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微电网作为未来电网的发展方向,在提高能源供应效率,降低损耗、提供高效便利的可再生能源接入控制技术等方面具有重要作用。近年来紧跟分布式能源发展步伐,一直致力于微电网工程设计,现通过《微网工程设计解析》系列报道,以某大楼并网型微电网工程设计案例,跟大家一起分享我们在微网工程设计过程中的经验。
一、边界条件
(1)微电网并网不上网运行方式;
(2)全年任何时候微电网运行无弃风弃光现象;
(3)在保证微电网安全运行的情况下,以最小的投资最优的运行策略获取最大的经济效益。
二、负荷分析
该工程记录了某大楼配电房内的10kV电能表上的相关电量数据,以及3月~11月的电费单,3~11月份平均每月用电量如下:
图1 智方大楼3月~11月10kV线路用电量数据
本工程的微电网系统与电网连接采取并网不上网的运行方式,即光伏、风电、储能所发电量均为负荷所消耗,考虑微电网分布式电源应尽可能少的弃风、弃光。因此,在设计微电网各系统的规模时,需要按负荷最低情况考虑。根据上图,5月份的电量最低,故采用5月份数据用于分布式电源规模计算。
图2 标准月工作日负荷曲线
图3 标准月非工作日负荷曲线
根据上面两图,标准月工作日最低负荷13.83kW,最高负荷25.31kW,全天用电量481.03kWh;非工作日最低负荷11.28kW,最高负荷17.04kW,全天用电量356.63kWh。白天(9:00~15:00)最低负荷15.04kW,最高负荷24.51kW。定义标准月有工作日21天,非工作日10天,计算标准月用电量为13668kWh。
三、分布式能源优化配置
该工程根据目前分布式能源接入电网的相关政策,选定并网不上网的模式。工程将以最小模式对各种能源形式进行优化配置,即负荷最小时分析光伏、风机及储能的规模。
(1) 分布式光伏优化配置
光伏所发电量全部为负荷所消耗,为了充分利用光伏所发电量,光伏发电功率不能超过负荷功率。因此,应取负荷功率最小,光伏发电功率最大时分析光伏装机规模。考虑到用户负荷的变化,光伏最大发电功率取负荷功率的50%左右。
本工程的标准月负荷曲线为最小负荷曲线,符合分析光伏建设规模的条件。同时,5月份月平均太阳辐射数值最大。因此,使用5月份太阳辐射数据进行分析。取5月份中每小时最大太阳辐射数值作最大辐射曲线,取光伏装机规模12.1kW,做光伏发电曲线,见图4中光伏发电功率曲线。
此时,光伏发电功率占负荷功率最大比例为56%,满足光伏发电功率不能超过负荷功率的条件。
图4 光伏发电曲线与负荷曲线对比
综上,分布式光伏装机规模按12.1kW考虑。
分布式风电优化配置
由于该大楼位于上海市区,周围有多栋大楼,风能资源条件一般,同时,风力发电度电成本较高,难以产生经济效益。
但是,配置风机有利于丰富微电网概念,有利于对微电网的研究,有利于对风力发电特性的研究,有利于多能互补的特性研究。因此,本工程选择风机装机规模为3kW,起示范和研究作用。
(2)储能优化配置
为了获取最大的经济效益,储能系统的主要应用模式为用户分时电价管理,利用峰谷电价差在不同的时段进行充放电。考虑在非夏季的情况下,以非工作日负荷曲线为标准,储能系统在谷时段进行充电,在峰时段进行放电。因本工程配置风力发电,装机规模为3kW,在储能的优化配置计算过程中,以负荷大于光储发电出力之和3kW为限制条件。光伏储能系统接入后的系统侧供电曲线见图5。
储能系统最大充放电功率13.20kW,每日充放电量为53.37kWh。考虑到铅碳电池的60%的放电深度,储能系统装机容量取90kWh。
考虑到节假日期间,大楼负荷较低,储能系统每年循环次数取336次。
图5 储能系统调整后的负荷曲线
综上所述,本项目微电网中光伏子系统规模为12.1kW,风机3kW,储能30kW/90kWh。
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