引言

可再生能源發(fā)電具有波動(dòng)性和間歇性的特點(diǎn),所以高比例接入電網(wǎng)會(huì)引起電壓和頻率波動(dòng)等電能質(zhì)量問(wèn)題。在微電網(wǎng)中接入儲(chǔ)能設(shè)備是一種行之有效的解決方案。目前,一種儲(chǔ)能介質(zhì)很難滿足電網(wǎng)對(duì)儲(chǔ)能的多維度和多尺度要求,而由磷酸鐵鋰電池和超級(jí)電容器組成的復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)（Hybrid Energy Storage System,HESS）兼具高能量密度和高功率密度特性,因此,研究基于能量型儲(chǔ)能和功率型儲(chǔ)能的復(fù)合儲(chǔ)能的微電網(wǎng)具有極其重要的意義。

可再生能源互補(bǔ)發(fā)電優(yōu)化建模軟件(Hybrid Optimiz-ation Model for Electrlc Renewable,H0MER）是用于微電網(wǎng)組件容量初級(jí)配置研究的經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析軟件。H0MER可以對(duì)小時(shí)級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真,時(shí)間尺度較大,因此,利用H0MER軟件對(duì)微電網(wǎng)中的復(fù)合儲(chǔ)能總體容量進(jìn)行初級(jí)配置,就可以得到經(jīng)濟(jì)條件最優(yōu)下的儲(chǔ)能電池總體容量配置。

1拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖1為一個(gè)典型的微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),該微電網(wǎng)主要包括:磷酸鐵鋰電池和變流器組成的儲(chǔ)能系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)以及各種交流負(fù)荷。

首先,根據(jù)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案在H0MER軟件中搭建仿真模型,依次添加光伏電池(PV）、風(fēng)力發(fā)電機(jī)(Generic）、蓄電池(H3000）、交流負(fù)荷(1oad）以及變流器(Converter）。該微電網(wǎng)并網(wǎng)模式下仿真示意圖如圖2所示。

圖2微電網(wǎng)并網(wǎng)模式仿真結(jié)構(gòu)圖

2基本組件

微電網(wǎng)組件的容量?jī)?yōu)化配置需要根據(jù)所在地的地理位置、氣象條件、電網(wǎng)資料等來(lái)確定各組件類型、功率和容量等參數(shù)。本文主要從經(jīng)濟(jì)性考慮,相關(guān)經(jīng)濟(jì)參數(shù)設(shè)置

如表1所示。

若微電網(wǎng)設(shè)計(jì)壽命為25年,由表1可知,在微電網(wǎng)壽命周期內(nèi)僅光伏電池不用置換。除表1所述參數(shù)外,其他參數(shù)如下:(1）光伏發(fā)電的占地面積約為每10kw占地100m2,由于工程土地資源限制,允許的光伏發(fā)電最大裝機(jī)容量為400kw。仿真中光伏電池發(fā)電容量的決策變量設(shè)置為0/50/100/150/200/250/300/350/400kw。(2）每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定容量為10kw,風(fēng)力發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)的決策變量設(shè)置為0、5、10、15、20。(3）所用電池單體標(biāo)稱電壓為2V,標(biāo)稱容量為3000Ah(6kw·h）,s0C限值為30%～100%,但實(shí)際使用中電池最大s0C通常為85%。每10個(gè)電池單體串聯(lián)形成電池組,電池組間采用并聯(lián)形式,電池組設(shè)置為0、5、10、15、20。(4）設(shè)置變流器的整流效率和逆變效率均為95%,變流器容量的決策變量為50/100/150/200kw。

3可再生能源存量

根據(jù)地理位置坐標(biāo),從美國(guó)宇航局(NASA）的相關(guān)網(wǎng)站( HYPERLINK "https://power.larc.nasa.gov/" ）上獲取所需歷史氣象資料。某地區(qū)坐標(biāo)為東經(jīng)119●60'、北緯32●30',這里獲取了該地2015一2019年的氣象數(shù)據(jù)并取月平均值。表2所示為按月統(tǒng)計(jì)所得平均太陽(yáng)輻照度s、清晰度指數(shù)k(空氣的清濁程度）以及50m高度風(fēng)速數(shù)據(jù),由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知該地太陽(yáng)能和風(fēng)能資源較為豐富。

將統(tǒng)計(jì)得到的太陽(yáng)能和風(fēng)能資源數(shù)據(jù)輸入到HOMER中相應(yīng)的So1arresource和windresource配置組件中。為了盡可能模擬得到較為準(zhǔn)確的出力曲線,在光伏組件中日輻照度敏感值(平均輻照度數(shù)值）分別取3.995、4.995和5.995,當(dāng)日輻照度敏感值取4.995時(shí),太陽(yáng)能資源分布情況如圖3所示。同理,在風(fēng)電組件中風(fēng)速的敏感值(平均風(fēng)速數(shù)值）分別取4.620、5.620和6.620,當(dāng)風(fēng)速敏感值取5.620時(shí),風(fēng)能資源分布情況如圖4所示。

4仿真分析

在微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行模式下,按照全壽命周期凈現(xiàn)成本最低選擇微電網(wǎng)組件的配置方案,并以儲(chǔ)能容量最大值作為最終的儲(chǔ)能容量設(shè)定值。微電網(wǎng)組件配置中,要考慮以下幾個(gè)因素:(1）電價(jià),包括購(gòu)電電價(jià)和售電電價(jià)(上網(wǎng)電價(jià)）:(2）電量交互,包括微電網(wǎng)向大電網(wǎng)購(gòu)售電電量和功率限制。

圖5(a）所示為并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率為10kw時(shí),風(fēng)/光/儲(chǔ)不同配置下總凈現(xiàn)成本與風(fēng)速及太陽(yáng)輻照度的相關(guān)性:當(dāng)并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率為20kw時(shí),相關(guān)性保持一致,這里不再圖示。圖5(b）所示為當(dāng)示范區(qū)年平均太陽(yáng)輻照度以及50m高度風(fēng)速分別為5.99m/s和6.62m/s時(shí),各組件具體配置情況及各成本組成。

該條件下的風(fēng)/光/儲(chǔ)等組件最優(yōu)配置結(jié)果如表3所示。該配置結(jié)果下,在微電網(wǎng)全壽命周期內(nèi),當(dāng)聯(lián)絡(luò)線功率為10kw時(shí)系統(tǒng)總凈現(xiàn)成本最低為491960美元,電池容量選擇為50×6kw·h。當(dāng)聯(lián)絡(luò)線功率為20kw時(shí),不需要電池儲(chǔ)能,所以本文不再分析討論。各組件經(jīng)濟(jì)參數(shù)分布如圖6所示。

圖7所示為12個(gè)月內(nèi)電池SOC平均每小時(shí)變化曲線,由曲線可知全年電池SOC變化范圍在本仿真模型所選電池SOC限值范圍30%～100%內(nèi),所以可避免出現(xiàn)電池過(guò)充、過(guò)放現(xiàn)象,但SOC處于高限值的時(shí)間段相對(duì)較長(zhǎng)。

綜合分析微電網(wǎng)孤島運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行各自得到的最佳儲(chǔ)能容量,取儲(chǔ)能容量最大值可知:當(dāng)微電網(wǎng)具有孤島和并網(wǎng)兩種運(yùn)行模式時(shí),得到儲(chǔ)能最佳容量為100×6kw·h,系統(tǒng)總凈現(xiàn)成本為574256美元。

5結(jié)語(yǔ)

本文分析了影響微電網(wǎng)組件配置的主要因素,選取某地區(qū)含有風(fēng)/光/儲(chǔ)電源的微電網(wǎng)進(jìn)行分析,得到了儲(chǔ)能容量的初級(jí)配置結(jié)果。根據(jù)所獲得的某地可再生能源存量的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件,設(shè)定微電網(wǎng)電源優(yōu)化配置變量、系統(tǒng)性能以及聯(lián)絡(luò)線交互功率等約束條件,基于HOMER軟件進(jìn)行全年8760h的小時(shí)級(jí)仿真,在微電網(wǎng)全壽命周期(25年）凈現(xiàn)成本最低的優(yōu)化指標(biāo)下,得到滿足設(shè)計(jì)微電網(wǎng)要求的風(fēng)/光/儲(chǔ)優(yōu)化配置組合,并得到了儲(chǔ)能容量的初級(jí)配置結(jié)果。