海岛微电网分布式电源的合理规划分析

胡大朋

（广东电网公司珠海供电局，广东 珠海 519000）

面对海岛微电网日益复杂化的电网功能结构[1]，为有效提升改善能源利用率、能源结构，同时也为了能够获得最优化的用户体验、最大化的经济环境效益和最优化的海岛运行效果，采用可控分布式电源至关重要。所以本次研究展开对海岛微电网分布式电源的合理规划研究也就具有重大的经济战略意义。

1 海岛电网与大陆联网的情况

目前东澳岛、大万山岛、桂山岛已与大陆联网，外伶仃岛、担杆岛为离岛型微电网。

东澳岛、万山岛、桂山岛依托三角岛升压站作为上级电源，现状已建成三角岛—东澳—万山单回辐射线路、三角岛—桂山岛单回辐射线路，近期规划成单回链式环网结构，提高海岛供电可靠性；远期结合海岛负荷发展，规划形成不完全双回链式结构。

外伶仃岛、担杆岛微电网现状：外伶仃岛总装机2 080 kW（3×480+2×320 kW）。担杆岛目前主要通过柴油发电机、光伏发电，柴油发电机总装机620 kW（2×250 kW+1×120 kW）。部队投资建设的柴油发电机总装机190 kW（3×50 kW+1×40 kW），光伏总装机50 kWp[3]。

2 担杆岛、外伶仃岛与大陆电网联网问题

担杆镇所属区域包括外伶仃岛和担杆岛，两个海岛常住人口分别为650 人和350 人，岛上供电电源主要为柴油发电机组，辅助少量的光伏发电。由于外伶仃岛、担杆岛离珠海陆地的距离接近70 km 海缆的建设可行性不足，同时岛上的微电网基本满足目前海岛的用电需求。未来可以结合负荷发展的需要对微电网进行升级改造，具体情况如下。

行政审批方面：根据目前海上施工报批流程来看，海缆施工报批除了涉及海洋环评及施工许可外，还涉及海军审批的相关手续。

航道影响方面：外伶仃岛附近海域海运航线繁忙，该海域存在国防设施及相关的军事用途的船只，海缆的建设及运行维护难度非常大。外伶仃海域比较浅，海底电缆路径将经过多达30 个锚地，电缆容易遭受来往货运、客运轮船抛锚刮蹭，可靠性差。

建设管理方面：海缆路由区潮流为往复流，平均流速较大，经过区域海水较深，主槽位置地质复杂，底床最大切割深度大，属于不稳定的海床，登陆点前沿潮滩地形陡峭，工程实施难度非常大。

运行管理方面：海缆故障后修复时间受天气及作业面的影响时间上不可控，少则半个月，多则几个月。一旦海缆出现故障，修复完成前只能依靠岛上微电网进行供电。

专业技术方面：海底电缆建设长度超过30 km，且由于岛上负荷较小将造成巨大的运行损耗，长距离送电电能质量不稳定。

3 海岛微电网分布式电源设计架构及数学模型

本次项目研究全力推进海岛新能源微电网规划建设，积极构建多能互补、清洁高效的岛礁能源保障体系。建议外伶仃岛、担杆岛逐步完善岛内新能源微电网建设，以满足其负荷发展需求，并探索“源-网-荷-储”协调优化运营模式，实现海岛节能减排、保护海岛生态环境以及助力海岛经济发展等多赢目标。

以母线的不同类型为依据，划分为直流、交流、交直流混合式微电网，并且也可以将不同接线方式划分为辐射式、多环、网状等方法。从能量管理模式方面又可以划分为分散、集中、分层式。根据不同的微电网运行方式又能够划分为离网、并网两种运行方式。结合以上项目分析本次研究还考虑了淡水负荷因素，储能系统、柴油发电机二者之间协调运作，能够有效保持MG 稳定性，保证系统能够运行安全稳定，并接入可再生能源，可以有效减少柴油发电机应用，与此同时减少有害物质的排放。

风力发电机组件：由于发电功率与风向、风机尺寸、位置、发电性能等多因素密切相关，所以为了反映风力发电准确性，建立反映风力发电准确性引入Weibull 函数公式为分布函数的宽度用k形状参数表示，风机的均匀风速反应参数用c表示。

波浪能发电组件：在海岛中的波浪能资源较其他资源尤为丰富，因此也就形成了更加多样化的发电类别。海洋波浪能的单位周期如图1 所示。作为海洋波浪能的单位周期，发电功率计算公式为该数学模型经处理并在实际工程项目中应用获得公式Pwave=CH2TW，其中，一般经验系数C取值为0.3～0.5，本次项目C取值为 0.42。

图1 海洋波浪能的单位周期

储能单元发电组件：对于微电网来讲，储能系统作为必不可少的关键设备，所以需要将储能装置加入微电网规划方案中，从而有效改善电网系统的运行安全可靠性。结合该项目通过运用储能元件，能够对微电网运行过程中存在的功率变动问题采用储能元件加以解决。在t与t-1 不同时段下蓄电池的充放电容量值公式分别为：

柴油发电机组作为离网式海岛微电网后备电源，能够吸纳可再生能源协调储能系统，但是无法满足电能供应平衡，柴油发电机组能够供应电力，从而对海岛居民的用水用电形成有力保障，柴油发电机燃料功率公式为F（t）=aPRP（t）+bPG（t）。

4 分布式电源容量优化配置

结合该项目本次提出的MG 运行方案，为了能够实现最大的居民满意度、经济环境效益与最优化的海岛运行效果，基于左侧混合再生能源优先发电，右侧储能补充功率式管理。一方面能够将充电能源储能系统管理发电侧；另一方面又能够在储能系统功率缺失情况下作为负荷存在方式，来实现有效的充电调节，能够对可再生能源的发电电量有效利用并很好地保护环境。

可控组件能量交换具体如下。

制水机组功率调节：通过根据用水需求来制定制水功率下限，根据剩余水量及容量决定淡水池。相应根据用水需求决定制水功率，根据剩余水容量决定淡水池。制水机组功率上限设定Swater（t-1）-Swater-min≥Qwater。

储能系统充放电：首先通过制水机组对功率在可控范围内加以调节，如果未能满足系统的功率平衡，则应当展开下一步调节，补偿蓄电池充放电差额功率，与蓄电池的充放电功率及相应的能量限制为依据，即可完成不同单位时间内的蓄电池充放电功率计算。

柴油发电机功率调节：如果储能单元及负荷功率存在差额，需要进一步调节，运用柴油发电机对差额功率进行补偿。柴油发电机在实际运行中不能单纯持续低功率工作，需要设定输出功率限定值

5 结语

在本次研究中，围绕海岛微电网分布式电源优化调度相关问题展开研究，构建海岛微电网分布式电源配置模型，设计微电网分布式电源，建立可调节符合的微电网容量规划模型，包括储能系统、柴油发电机实现的合理规划分布式电源，能够跟踪可再生能源发电，并提升居民用水可靠性。