分布式光伏智能微電網(wǎng)的應(yīng)用研究分析

王文雅

（西藏自治區(qū)能源研究示范中心，西藏 拉薩 850000）

在中國太陽能資源位居第一的西藏，太陽能資源蘊藏量理論值約為6.86×1013kWh［1］，其首府拉薩因晴天多、日照時間長被稱為“日光之城”，年均日照時數(shù)約為3005h。為使太陽能資源能夠在西藏被高效開發(fā)利用，以解決其偏遠地區(qū)電力需求問題，西藏建立了數(shù)量眾多、形式各異的光伏電站，其中包括：獨立離網(wǎng)光伏發(fā)電站、并網(wǎng)集中光伏發(fā)電站、風(fēng)光互補光伏電站及光伏為主的多能互補智能微電網(wǎng)等。分布式光伏發(fā)電技術(shù)因其形式多樣、接入靈活、安裝容易、增減簡便、結(jié)合性強等優(yōu)點已成為政府、有關(guān)電力部門和科研機構(gòu)的關(guān)注重點，其不斷發(fā)展為西藏?zé)o電地區(qū)分散的農(nóng)牧民用電提供了能源安全保障，為樹立節(jié)能減排理念和推廣清潔能源使用起到了很大的示范作用。因西藏地處世界屋脊的青藏高原上，其高寒高海拔的氣候特征使蓄電池使用壽命相對較短，加之地廣人稀農(nóng)牧民流動性強的特點，常因無法并網(wǎng)和儲能的缺位出現(xiàn)棄光現(xiàn)象和故障報修時間延遲等問題。另外，還因太陽輻照強度變化和天氣陰晴不定，變幻無常，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)所具有的隨機性、間歇性和波動性的特點愈發(fā)明顯［2］，在大容量裝機并網(wǎng)時，會對調(diào)節(jié)能力相對薄弱電網(wǎng)造成沖擊，影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。為有效平衡功率、優(yōu)化能量、提高安全、提升效率和保障供電發(fā)展具有自我調(diào)控能力和高效耦合多種能源的分布式光伏智能微電網(wǎng)就顯得尤為必要。

1 光伏智能微電網(wǎng)簡介

1.1 智能微電網(wǎng)概念

智能微電網(wǎng)包含由分布式電源（風(fēng)能、光能、水能等清潔能源發(fā)電）、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置（含雙向變流器等）、用電負荷、監(jiān)控系統(tǒng)和保護裝置等構(gòu)成的一種小型集發(fā)配輸用功能為一體的電力系統(tǒng)。智能微電網(wǎng)既和帶有負荷的分布式發(fā)電系統(tǒng)的有本質(zhì)性區(qū)別，主要表現(xiàn)為其可以高效利用智能電網(wǎng)內(nèi)不同種類能源，減少供電系統(tǒng)整體投入，優(yōu)化資源配置，同時可以實現(xiàn)并網(wǎng)與獨立運行之間的無縫切換能力，還具相應(yīng)的黑啟動功能［3］。在接入配電網(wǎng)運行中，因其自生具備發(fā)電能力、電能儲能功能和眾多負荷單元它既可以作為一個“虛擬”供電的電源又可以作為用電負荷。

1.2 分布式光伏智能微電網(wǎng)

分布式光伏智能微電網(wǎng)是將光伏發(fā)電模塊作為智能微電網(wǎng)中的分布式電源，在有充足太陽能的情況下，將陽光中蘊含的能量轉(zhuǎn)化為電能，通過自身調(diào)控，在控制中心的調(diào)配下，將一部分電能直接供給用戶側(cè)負載使用，一部分電能以蓄電池作為介質(zhì)進行存儲，富余電量通過上網(wǎng)供給電網(wǎng)。在因無太陽能和太陽能資源不足或負載過大的情況下，光伏發(fā)電不足以提供充足電能的情況下，系統(tǒng)將優(yōu)先從蓄電池輸出電能供用戶側(cè)使用，或者從電網(wǎng)上輸配送電。具備多元化運行模式和自我調(diào)節(jié)能力的智能微電網(wǎng)，以友好的并網(wǎng)運行策略在解決光伏分布式電源安全可靠并網(wǎng)的同時，還能通過自身功能有效地提高電網(wǎng)抗災(zāi)害打擊能力，保證其系統(tǒng)內(nèi)穩(wěn)定安全的電能供給，實現(xiàn)電力供給高效整合和優(yōu)質(zhì)匹配，對內(nèi)外電網(wǎng)相互間電能功率平衡分配進行優(yōu)化，如圖1。

圖1 拉薩某地分布式光伏智能微電網(wǎng)能量流動分布

2 光伏智能微電網(wǎng)運行分析

為進行光-儲-荷一體的微電網(wǎng)的用能管理、預(yù)測及智能調(diào)控的研究與示范，提高可再生能源在日常辦公能耗中的消耗比重，充分利用現(xiàn)有分布式光伏發(fā)電設(shè)施，整合發(fā)電模塊，拉薩某地構(gòu)建了1套分布式發(fā)電光伏系統(tǒng)總裝機容量為45.9kWp，鋰電池儲能容量為240kWh的智能微網(wǎng)接入系統(tǒng)。

2.1 微網(wǎng)理論和實際數(shù)據(jù)

光伏電站系統(tǒng)效率公式：

PT=

PT:T時間內(nèi)光伏電站系統(tǒng)效率；

ET:T時間內(nèi)光伏電站發(fā)電量；

Pe：光伏裝機標稱容量；

hT:T時間內(nèi)組件面上的峰值日照時數(shù)；

分布式智能微網(wǎng)電站光伏組件接入裝機總?cè)萘?5.9kWp，選用180 塊（額定功率255Wp）多晶硅光伏組件，按照拉薩日照實數(shù)約5.5h 計算，全壽命周期20年內(nèi)，綜合考慮光伏組件實際發(fā)電效率、直流匯流箱及逆變器損耗后效率、交流輸送效率等，理論上年均發(fā)電總量為7.3 萬kWh，基本能滿足辦公樓年用電量。對照監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)：2020 年3 月至2021 年2 月光伏能量統(tǒng)計為32800kWh，圖2所示。

圖2 2020年3月至2021年2月光伏能量統(tǒng)計

2.2 數(shù)據(jù)差異分析

在市電閉/斷的情況下，系統(tǒng)可以靈活快速的實現(xiàn)并離網(wǎng)的無縫切換及電壓和頻率的匹配，平衡發(fā)電功率、優(yōu)化電能質(zhì)量，完全滿足辦公樓用電。

光伏發(fā)電量在2020 年3—4 月份與2021 年3—4月份相差500kWh，差距幾乎不大明顯，可以歸結(jié)為天氣的變化引起的。

光伏實際發(fā)電量低于理論年發(fā)電量的50%.發(fā)電量只節(jié)選了2020 至2021 年間的這一年的數(shù)據(jù)，隨機性很大；2020 年8—9 月份因微網(wǎng)系統(tǒng)中光儲混合變流器參數(shù)變化引光伏組件發(fā)電未被采集輸送；2020年上半年，有部分組件匯流箱內(nèi)配件燒壞而未得到及時的維修；光伏組件上面落上灰塵、鳥糞等。

2.3 建議

智能微電網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模和裝機容量逐步從相對單一、小型化的體系構(gòu)造向著多種能源相結(jié)合的大型化的方向進展。美國最先提出了智能微電網(wǎng)的概念［4］，而在建設(shè)微電網(wǎng)示范工程上，日本卻超前于世界其他國家，我國的智能微電網(wǎng)技術(shù)還在示范階段發(fā)展。智能微網(wǎng)在不久的將來會成為一種市場化的面向用戶測的末端電網(wǎng)，研究發(fā)展適用于西藏的光伏（或多種形式的新能源互補）智能微電網(wǎng)，將能源、電力、信息以互聯(lián)網(wǎng)的形勢緊密結(jié)合在一起。

一是在繼續(xù)推廣分布式光伏智能微電網(wǎng)的示范應(yīng)用的同時，開發(fā)研究其他類型的清潔能源（或多種能源互補）的分布式電源；二是加強培養(yǎng)西藏本地智能微電網(wǎng)運維方面的專業(yè)技術(shù)人才，能夠做到及時了解微網(wǎng)運行情況并讀懂參數(shù)設(shè)置，一旦發(fā)現(xiàn)微網(wǎng)故障迅速尋求解決的辦法；三是相應(yīng)的配套設(shè)中的微小配件備需備份一份，如變流器中的電路板、匯流箱里的斷路器，一旦遇到這方面的故障問題，可以減少采購運輸時間，有的配件甚至已因某些原因已絕版，及時修復(fù)微網(wǎng)系統(tǒng)；四是定期清潔光伏組件。

3 結(jié)論

光伏智能微電網(wǎng)能夠?qū)嵤┍O(jiān)控電池單體信息和運行數(shù)據(jù)，實施平臺調(diào)度，時時進行系統(tǒng)并網(wǎng)運行管理的遠程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，減少不必要的人工采集數(shù)據(jù)和故障分析。對今后有效利用可再生能源、節(jié)能減排、提高西藏農(nóng)牧區(qū)用電水平，減少對電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的沖擊意義深遠。