含光伏電源的微電網(wǎng)儲(chǔ)能控制技術(shù)探討

崔大明++李超++侯慶雷

摘 要：近年來(lái)，隨著可再生能源開(kāi)發(fā)力度的不斷加大，含光伏電源的微電網(wǎng)的應(yīng)用也得到了重視。而從微電網(wǎng)與主電網(wǎng)交換功率可控的角度出發(fā)，通過(guò)分析微電網(wǎng)內(nèi)光伏電源出力預(yù)測(cè)誤差和負(fù)荷短期預(yù)測(cè)誤差，就可以完成微電網(wǎng)儲(chǔ)能容量的合理配置，并進(jìn)行微電網(wǎng)交換功率與功率波動(dòng)的控制，繼而實(shí)現(xiàn)對(duì)微電網(wǎng)的高效利用。因此，該研究對(duì)該種微電網(wǎng)儲(chǔ)能控制技術(shù)進(jìn)行了分析，以便為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

關(guān)鍵詞：光伏電源 微電網(wǎng) 儲(chǔ)能控制

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）08（c）-0031-02

就目前來(lái)看，含光伏電源的微電網(wǎng)已經(jīng)成為了進(jìn)行可再生能源利用的重要途徑。但在供電可靠性和電能質(zhì)量方面，微電網(wǎng)的運(yùn)行仍存在著一定的問(wèn)題。而采取微電網(wǎng)儲(chǔ)能控制技術(shù)進(jìn)行含光伏電源的微電網(wǎng)的運(yùn)行控制，則可以有效提高微電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，從而使該種可再生能源利用形式得到有效應(yīng)用。

1 含光伏電源的微電網(wǎng)儲(chǔ)能控制問(wèn)題分析

在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，由于使用了具有隨機(jī)波動(dòng)性的微電源，含光伏電源的微電網(wǎng)會(huì)給配電網(wǎng)帶來(lái)電壓波動(dòng)、諧波和功率波動(dòng)等電能質(zhì)量問(wèn)題，并且容易出現(xiàn)與主電網(wǎng)功率交換不可控問(wèn)題。而在孤網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程中，含光伏電源的微電網(wǎng)也會(huì)出現(xiàn)功率波動(dòng)等問(wèn)題，以至于微電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性受到了影響。而采取儲(chǔ)能控制技術(shù)可以進(jìn)行微電網(wǎng)與主電網(wǎng)交換功率的控制，并且改善微電網(wǎng)的電能質(zhì)量，繼而使微電網(wǎng)的運(yùn)行更加可靠[1]。因?yàn)?，微電網(wǎng)儲(chǔ)能的實(shí)現(xiàn)，可以進(jìn)行功率波動(dòng)的抑制。作為微電網(wǎng)的后備電源，儲(chǔ)能的容量可以根據(jù)功率與容量的關(guān)系完成配置，從而使微電網(wǎng)運(yùn)行的功率波動(dòng)得到抑制，繼而維持微電網(wǎng)內(nèi)功率的穩(wěn)定。

2 含光伏電源的微電網(wǎng)儲(chǔ)能控制技術(shù)

2.1 微電網(wǎng)儲(chǔ)能容量配置

在含光伏電源的微電網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程中，儲(chǔ)能容量能否得到合理配置將直接影響電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。所以，需要完成微電網(wǎng)儲(chǔ)能容量的合理配置，以便對(duì)電網(wǎng)內(nèi)功率的穩(wěn)定性進(jìn)行有效控制。而微電網(wǎng)儲(chǔ)能容量的配置與兩方面的因素有關(guān)，即光伏出力預(yù)測(cè)誤差和負(fù)荷短期預(yù)測(cè)誤差。因此，還要對(duì)這兩種誤差進(jìn)行分析，以便合理完成儲(chǔ)能容量的配置。

從理論上來(lái)講，由于含光伏電源會(huì)為微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷優(yōu)先供電，所以如果光伏出力預(yù)測(cè)與負(fù)荷預(yù)測(cè)準(zhǔn)確，電網(wǎng)負(fù)荷實(shí)際需求和光伏實(shí)際出力將與預(yù)測(cè)保持一致。但是，在主電網(wǎng)允許的情況下，光伏電源會(huì)進(jìn)行功率倒送。在微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷無(wú)法完全進(jìn)行光伏發(fā)電輸出功率的消納時(shí)，剩余功率將會(huì)經(jīng)交流母線進(jìn)入到主電網(wǎng)。而在光伏發(fā)電無(wú)法滿足微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷需求時(shí)，主電網(wǎng)又會(huì)向微電網(wǎng)提供多余的功率。所以，光伏電源出力應(yīng)該以滿足微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷需求為標(biāo)準(zhǔn)，將缺額功率與盈余功率與主電網(wǎng)交換。而微電網(wǎng)與主電網(wǎng)的交換功率則為微電網(wǎng)有功負(fù)荷與光伏發(fā)電輸出功率之差[2]。在實(shí)際運(yùn)行中，光伏發(fā)電會(huì)受到溫度、濕度和太陽(yáng)輻射等多種因素的影響，微電網(wǎng)負(fù)荷也會(huì)受到氣象、預(yù)測(cè)方法等因素的影響。所以無(wú)論是光伏電源出力預(yù)測(cè)還是微電網(wǎng)負(fù)荷變化都具有隨機(jī)波動(dòng)性，存在一定的隨機(jī)預(yù)測(cè)誤差。因此，想要進(jìn)行微電網(wǎng)與主電網(wǎng)交換功率的控制，還要分析負(fù)荷短期預(yù)測(cè)誤差和光伏出力預(yù)測(cè)誤差。

2.2 光伏出力預(yù)測(cè)與負(fù)荷短期預(yù)測(cè)

光伏電源出力與風(fēng)速、溫度、太陽(yáng)輻照度和氣壓等多種因素有關(guān)，所以進(jìn)行光伏出力的預(yù)測(cè)需要考慮到這些因素，以便對(duì)實(shí)際光伏出力與預(yù)測(cè)出力之間的誤差進(jìn)行預(yù)測(cè)。根據(jù)這一誤差，則可以進(jìn)行儲(chǔ)能的合理配置，從而通過(guò)采取補(bǔ)償預(yù)測(cè)誤差的方法消除誤差給微電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)的不良影響。在采取算法進(jìn)行出力預(yù)測(cè)誤差的計(jì)算時(shí)，由于各誤差隨機(jī)變量相對(duì)獨(dú)立，并且服從同概率分布，所以預(yù)測(cè)誤差也將符合正態(tài)分布。因此在計(jì)算時(shí)，可以在誤差總體數(shù)據(jù)中隨機(jī)抽樣獲取樣本數(shù)據(jù)，并將誤差概率進(jìn)行正態(tài)分布計(jì)算。

所謂的負(fù)荷短期預(yù)測(cè)，其實(shí)就是對(duì)微電網(wǎng)在短期內(nèi)的電力需求功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，以便采取適合的儲(chǔ)能配置方案進(jìn)行微電網(wǎng)內(nèi)功率的有效控制。而預(yù)測(cè)結(jié)果會(huì)受到時(shí)間、氣候和經(jīng)濟(jì)等多個(gè)因素的干擾，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的預(yù)測(cè)誤差。相較于微電網(wǎng)負(fù)荷實(shí)際需求，負(fù)荷短期預(yù)測(cè)誤差期望值較小。所以，一旦樣本數(shù)據(jù)夠大，誤差期望值將趨近零，可以為誤差概率分布分許提供便利[3]。在此基礎(chǔ)上，利用概率統(tǒng)計(jì)理論分析誤差的概率分布可以發(fā)現(xiàn)，負(fù)荷短期預(yù)測(cè)誤差的概率分布接近正態(tài)分布，因此可以采取正態(tài)分布進(jìn)行誤差概率的計(jì)算。

2.3 微電網(wǎng)的儲(chǔ)能控制

通過(guò)分析微電網(wǎng)光伏出力預(yù)測(cè)與負(fù)荷短期預(yù)測(cè)的誤差，就可以利用區(qū)間估計(jì)方法進(jìn)行微電網(wǎng)儲(chǔ)能的控制。具體來(lái)講，就是可以采用儲(chǔ)能分散配置和集中配置方式進(jìn)行儲(chǔ)能系統(tǒng)的布置，并且進(jìn)行電網(wǎng)儲(chǔ)能容量的配置。其中，分散配置是根據(jù)微電網(wǎng)內(nèi)的光伏電源接入情況進(jìn)行儲(chǔ)能系統(tǒng)的布置，而集中配置是將微電網(wǎng)內(nèi)的光伏電源當(dāng)做是一個(gè)整體，然后進(jìn)行儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體配置。采取分散配置方式進(jìn)行電網(wǎng)儲(chǔ)能的控制，需要分別完成各個(gè)光伏電源的出力預(yù)測(cè)誤差分析，并且對(duì)電網(wǎng)某一區(qū)域的負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行分析。而采取集中配置方式進(jìn)行電網(wǎng)儲(chǔ)能控制，需要分別計(jì)算微電網(wǎng)內(nèi)的光伏電源和負(fù)荷，以便計(jì)算儲(chǔ)能配置的方差。在計(jì)算的過(guò)程中，需要將微電網(wǎng)光伏電源整體看成是系統(tǒng)“負(fù)的負(fù)荷”，以便進(jìn)行預(yù)測(cè)誤差的方差的計(jì)算。同樣的，微電網(wǎng)內(nèi)整體負(fù)荷短期預(yù)測(cè)誤差的計(jì)算也采取同樣的方法。但需要注意的是，微電網(wǎng)的光伏電源預(yù)測(cè)誤差與負(fù)荷短期預(yù)測(cè)誤差之間并沒(méi)有聯(lián)系，可以分別進(jìn)行分析和計(jì)算。

為了利用儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行微電網(wǎng)短期功率波動(dòng)的抑制，需要以每日有光照時(shí)間段為區(qū)間進(jìn)行配置容量的計(jì)算。因?yàn)?，預(yù)測(cè)誤差必然有一定的隨機(jī)性，容易導(dǎo)致樣本誤差失信，所以需要對(duì)一定置信區(qū)間的預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行概率估計(jì)，以便獲取可信的預(yù)測(cè)誤差期望值。同時(shí)，這一期望值可以進(jìn)行預(yù)測(cè)誤差期望功率的反應(yīng)，因此可以用于進(jìn)行儲(chǔ)能輸出功率的配置。但需要注意的是，想要獲取較高的置信水平，就需要進(jìn)行置信區(qū)間寬度的擴(kuò)大。而這樣一來(lái)，又容易導(dǎo)致置信區(qū)間精確度降低。因此，需要合理進(jìn)行置信區(qū)間寬度的設(shè)置，以便得到精確的儲(chǔ)能配置容量。而采取這一方法進(jìn)行儲(chǔ)能總配置功率的計(jì)算，可以獲得精確的配置值，從而有利于實(shí)現(xiàn)含光伏電源的微電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益[4]。此外，采取這一方法完成微電網(wǎng)儲(chǔ)能容量的配置，也可以進(jìn)行微電網(wǎng)與主電網(wǎng)功率交換的精確控制，并使微電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的功率波動(dòng)得到較好的抑制。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在含光伏電源的微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行或孤網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程中，需要合理進(jìn)行電網(wǎng)的儲(chǔ)能配置，以便對(duì)微電網(wǎng)與主電網(wǎng)交換功率和功率波動(dòng)進(jìn)行有效控制。因此，該研究 對(duì)含光伏電源的微電網(wǎng)儲(chǔ)能控制技術(shù)展開(kāi)的探討，可以為維持電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 譚興國(guó).微電網(wǎng)復(fù)合儲(chǔ)能柔性控制技術(shù)與容量?jī)?yōu)化配置[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2014.

[2] 韓民曉，王皓界.直流微電網(wǎng)棗未來(lái)供用電領(lǐng)域的重要模式[J].電氣工程學(xué)報(bào)，2015（5）：1-9.

[3] 李斌，寶海龍，郭力.光儲(chǔ)微電網(wǎng)孤島系統(tǒng)的儲(chǔ)能控制策略[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2014，34（3）：8-15.

[4] 牛煥娜，羅希，楊明皓.基于儲(chǔ)能水平控制的微電網(wǎng)能量?jī)?yōu)化調(diào)度[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014（10）：122-130.