基于分布式储能的微网与主网协调运行的应用

杨 洲，刘世嵩，宫 俊

（国网天津滨海供电分公司,天津 300450）

基于分布式储能的微网与主网协调运行的应用

杨 洲，刘世嵩，宫 俊

（国网天津滨海供电分公司,天津 300450）

针对可再生能源发电波动性和随机性大的特点，有必要发展配合新能源发电的分布式储能系统。为了满足主网电能质量要求，基于分布式储能的微网可以有效地达到削峰填谷和平抑微网功率波动作用，配合可再生能源发电。通过调度系统合理安排储能系统和可再生能源出力，达到微网与主网的协调运行，并用天津生态城作为算例验证了基于分布式储能的微网实际应用的效果。

微网；分布式电源；储能；运行控制

0 引言

可再生能源（风能，太阳能）分布式发电技术的发展，有效地缓解了环境污染和经济效益问题；但是可再生能源发电的波动性和随机性，不能满足主网对电能质量的要求，给并网运行带来了问题。现在大力建设的风电和光伏发电基地就需要配套建设辅助的储能系统保证电网的稳定运行[1]。基于分布式储能的微网技术（平滑输出、计划发电、削峰填谷）[2-4]为实现与主网协调运行提供了可能。

1 基于分布式储能的微网结构

基于分布式储能的微网结构如图1所示，结构主要包括异储能系统装置、光伏发电系统、异步风力发电系统、能量管理系统、保护装置系统和负荷等。三路发电系统通过3条馈线供电给负荷，系统运行方式是辐射状运行，系统供电的负荷类型也不同，分别为阻性负荷、电动机负荷和整流负荷。微网通过静态开关Sgrid与主网连接，连接点名称设置为公共连接点 PCC（Point of Common Coupling）。

图1 微网结构

储能系统装置在微网中担任着组网和运行控制的基本功能。储能系统如图2所示，系统中主要采用电压原型换流器控制系统。电压原型换流器控制系统的主要构成包括电感—电容—电感串联型滤波器、三相四线制的接线方式和三相半桥式逆变电路。系统拓扑结构中的中线设置是按照连接起逆变器输出中点和直流母线电容中点的方式构成，这种方式的优点在于直流母线电压比较稳定，而且逆变器控制方法更为灵活。电感—电容—电感串联型滤波器的优点在于在较小的经济投入下可以获得较好的滤波效果，性价比比较高，抑制谐振频率波动的能力比较强。

图2 储能系统装置

光伏发电系统的构成主要包括并网逆变器和光伏阵列模拟器。光伏系统的输出特性是通过光伏阵列模拟器进行模拟，模拟系统中采用了DC／DC斩波技术。控制原理光照强度和环境温度条件等影响光能输入的因素通过随机发生器产生，并且模拟仿真出光伏阵列I-U曲线；再通过DC/AC逆变器将直流转换成交流输出，通过升压变压器并入微电网系统；本发电系统在斩波器与逆变器之间同时接有最大功率点跟踪MPPT（Maximum Power Point Tracking）装置，能够模拟跟随光照强度最强的功率点，其发电系统如图3所示。

图3 光伏发电系统

异步风力发电系统的组成部分主要包括风机、鼠笼式异步发电机、传动装置以及桨距控制系统。系统如图4所示，风速—功率模拟器模拟出风速捕捉系统将风速传送到发电机系统，并通过异步发电机发电。

图4 异步风力发电系统

协同调度系统通过监测、采集、分析、协调、控制微网内各个发电系统的运行，实现微网的顺利并网和可靠运行，能量管理系统EMS（Energy Management System） 结构图如图5所示。系统的构成主要包括4部分，分别是高级自动管理接口系统、实时数据采集模系统、数据采集监控SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）接口系统、预测与模拟数据系统。协调控制系统的实施过程简述如下：微网内发电系统和负载的运行数据采集到功率测量模块，再通过高速数据传输网络进行传输；完成对状态变量的观测和估计，综合输出功率及当地负荷等指标，制定合理的“调度”计划，控制好系统的发电质量和功率量，维持电网的安全和稳定，辅助制定合理的事故预案。

图5 协同调度系统

2 基于分布式储能的微网控制方式

基于分布式储能的微网控制方式主要包括两种方式：第一种是恒功率控制方式，第二种是功率差控制方式。

其中，恒功率控制方式是指储能系统的充放电功率保持恒定。根据日负荷曲线和储能系统的容量，可以得出：每天的早上2点到8点为充电区间，充电时间6 h；每天的下午2点到10点为放电区间，放电时间8 h。

功率差控制方式是指充放电功率随着负荷曲线和蓄电池组容量变化而变化，根据实际确定每个时段的充放电功率。

两种功率控制方式各有优缺点，但是恒功率方式实现较为简单，但是从更好的控制效果、平滑负荷曲线、减小负荷系数衡量的角度讲，功率差控制方式更为合理。

3 应用情况

本文将基于分布式储能的微网并网技术应用于天津生态城分布式发电系统。生态城分布式发电系统的主要构成是蓟运河口风力发电机组、中央大道绿带光伏组，北部高压带光伏组和永定储能站。基于上述微网系统结构，天津生态城1 d内的储能系统有功出力波动曲线如图6所示，图中储能为负数时表示处于放电过程，为正数表示处于充电过程。

图6 储能系统有功出力曲线

通过结合图7和图8的光伏发电特性和风电出力特性，可以发现，白天太阳能和风能都比较丰富，可再生能源有功出力比较大，甚至超过生态城负荷需求，所以多余的电能可以通过储能系统进行充电，储存起来多余的电能。到下午15点30分以后，太阳能和风能逐渐减少，可再生能源有功出力减少，但是生态城负荷需求仍然较大，此时储能系统进行放电，弥补负荷缺额。到了夜晚，太阳能发电几乎为0，风能发电出力比较少，但是夜晚负荷也减小，基本通过储能系统的平滑作用和适当放电可以满足夜晚的负荷要求，从而达到削峰填谷的作用。尽可能达到与主网保持0功率交换的目的，维持主网稳定和当地负荷需求。

综合图6、图7和图8的结果，结合本地的日负荷曲线，再进行仿真模拟。只要调整好储能系统的充放电时间、可以达到满足负荷需求、平稳输出功率、减少电能浪费以及利用不合理的目的，改进了微网的负荷曲线特性。考虑到储能系统的自身性能，不宜多次进行充放电操作，会缩短使用寿命，通过严格控制充放电次数可以达到提高储能系统经济性的目的。

图7 光伏有功出力曲线

图8 风电有功出力曲线

除此之外，储能系统可以起到平抑微网功率波动的作用，减少微网对主网的冲击，在利用可再生能源发电的前提下，保证主网的可靠性。

4 结束语

基于分布式储能的微网结构和控制方式是建立在天津滨海生态城分布式发电的实际情况基础上，应用于当地的分布式发电。项目投入运行后，有效地达到削峰填谷的作用，使电网的峰谷差减低40%，保证电网负荷率90%以上，减低了电网损耗，保证电网经济运行；同时，项目的投入运行实现限电不拉闸，提高了供电可靠性，避免了由于拉闸限电而造成电量损失，具有实际的推广价值。

[1]J.P.Barton and D.G.Infield.Energy storage and its use with intermittent renewable energy[J].IEEE Trans.Energy Convers，2004，19（2）：441-448.

[2]Jia Y，Shibata R，Yamamura N，Ishida M.Smoothed-Power Output Supply System for Battery of Stand-alone RenewablePower System Using[J].Power Electronics and Motion Control Conference，2006，（2）：1-5.

[3]Asari M，Nanahara T，Maejima T，Yamaguchi K，Sata T.A study on smoothing effect on output fluctuation of distributed wind power generation[J].Transmission and Distribution Conference and Exhibition，2002（4）：938-943.

[4]Chowdhury B.H.Central-station photovoltaic plant with energy storage for utility peak load leveling[J].Energy Conversion Engineering Conference，1989（2）：731-736.

App lication of Coordination between Distributed Energy Storage Based

M icro-grid and Main Grid

YANG Zhou,LIU Shisong,GONG Jun
（State Grid Tianjin Binhai Electric Power Supp ly Com pany,Tianjin 300450,China)

It’snecessary to develop distributed energy storage to dealwith the volatility and uncertainty ofdistributed generation.In order tomeet the demand ofmain grid on powerquality,themicro-grid based on distributed energy storage accomplished the goalofpeak load shifting and disturbance stabilizing.In thisway,the distributed energy storage can coordinatewith distributed generation.Finally,the active power output of distributed generation and energy storage system are arranged reasonably through dispatching system so that the micro-grid andmain grid can operate coordinately.Theeffectischecked by practicalapplication.

micro-grid;distributed generation;energy storage;operation control

TM712

A

1671-0320（2016）03-0019-04

2016-03-07，

2016-03-25

杨 洲（1985），男，山西忻州人，2008年毕业于太原科技大学电气工程及其自动化专业，工程师，从事配电系统分析、变电站规划运维工作；

刘世嵩（1989），男，天津大港人，2015年毕业于天津大学电气工程及其自动化专业，工程师，从事配电系统分析、变电站规划运维工作；

宫 俊（1982），男，辽宁海城人，2005年毕业于东北电力学院电气工程及其自动化专业，高级工程师，从事配电系统分析、变电站规划运维工作。