东南大学电气工程学院的研究人员姜子卿、徐青山,在2015年第1期《电工电气》杂志上撰文,如何削弱冲击负荷对微电网的冲击是微电网发展中亟待解决的问题。通过对冲击负荷特性的分析,选用超级电容器作为储能装置,利用储能来平抑功率的冲击,并提出了基于频谱分析的储能容量配置优化方法。由算例分析可以看出,该方法可以兼顾电网的供电可靠性和储能成本的经济性。
近年来,微电网凭借其投资少、见效快、机动灵活、安全可靠的优点,受到了越来越多的关注。微电网潜力巨大,发展十分迅速,但由于其发展时间较短,且与大电网具有明显的不同,故在许多方面仍然存在一些问题。
随着我国工业生产规模不断扩大,大容量波动性负荷相继出现,对电网的承受能力和稳定性提出了更高的要求。而微电网由于其本身的特点,系统惯性小,阻尼不足,不具备大电网的抗扰动能力,在能量需求变化的瞬间,分布式电源无法满足需要,所以微电网需要依赖储能装置(ESS,Energy StorageSystem)来达到能量平衡[1]。储能对于带有冲击性负荷的微电网来说尤为重要。
学术界对于冲击负荷对电网造成的影响的研究早已开始。参考文献[2]分析了大型轧钢厂冲击负荷对电网频率的影响;参考文献[3]分析了超高功率电弧炉冲击负荷造成的电压波动,并通过配置无功补偿装置(SVC)抑制波动;参考文献[4]则通过基于属性的控制方式来平抑功率的波动,减少冲击负荷对电网的影响;参考文献[5]提出了一种计及冲击时间不确定性的分析炼钢厂冲击负荷对电网影响的新方法。
此外,和微电网储能容量配置相关的研究也已展开,并取得了一些成果。参考文献[6]提出了基于饱和控制理论的储能装置容量配置方法;参考文献[7]研究了用于电网削峰填谷的储能系统容量配置并进行了经济性评估;参考文献[8]提出了用于短期电网调度的风电场储能容量估算法。
由此可以看出,目前国内对于冲击负荷的研究主要针对大电网而言,而对储能配置的研究则集中在在风光互补系统方面,对冲击负荷场景下储能容量配置的研究还比较少。
本文在分析了冲击负荷特性的基础上,选择超级电容作为储能装置,并以储能容量最小为优化目标,研究冲击负荷场景下微电网储能的容量优化配置方法。
结语
为了减轻冲击负荷对微电网造成的不良影响,提高微电网运行的供电可靠性和抗干扰性,本文通过配置储能的方式来平抑功率的冲击,进而提出了针对冲击负荷的ESS额定功率和容量确定方法。
通过对采样数据进行频谱分析,利用ESS补偿高频分量,以功率波动率为控制目标,同时考虑了实际运行中的SOC约束和储能装置连续运行约束,使补偿后的功率曲线相对平滑,从而减轻了其对微电网系统的冲击影响。
算例分析表明,本文提出的以超级电容器储能的方法能够以较小的成本获得较好的补偿效果,兼顾充放电效率、使用寿命等方面,同时又能避免对环境造成污染。
另外,由于蓄电池能量密度大但响应速度慢,超级电容器功率密度大且响应速度快。实际应用中,还可以使用蓄电池和超级电容器混合储能的方式,使两者优势互补,蓄电池给超级电容器供电,而超级电容器用于快速补偿冲击负荷,获得更好的补偿效果和可靠性。