)每15min預(yù)測一次光照強(qiáng)度、風(fēng)速以及波高，但每次都未來一小時(shí)內(nèi)的可再生能源的數(shù)據(jù)。能量管理系統(tǒng)根據(jù)預(yù)測的光照強(qiáng)度、風(fēng)度以及波高，估計(jì)光伏陣列、風(fēng)電機(jī)組、波浪能機(jī)組的輸出功率。根據(jù)可再生能源輸出功率及儲(chǔ)能蓄電池允許的充放電功率，制定海水淡化系統(tǒng)機(jī)組的啟停計(jì)劃。

由于可再生能源出力的隨機(jī)性與間歇性及蓄電池荷電狀態(tài)的不同，海水淡化系統(tǒng)機(jī)組的啟停計(jì)劃有所差別。本文主要考慮三種不同的環(huán)境資源情況，提出通過采用可再生能源出力與負(fù)荷所需功率之間的差值大小來表示風(fēng)光波資源條件的好壞，結(jié)合居民未來一小時(shí)用水量及蓄水池現(xiàn)有蓄水量，確定能量管理方案。

定義凈功率Pnet(t)，即

式中，Pwa(t)為t小時(shí)波浪能出力，Ppv(t)為t小時(shí)光伏出力，Pwi(t)為t小時(shí)風(fēng)機(jī)出力，Pro(t)為t小時(shí)常規(guī)負(fù)荷功率。

2.3 海島智能微電網(wǎng)能量控制策略

由于柴油發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能蓄電池及海水淡化系統(tǒng)機(jī)組的運(yùn)行功率在一頂允許范圍內(nèi)都具有可調(diào)控性，綜合考慮系統(tǒng)可靠性以及優(yōu)先使用可再生能源的發(fā)電功率，當(dāng)預(yù)測凈功率Pnet(t)＞0時(shí)，表明下一刻風(fēng)光波資源充足，可再生能源出力能夠滿足當(dāng)前系統(tǒng)負(fù)荷功率需求，此時(shí)開啟海水淡化系統(tǒng)中所有機(jī)組來消耗剩余功率避免造成能源浪費(fèi)；當(dāng)預(yù)測凈功率Pnet(t)=0時(shí)，表明下一刻風(fēng)光波資源剛好，可再生能源出力剛好滿足負(fù)荷功率需求，海水淡化系統(tǒng)在滿足居民需求的前提下，不需進(jìn)行啟停動(dòng)作；當(dāng)預(yù)測凈功率Pnet(t)＜0時(shí)，表明下一刻風(fēng)光波資源較差，可再生能源出力不能滿足負(fù)荷功率需求，此時(shí)在滿足居民生活水的前提下，減少海水淡化機(jī)組啟停數(shù)量，若還不能滿足需求，儲(chǔ)能蓄電池開始放電，若此時(shí)剛好能夠滿足則柴油發(fā)電機(jī)無需工作。

3 海島智能微電網(wǎng)的發(fā)展

其海島微電網(wǎng)的特點(diǎn)：（1）可再生能源往往比較豐富；（2）海上交通受天氣影響較大，柴油運(yùn)輸困難；（3）供能系統(tǒng)相對落后，制約其經(jīng)濟(jì)發(fā)展；（4）軍用型海島對供電可靠性要求高。因此建設(shè)海島微電網(wǎng)時(shí)主要面臨的挑戰(zhàn)：可再生能源出力的隨機(jī)性對電網(wǎng)擾動(dòng)頻繁且影響大；荷的投切造成的擾動(dòng)對電網(wǎng)穩(wěn)定性威脅較大；系統(tǒng)主要為獨(dú)立型微電網(wǎng)，不適合建設(shè)大中型旋轉(zhuǎn)機(jī)組，主要以小型為主，抗擾動(dòng)性低。因此針對上述問題，建設(shè)海島智能微電網(wǎng)及能量管理系統(tǒng)具有一定的意義。

[1]王少波，祖其武，牛玉剛.微電網(wǎng)能量管理研究[J].電氣自動(dòng)化，2016，38（4）：80-82.

[2]馮江華，趙新，蘇展.獨(dú)立運(yùn)行微網(wǎng)系統(tǒng)的能量管理策略研究[J].中國電力，2016，4（8）：81-86.

[3]張海濤，秦文萍，韓肖清，等.多時(shí)間尺度微電網(wǎng)能量管理優(yōu)化調(diào)度方案[J].電網(wǎng)技術(shù)，2017，5：1533-08.

楊鵬程（1992-），男，漢族，江蘇鹽城人，學(xué)生，工程碩士，單位：南京師范大學(xué)南瑞電氣與自動(dòng)化學(xué)院電氣工程專業(yè)，研究方向：新能源發(fā)電