莫志伟
肇庆电力设计院有限公司,广东 肇庆 526000
摘 要: 智能微电网技术的快速发展为远离大陆电网的海岛供电提供了一种相对低成本的供电方案。风/光/柴/蓄等各种能源的容量优化配置是微电网工程建设应用的重要内容。本文通过对海岛全年用电需求曲线、各种电源发电出力曲线进行平衡分析，在此基础上，综合考虑项目建设投资成本和日常运行维护成本，提出了含风/光/柴/蓄的微电网工程容量优化配置模型，为海岛微电网的规划设计提供了理论依据和技术支撑。
关键词:智能微电网，容量配置，负荷统计，电力电量平衡，曲线
引言
因为特殊的地理环境，A岛至今仍未能连上大陆电网，A岛目前采用火力发电，岛民只能在每天19时至23时享受短暂的用电时光，而且电力供应还不稳定。每天晚上供电4小时，每日用油约200升、发电量约150千瓦时。采用柴油发电机发电带来的供电稳定性和环境污染问题日益突出，定期补给耗费大量资源。智能微电网技术的发展成熟，为岛上居民用电带来了希望。
1 海岛用电现状分析
1.1 海岛型村庄用电水平分析
由于A岛现状限时供电，现时岛上用电无法体现真正用电需求。B岛上的村庄与本岛的村庄生活习惯相似，生活水平相近，因此，考虑以有充足稳定供电的B岛村庄的用电水平作为本岛的用电水平参考。
选取B岛上50户以上村庄样本27个，以近3年用电数据进行计算，户均最高负荷为0.27kW，户日均用电量为2.5kWh（最大4.35 kWh，最小1.07 kWh）。从统计数据分析，海岛较高用电量水平村庄的户日均用电量为3.12kWh，户均最高负荷为0.297kW。对上述村庄各月份用电量进行对比分析，6－9月为村庄用电高峰期，11月－4月为村庄用电低谷期，低谷期月用电量约为用电高峰期月用电量的55%左右。
2 负荷预测
2.1 负荷预测方法及预测结果
目前，岛上的用电负荷包括两条村庄的居民用电和一间小型酒店（20间客房）的商业用电。考虑到该岛具备一定的旅游资源，若岛上能提供充足的电力供应，中远期岛上旅游商业用电应有较大增长。岛上居民主要以出海捕鱼为生，考虑近期新增渔业相关的产业用电负荷。
负荷预测方法采用类比法，参考当地类似用户的负荷指标，制定海岛用户的用电指标。
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预测近期全岛夏大日用电量为1327kWh，最高负荷约92kW，冬小日用电量约为夏大日的55%左右，预测日用电量为760kWh。预测远期全岛夏大日均用电量为2432kWh，最高负荷约150kW，冬小日均用电量约为夏大日的55%左右，预测日均用电量为1340kWh。
2.2 典型用电曲线
选取一批地理位置与本岛用户相近，用电性质相近，规模接近的用户2017年的用电数据进行分析，拟合出本岛夏大和冬小月份的典型用电曲线。
由典型曲线推算，夏季用电高峰日晚间用电量约为805kwh，日间用电量约为496kwh。冬季用电高峰日晚间用电量约为359kwh，日间用电量约为323kwh。
从典型日用电曲线可以看出，夏季的用电高峰在晚上，而冬季的用电高峰在傍晚。
3 发电系统配置及电力平衡分析
3.1 自然资源条件
海岛上风能资源、太阳能资源较好，具备开发利用条件。从政府部门可以收集到海岛附近的风光资源监测记录。
3.2 出力曲线
1、光伏电站：
目前能源密度较高的光伏面板，单板额定功率普遍为300wp左右。光伏电站典型出力特性曲线类似抛物线。
2、风力发电机：
目前国内小型风力发电机主要有3大类，一是水平轴风力发电机、二是垂直轴风力发电机，三是采用震动原理发电的所谓震动棒风力发电机。
综合考虑各种风机的技术特点，同时考虑设备运输、安装等方面的情况，项目拟选用50kW的风力发电机，风机出力和发电量曲线可以从生产厂家收集到。
3.3 发电系统配置
本期项目计划在海岛上建设集风、光、柴、储一体的独立型微电网。根据海岛每天的负荷需求预测曲线，参考当地2017年每天的日照时数和平均风速，对各种电源出力和负荷用电需求进行平衡计算，按满足晴朗天气日用电量需求及电池充电需求边界条件确定光伏电站装机容量：按阴雨天气无光、无风、无其他电源供电时，满足全部负荷1天用电需求边界条件来确定储能电池的容量。连续多天出现无光、无风的天气时，储能电池容量利用完毕后，由柴油发电机提供电力供应。
经综合平衡后，拟定建设130kW光伏发电系统2套、50kW风力发电系统2套、300kW/650kWh磷酸铁锂储能系统2套，150kW/20.6F 超级电容1套；150kw柴油发电机1套，通过低压配电柜接入系统，形成包含风、光、柴、储的微电网发电系统。
本系统以光伏+储能供电为主，风力发电为辅，柴油发电机作备用。
3.4 系统出力特性和电力电量平衡
根据海岛光照和风力资源，模拟典型月份光伏电站、风力发电机组的出力及用户用电、电池放电的电力平衡，拟合曲线如下。
夏大用电高峰时典型月份电力平衡月曲线如下：
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图1 夏大典型月份电力平衡图
光照充足时，日间用电可由光伏电站出力满足，光伏电站多余出力同时向储能电池充电。晚间无风或风电出力不足时，由储能电池放电，满足负荷用电。当遇到光伏、风电出力不足，并且储能系统全部放电后都未能满足负荷用电时，则需要启动柴油机供电（满足负荷用电后向储能系统充电）。
根据岛上的日照、风力资源情况，冬季容易出现连续多天的少风、少光天气(如1月12－18日)。在光、风出力不足时，先由储能电池放电，满足负荷用电，储能系统全部放电后都未能满足负荷用电时，则需要启动柴油机供电（满足负荷用电后向储能系统充电）。
冬季风资源相对较好，能在一定程度上弥补冬季出现的连续多天光照不足时光伏出力不足的问题，减少柴油发电机的启动时间。
根据2017年风、光资源情况，结合电力平衡分析结果，预计该微电网方案中柴油发电机年启动天数约12天，年耗油量为11000L。
4 结语
多种能源互补的微电网供电模式，是解决未来海岛供电问题的有效途径之一。本文对离网型智能微电网项目进行负荷、发电量统计，并对其所在区域气象条件分析，得出计算风、光、储等电源出力的多个边界条件。通过对海岛全年用电需求曲线、各种电源发电出力曲线进行平衡分析，在此基础上，综合考虑项目建设投资成本和日常运行维护成本，提出了含风/光/柴/蓄的微电网工程容量优化配置模型，为海岛微电网的规划设计提供了理论依据和技术支撑。希望本文所描述的工程研究对象和内容对微电网项目的建设有所帮助，更希望随着技术的发展，储能电池的成本能大幅降低，使储能电池能进行大规模配置，这对新能源时代整个大电网的安全稳定运行有着极其重要的意义。
参考文献
[1] 陈敏. 微电网系统储能电池最佳容量配置估算法.太阳能，2018（2）.