分布式光伏智能微电网的应用研究分析

时间：2024-07-28

王文雅

（西藏自治区能源研究示范中心，西藏拉萨 850000）

在中国太阳能资源位居第一的西藏，太阳能资源蕴藏量理论值约为6.86×1013kWh［1］，其首府拉萨因晴天多、日照时间长被称为“日光之城”，年均日照时数约为3005h。为使太阳能资源能够在西藏被高效开发利用，以解决其偏远地区电力需求问题，西藏建立了数量众多、形式各异的光伏电站，其中包括：独立离网光伏发电站、并网集中光伏发电站、风光互补光伏电站及光伏为主的多能互补智能微电网等。分布式光伏发电技术因其形式多样、接入灵活、安装容易、增减简便、结合性强等优点已成为政府、有关电力部门和科研机构的关注重点，其不断发展为西藏无电地区分散的农牧民用电提供了能源安全保障，为树立节能减排理念和推广清洁能源使用起到了很大的示范作用。因西藏地处世界屋脊的青藏高原上，其高寒高海拔的气候特征使蓄电池使用寿命相对较短，加之地广人稀农牧民流动性强的特点，常因无法并网和储能的缺位出现弃光现象和故障报修时间延迟等问题。另外，还因太阳辐照强度变化和天气阴晴不定，变幻无常，分布式光伏发电系统所具有的随机性、间歇性和波动性的特点愈发明显［2］，在大容量装机并网时，会对调节能力相对薄弱电网造成冲击，影响电网的安全稳定。为有效平衡功率、优化能量、提高安全、提升效率和保障供电发展具有自我调控能力和高效耦合多种能源的分布式光伏智能微电网就显得尤为必要。

1 光伏智能微电网简介

1.1 智能微电网概念

智能微电网包含由分布式电源（风能、光能、水能等清洁能源发电）、储能装置、能量转换装置（含双向变流器等）、用电负荷、监控系统和保护装置等构成的一种小型集发配输用功能为一体的电力系统。智能微电网既和带有负荷的分布式发电系统的有本质性区别，主要表现为其可以高效利用智能电网内不同种类能源，减少供电系统整体投入，优化资源配置，同时可以实现并网与独立运行之间的无缝切换能力，还具相应的黑启动功能［3］。在接入配电网运行中，因其自生具备发电能力、电能储能功能和众多负荷单元它既可以作为一个“虚拟”供电的电源又可以作为用电负荷。

1.2 分布式光伏智能微电网

分布式光伏智能微电网是将光伏发电模块作为智能微电网中的分布式电源，在有充足太阳能的情况下，将阳光中蕴含的能量转化为电能，通过自身调控，在控制中心的调配下，将一部分电能直接供给用户侧负载使用，一部分电能以蓄电池作为介质进行存储，富余电量通过上网供给电网。在因无太阳能和太阳能资源不足或负载过大的情况下，光伏发电不足以提供充足电能的情况下，系统将优先从蓄电池输出电能供用户侧使用，或者从电网上输配送电。具备多元化运行模式和自我调节能力的智能微电网，以友好的并网运行策略在解决光伏分布式电源安全可靠并网的同时，还能通过自身功能有效地提高电网抗灾害打击能力，保证其系统内稳定安全的电能供给，实现电力供给高效整合和优质匹配，对内外电网相互间电能功率平衡分配进行优化，如图1。

图1 拉萨某地分布式光伏智能微电网能量流动分布

2 光伏智能微电网运行分析

为进行光-储-荷一体的微电网的用能管理、预测及智能调控的研究与示范，提高可再生能源在日常办公能耗中的消耗比重，充分利用现有分布式光伏发电设施，整合发电模块，拉萨某地构建了1套分布式发电光伏系统总装机容量为45.9kWp，锂电池储能容量为240kWh的智能微网接入系统。

2.1 微网理论和实际数据

光伏电站系统效率公式：

PT=

PT:T时间内光伏电站系统效率；

ET:T时间内光伏电站发电量；

Pe：光伏装机标称容量；

hT:T时间内组件面上的峰值日照时数；

分布式智能微网电站光伏组件接入装机总容量45.9kWp，选用180 块（额定功率255Wp）多晶硅光伏组件，按照拉萨日照实数约5.5h 计算，全寿命周期20年内，综合考虑光伏组件实际发电效率、直流汇流箱及逆变器损耗后效率、交流输送效率等，理论上年均发电总量为7.3 万kWh，基本能满足办公楼年用电量。对照监控系统数据：2020 年3 月至2021 年2 月光伏能量统计为32800kWh，图2所示。

图2 2020年3月至2021年2月光伏能量统计

2.2 数据差异分析

在市电闭/断的情况下，系统可以灵活快速的实现并离网的无缝切换及电压和频率的匹配，平衡发电功率、优化电能质量，完全满足办公楼用电。

光伏发电量在2020 年3—4 月份与2021 年3—4月份相差500kWh，差距几乎不大明显，可以归结为天气的变化引起的。

光伏实际发电量低于理论年发电量的50%.发电量只节选了2020 至2021 年间的这一年的数据，随机性很大；2020 年8—9 月份因微网系统中光储混合变流器参数变化引光伏组件发电未被采集输送；2020年上半年，有部分组件汇流箱内配件烧坏而未得到及时的维修；光伏组件上面落上灰尘、鸟粪等。

2.3 建议

智能微电网的建设规模和装机容量逐步从相对单一、小型化的体系构造向着多种能源相结合的大型化的方向进展。美国最先提出了智能微电网的概念［4］，而在建设微电网示范工程上，日本却超前于世界其他国家，我国的智能微电网技术还在示范阶段发展。智能微网在不久的将来会成为一种市场化的面向用户测的末端电网，研究发展适用于西藏的光伏（或多种形式的新能源互补）智能微电网，将能源、电力、信息以互联网的形势紧密结合在一起。

一是在继续推广分布式光伏智能微电网的示范应用的同时，开发研究其他类型的清洁能源（或多种能源互补）的分布式电源；二是加强培养西藏本地智能微电网运维方面的专业技术人才，能够做到及时了解微网运行情况并读懂参数设置，一旦发现微网故障迅速寻求解决的办法；三是相应的配套设中的微小配件备需备份一份，如变流器中的电路板、汇流箱里的断路器，一旦遇到这方面的故障问题，可以减少采购运输时间，有的配件甚至已因某些原因已绝版，及时修复微网系统；四是定期清洁光伏组件。