偏远矿区微电网建设方案

偏远矿区微电网建设方案

吴志山

中国电建集团城市规划设计研究院有限公司 广东广州 510000

摘要：针对于偏远矿区微电网的建设，本文提出了光伏+储能+柴油发电机的供电模式。该系统的运行方案为可并网运行可离网运行，即在无市电的情况下，可保证重要负荷的供电。同时分析微电网能量管理系统的总体控制目标。

关键词：偏远矿区微电网；光伏+储能+柴油发电机；能量管理系统

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0 引言

针对于偏远矿区配电网络薄弱，供电可靠性低，当电网出现故障时，面临无电可用、用电难、用电贵等问题，柴油发电机是解决当前用电难及保证重要负荷不断电的主要供电方式。但是此供电方式发电成本较高、对环境污染较大且后期运维工作量大，不符合当前绿色电网建设的要求。

随着光伏发电和储能的技术快速发展以及建设成本的下降，为新型能源替代常规能源提供了可行性。针对于偏远矿区微电网的建设，构建光伏+储能+柴油发电机的供电模式，有利于优化能源和电源结构，可减少化石资源的消耗，减少柴油机等排放有害气体对环境的污染。同时此微网系统可并可离，支持无市电场景，提高了矿区配网的可靠性，保证重要负荷供电的连续性。针对当地供电特点，避免短时高难度、高投资地扩建主、配网的前提下，通过合理运用微电网技术提高供电可靠性。建设微电网，有利于当地发展的稳定、可持续，对投资方、消费者产生较大的吸引力。

1微电网方案

智能微网方案由智能光伏系统和智能组串式储能系统构成，与现有的配电网（柴油机）共同为负载提供稳定可靠的绿色电源。智能微网方案主要由智能光伏逆变器，智能组串式储能系统，智能储能控制器，智能箱变，智能子阵控制器等组成一个微网系统。如图1.1所示。

图1.1智能微网系统图

光伏系统与储能系统在中压侧 10kV 耦合，整个系统由光伏系统、储能系统和柴油机等构成，保证负荷供电的连续性。

智能组串式储能系统采用模块化设计，系统分为电池舱、功率舱及控制舱，集成磷酸铁锂电池簇及电池机架等。

微电网系统各电源容量的配置主要遵循以下技术原则：（1）能量守恒原则。分布式能源的容量及所接配电网的容量和微电网内部的负荷容量相匹配；微电网在孤网运行时，分布式能源能为主要负载提供充足电能，并留有一定备用容量。（2）就近消纳，提高能源效率。分布式能源在微电网系统内就地消纳，白天光发电量大于负荷缺口用电量时，储能吸收多余的电量，在负荷高峰时段放出，提高光伏利用率。（3）绿色低碳原则。

2微电网系统运行方案

微网系统可并网运行可离网运行，支持无市电场景。在电网有电时，光储系统连接电网，一起对负载进行供电；在电网停电并且光照条件充足时，光储独立供电，在光储系统功率不足时，可由柴油机组供电。

运行工况一：市电构网，光储为PQ模式，光伏给负荷供电，多余的电量给储能充电（储能白天不放电），缺口由市电供电，油机冷备用。

运行工况二：1、市电掉电，光储系统关机，同时设备自锁关机。（因光储只给部分缺口供电，市电掉电时，光储无法带动所有负荷，所以光储子阵必定会先关机）。2、人工手动给储能下发黑启动指令，储能（VSG模式）不带载黑启动。3、人工手动控制部分负载陆续开启，电量不够时可以启动油机（市电模式）。

运行工况三：1、市电构网，同期不断电并网（此时EMS下发指令让储能由VSG模式切换为PQ模式，并网运行）2、其他负荷开启。

3微电网控制系统总体目标

微电网通过能量管理系统将光伏、储能和柴油机系统有机地结合起来。光储柴供电系统的运行策略主要由负荷供电的优先级确定，供电优先级由高到低分别为：光伏发电系统、储能系统、柴油发电机。光储柴供电系统在不同情况下的总体运行目标如下：

1）白天光照充足情况下，光伏向负载供电，同时尽快对储能充电直至充满；

2）当光伏发电功率不足以向储能充电但可满足负载供电需求时，全部负载由光伏供电；

3）当光伏发电功率不足以向储能充电且无法满足负载供电需求时，由光伏及储能同时向负载供电；

4）夜晚或白天光照不满足光伏发电条件时，负载由柴发和储能供电。储能容量不足时，开启柴油发电机组，保障负荷用电。

4微电网优化调度和稳定控制  

微电网优化调度 :根据超短期预测结果,结合微电网内储能运行状态光伏功率、负荷功率及柴油机运行状态,评估系统应对突发扰动的能力( 惯性)备用和电量平衡能力,并基于评估结果确定未来 4小时柴油机组启停、储能充放电、负荷投切、光伏功率等调度计划，下发第1小时指令，并滚动更新。

实时稳定控制:储能变流器运行在电压型 VSG 模式,自身具备基于频率波动快速控制响应能力。微电网控制系统进行分钟级以上时间尺度的功率和能量平衡控制。

黑启动控制：在系统完全停电后或者系统初次启动时，储能 PCS 利用直流取电或者 UPS取得控制电源,通过带各级变压器和负荷零起升压的方式,建立系统额定工作电压和频率或通过柴发。黑启动过程中，EMS 系统基于设计的黑启动原则逐步完成线路、设备的投入，逐步恢复电网运行和负荷供电。

储能电站动态安全管理策略:基于电池实时 SOC 的多组电池均衡充充放电策略，定期 SOC 自动校准策略储能电站安全管理策略。智能微网控制系统网络结构图如图4.1所示。

图4.1智能微网控制系统框架图

5 总结

针对于偏远矿区微网的建设，系统由光伏+储能+柴油发电机构成。系统的运行方案为可并网运行可离网运行，即在无市电的情况下，可保证重要负荷的供电，提高配网的供电可靠性。

参  考  文  献

[1]王成山, 武震, 李鹏. 微电网关键技术研究[J]. 电工技术学报, 2014, 29(2): 1-12.

[2] 孔令志, 唐西胜, 齐智平, 等. 光柴储微电网系统的储能动态能量调度策略研究[J]. 电力系统保护与控制, 2012, 40(20): 6-12.

[3] 孟强, 牟龙华, 许旭峰, 等. 孤立微电网的黑启动策略[J]. 电力自动化设备, 2014, 34(3): 59-64.