农村地区微电网特性分析_袁昊哲.pdf

20231大众用电|农村地区微电网特性分析广东电网有限责任公司惠州供电局袁昊哲叶欢欢陈耀廷广州市奔流电力科技有限公司曾庆彬电气时空近年来，国家和地方政府层面在加快完善城市电网建设的同时，持续加大农村电网的投入力度，积极发展新型农村微电网的供电，以有效解决农村地区供电能力不足和可靠性较低的问题。随着清洁能源发电技术的快速发展，光伏发电（PV）正得到越来越多的应用，光伏微电网模式的普及能够减轻对化石资源的依赖，具有重大的节能环保效益。农村地区网架结构薄弱，其负荷分散且峰谷差大。而光伏发电易受天气和环境影响，其发电功率具有间歇性、波动性、随机性等不足，当光伏发电大规模接入电网时，对配电网供电可靠性、供电质量、线路损耗等带来较大冲击，其对电网的安全稳定运行将造成很大影响。针对上述问题，本文针对农村地区电网负荷特点及农村微电网特性进行了分析，为后续针对农村电网的研究提供基础。1系统结构光伏发电系统按其运行方式不同，可分为孤岛运行模式和并网运行模式。为农村各类负荷安全供电提供支撑，在并网运行模式下，微电网与主网部分或全部连接，能与主网之间实现功率的双向流通；当主网有扰动异常时，微电网能及时切换到孤岛运行模式，并能继续对优先负荷供电。根据广东某农村用户区域内可再生能源分布情况分析，建立典型的光伏微电网供电系统，系统结构如图1所示，微电网包括光伏发电系统、储能装置、农业及居民等多种类型负荷。2光伏出力和负荷特性农村微电网中负荷可分为农村居民负荷、农村工业负荷和农村农业负荷。农村居民用电与城市类似，用电设备主要为各类型家用电器，居民负荷在夜间存在明显的用电高峰；农村农业负荷可分为种植农业和养殖农业两类，种植农业主要用电设备包括灌溉水泵和收割设备等，养殖农业主要用电设备包括循环水泵和消毒设备等，而上述设备均以白天用电为主；农村工业负荷与城市电网有相似之处，负荷用电量大，部分企业对可靠性要求较高，且一般执行分时电价政策。因此，在考虑工业负荷进行微网光伏和储能配置时，需要针对本地区工业分时电价政策进行讨论。广州农村地区现行分时电价情况如表1所示。3储能系统充放电策略光伏发电的储能系统采用蓄电池配合双向AC/DC变流器组成。当主网有异常时，微电网能及时切换到孤岛运行模式，此时将容量满足孤岛运行时间要求的储能容量定义为刚性容量（RC）；而在并网运行模式下，将可以促进光伏消纳对应的储能容量定义为柔性容量（FC）。综合考虑上述系统结构、负荷特性和光伏出力特性，可以确定如表2所示的农村微电网储能装置的充放电策略以及对应的荷电状态（SOC）。表1广州工业用电分时电价表峰谷时段分时时段高峰10：0012：00、14：0019：00平段08：0010：00、12：0014：00、19：0024：00低谷00：0008：00电价/元1.710.38表2储能装置的充放电策略时段储能系统充放电策略00：0008：00充电08：0011：00放电储能系统SOCSOCRCSOCmaxSOCmaxSOCRC11：0013：00充电SOCRCSOCPV13：0024：00放电SOCPVSOCRC图1广东某农村微电网系统结构图MVLVPCC配电网储能装置AC/DCDC/AC微电网光伏发电农村工业负荷农村农业负荷农村居民负荷41|大众用电20231调度预案省地县（配）三级协同机制建设国网湖南省电力有限公司贺 鹏李光辉陈浩奇电气时空表2中，SOCRC为储能电池仅剩余刚性容量时对应的SOC值；SOCPV为光伏充电后储能电池SOC值。如表2所示充电储能装置的充放电策略，可以得到各时段微电网功率平衡关系：（1）00:0008:00时段：电价为低谷时段，因此应充分利用该时间段从电网购电，此时功率平衡方程表达式为Pbuy（t）=PL（t）+Pc（t）/c（1）式中：Pbuy（t）、PL（t）和Pc（t）分别为t时刻系统的发电功率、负荷功率和储能系统的充电功率；c为储能系统的充电效率。（2）08:0011:00时段：光伏发电不足以支持系统负荷需求，而此段包含电价高峰时段，因此由光伏系统和储能系统共同对微电网供电，此时功率平衡方程表达式为Ppv（t）/pv+Pc（t）/d=PL（t）（2）式中：Ppv（t）和Pc（t）分别为t时刻光伏系统的发电功率和放电功率；pv和d分别为光伏逆变器效率和储能系统的放电效率。（3）11:0013:00时段：光伏发电过剩，因此由光伏系统为微电网系统供电，同时为储能电池充电，此时功率平衡方程表达式为Ppv（t）/pv=Pc（t）/c+PL（t）（3）（4）13:0019:00时段：该时段主要为电价高峰时段，因此由光伏系统和储能电池共同对微电网供电，此时功率平衡方程表达式为Ps（t）+Ppv（t）/pv=PL（t）（4）（5）19:0024:00时段：主要由储能系统对微电网供电，直至储能系统SOC下降至SOCRC，再由电网系统供电，此时功率平衡方程表达式为Pc（t）/d+Pbuy（t）=PL（t）（5）需要特别说明的是，以上分类情况仅使用于天气条件良好的情况，如当遇到阴雨天等特殊情况时，光伏发电无法满足系统负荷，则需要由电网系统和储能系统代替光伏系统进行补充。当前，湖南电网进入以特高压、新能源、市场化为特征的发展新阶段，电网风险形态、故障传导、应对要求正在深刻变化，各级电网紧密衔接、实时互动，迫切要求调度在电网风险应对中上下协同、精准配合。预案机制是电网风险防控的核心，目前湖南省地县（配）调采取各自独立编制的预案管理模式，预案编制互不沟通、流程内部闭环，导致上下级调度对同一故障或关联故障的处置方案缺乏统筹。为此，提升上下级调度机构对故障处置的应对合力，构建省地县（配）三级调度协同故障处置预案管理机制成为湖南省调的重要工作目标。本文介绍了电网故障预案编制的现状，提出构建调度预案省地县（配）三级协同机制的主要做法，同时结合2022年湖南电网迎峰度夏期间省地县（配）三级协同预案的应用情况，分析了三级协同预案机制建设的成效。1电网事故预案现状随着800kV祁韶直流入湘，1000kV潇江双回、荆潇双回投运、新能源装机容量逐年攀升，“特高压交直流混联”和“大量新能源低电压等级分散式并网”成为湖南电力系统的主要特征，湖南电网风险形态也在发生深刻变化。随着湖南电网各地市间联系日益紧密，结构更加复杂，故障发生后，故障在网架结构中的传导更为迅速，在电网间的影响加大，部分电网设备故障将造成全局供电能力紧张，对各级调度间紧密配合、协调处置的能力要求进一步提高。我国电网现行的调度模式是“统一调度、分级管理”。省、地、县（配）三级调度分管不同电压等级的设备，因此各级调度机构在编制电网故障处置预案中均各自为政，主要以自己调管范围内的设备进42