微电网的负荷平衡及储能配置原则
发布日期：2018/11/27
无论是采用何种新能源，都不能完全保证微电网的供电绝对稳定。另外，在电源事故或电网故障的情况下，为了保障微电网供电范围内用电负荷的用电安全，储能系统作为微电网的重要备用是必不可少的。
微电网的储能系统要满足以下三种情况的要求：
（1）在电源或电网事故情况下，储能系统能够迅速替代电源，为微电网内部的负荷供电；这种情况，储能系统相当于紧急备用电源的角色，要求电流密度大；
（2）在微网内大型负荷启动时，由于电流往往数倍于运行电流，因此，可能正常电源的容量不足以满足负荷的启动要求，需要储能系统提供瞬时大电流；
（3）在光伏以及其它电网发电不足时，起到为微网内负荷供电的功能。
微电网在不同应用场合中，合理配置储能系统的功率和容量十分重要，是保证微电网系统安全、稳定、经济运行的重要前提条件。微电网的发电量一般按照就地消纳原则，以负荷为依据确定。风光配比应充分利用当地的自然资源的互补性，使得风光总体输出功率尽量平衡、波动性最小；在考虑经济性的前提下，储能在极端情况下需保证微电网系统给重要负荷持续供电一定时间。由于微电网中分布式电源容量较小，分布式电源的波动对主网影响不大，因此储能系统的配置主要取决于负荷需求。
微电网可以分为离网型电网与并网型微电网。微电网并网运行时，储能系统依据峰谷电价差按照白天放电、晚上充电的方式运行；微电网离网运行时，储能系统按照白天充电、晚上放电的方式工作。
（一）微电网供电范围内负荷统计平衡原则
微电网内负荷统计及平衡是微电网的分布式电源配置的前提，对于离网型微电网而言，其负荷的大小更是关系到储能系统的功率、容量及充电倍率，直接关系到安全与经济性。目前尚无微电网的规划设计规程，对微电网内的负荷统计，分布式电源、储能装置及配电变压器容量的选择也“无法可依”。
如果对现有的已经投入运行的建构筑物，对供电范围的负荷统计平衡宜以设计图纸与电费单同时进行统计分析，根据实际需要规划微电网的分布式电源构成。
对于新规划建设的园区，根据JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》：第4.3.2条：配电变压器的长期工作负载率不宜大于85%。《全国民用建筑工程设计技术措施（节能专篇.电气）》第2.5.2.2.2.1条：变压器额定容量应能满足全部用电负载的需要，但不应使变压器长期处于过负载状态下运行。变压器的经常性负载应以在变压器额定容量的60%为宜。这样设计院在进行负荷平衡时，通常会以这些规范的要求进行配变的容量选择，结果是偏大的。
根据华东电力建筑设计研究总院近年对园区，对公共空间负荷的研究成果，浦东国际机场T1航站楼从2016年7月至2017年5月近一年之间各变压器的当月实际运行负载率数据，各台变压器运行负载率大致在25%~40%之间波动，五月、七月会突破50%。虹桥T2航站楼的大部分变压器峰值负载率在25%~45%之间，五月份最大值达到60%。这个变压器的负载是很轻的，对容量造成了很大的浪费。
变压器的容量选择与储能装置的容量选择暂作相同的技术问题对待，储能的功率及容量选择上也要注意这个问题，建议微电网在负荷平衡及空间负荷预测时，在现有的对负荷统计及计算的规程基础上，再考虑60~70%的系数，以提高储能系统的效率。
（二）电池储能系统的功率配置及优化
并网型微电网系统可从主网获取能量，此种场景应以储能系统的循环寿命最长为优化目标，根据光伏、风电发电的最大功率和波动情况，选择满足运行条件的储能类型。对于电池储能系统，系统的运行功率应在允许的充放电倍率范围内，超过允许的SOC范围时，禁止储能电池运行。离网型微电网中，储能系统需能够独立提供负荷的用电需求。
以风/光/储微电网为例，在并网和离网微电网系统中，储能电池的功率至少在一年内任一时间段t都应满足：
PES,t≥max∣PL,t-(PWG,t+PPV,t)∣
式中PES,t为储能电池的额定功率；PL,t为微电网的荷载，PWG,t为风力发电机的瞬时功率，PPV,t为光伏发电的瞬时功率。
并网微电网的蓄电池功率配置是解决风光分布式发电富裕电能的存储，同时考虑与电网电量双向交换的工况。
（三）并网型微电网中电池储能的容量配置及优化
储能电池夜间充电，电量首先来自风机，然后由主网补足剩下的充电电量。当储能电池的SOC达到SOCmax时，停止充电。储能电池的充电电量为:
EES,ch=max[EL,N-(EWG+EG)]
式中：EES,ch为储能电池的充电电量（负值）；EL,N为夜间负荷所需的电量（正值）；EWG为风力发电提供的电量（正值）；EG为电网提供的电量（可以为0或正值）。
白天（6:00-18:00）运行时，光伏和风力发电供给负载，不足的部分优先由储能电池提供。当储能电池的SOC到达SOCmax时，停止放电。储能电池的放电电电量为：
EES,dis=max[EL,D-(EWG+EPV+EG)]
式中：EES,dis为储能电池的放电电量（正值）；EL,D为白天负荷所需的电量（正值）；EWG为风力发电提供的电量（正值）；EPV为光伏发电提供的电量（正值）；EG为电网提供的电量（可以为0或正值）。
（四）离网型微电网中电池储能的容量配置及优化
白天（6：00~18:00），光伏和风力发电供给负载，多余的部分向储能电池充电。当储能电池的SOC达到SOCmax，停止充电。储能电池的充电电量为：
EES,ch=max[EL,D-(EWG+EPV)]
式中：EES,ch为储能电池的充电电量（负值）；EL,D为夜间负荷所需的电量（正值）。
夜间（18:00~6:00），负载的供电需求来自于风机和储能电池，当储能电池的当储能电池的SOC到达SOCmin时，停止放电。储能电池的放电电电量为：
EES,dis=max(EL,N-EWG)
式中：EES,dis为储能电池的放电电量（正值）；EL,N为夜晚负荷所需的电量（正值）；EWG为风力发电提供的电量（正值）。
在实际应用中，应结合负荷的实际情况，微电网的优化目标及储能自身的特性，计算不同场景下，不同类型储能的功能与容量，同时根据成本构成，投资回报和电力市场的情况深入分析研究与评价，以期得到最佳信价比的储能配置方案。
（五）微电网电池储能的尴尬
微电网的“源网荷储”的技术特性及对供电可靠性的要求，对储能就提出了高的要求，微电网的安全性也彰显在储能系统上。从上文的电池容量可以看出，对于离网型微电网的储能配置，由微电网中的负荷容量来决定；对于并网型的微电网容量，决定于分布式能源的供电成本与储能的峰谷价差的经济性。
从目前的电池储能的单位造价来看，微电网中配置储能并无优势，也无经济性可言。对于离网型微电网而言，如果仅仅从度电的销售来评价微电网与储能的价值，这个账更是没有办法算的。
结合电改的推进、分布式能源及微电网的政策，现阶段的微电网发展，需要市场内在动力。微电网的价值要与分布式发电及隔墙售电、电力市场辅助服务与区域的综合能效结合起来，发挥微电网的系统价值，并能够得到实实在在的收益，这样自然能将储能的应用推向市场。
来源：智见能源
