关于风光蓄微电网的协调运行研究

邓淞文

广西电网有限责任公司贵港供电局，广西 贵港 537100

摘要：以灵川县偏远山区作为研究对象，结合冬夏季农作物灌溉特点，以四种天气组合为数据源，对微电网的孤岛运行和最小运行成本等模式的协调运行特性展开研究。

关键词：风力发电；光伏发电；抽水蓄能；微电网；农业灌溉

1含风光蓄微电网的运行原理

风光能受天气条件影响具有间歇性和随机性；抽水蓄能电机的抽放水转换特性可弥补风光发电的缺点，其根据灌溉需要对能源重新分配，提高系统调节灵活性。本着最大程度利用绿色能源的原则，系统应优先利用风光能，蓄水尽量用于灌溉，系统在满足灌溉和蓄水要求情况下，将富余电量出售外网，实现经济运行。含风光蓄微电网的协调运行、经济优化等问题是一个值得研究的问题；可解决当地农业灌溉的用水用电困难。

2农作物灌溉方案

制定科学有效的灌溉方案才能符合农作物的生长规律，提高效益，对实现系统的协调运行也很有意义。

夏季作物不宜中午灌溉，一般选择上午10点以前，下午4点以后；冬季，农作物需水量较少，早晚温度低不宜浇水，一般选择上午10点到下午3点时段浇水。

3含风光蓄微电网系统模型

3.1风力发电模型

其出力特性可近似为由切入风速、切出风速和额定风速划分的一次分段函数^[1]。

3.2光伏发电模型

影响光伏系统出力主要因素为光照强度和环境温度。光伏输出功率与日照强度可近似为正比的关系^[2]。

3.3含风光蓄微电网优化模型

综合考虑了微电网的各分布式电源特性、扬水器电机特性、蓄水池库容和农作物灌溉耗水量等约束条件，建立含风光蓄微电网优化模型。目标函数：

最小运行成本:

4微电网算例分析

算例中，以灵川县偏远山区为研究对象，坐标为： ，变量为 ，T=24时段。按照冬夏季灌溉特点，天气组合为：晴天多风日、阴天少风日。每个组合分别对孤岛运行，最小运行成本两种运行模式进行分析对比。多风日和少风日，有多时段风速大于v_out或小于v_in，弃风率较高，其中多风日变化幅度大，对系统冲击大，增加系统调节负担和维护成本，不利于微网系统的协调稳定。晴天云层稀少，辐射量较大，光伏出力渗透率大。阴天时，大气云量覆盖率甚于多云天气，光强度最弱，出力对微网贡献率较低。

4.1微电网系统基本参数

灵川县夏季降雨集中，水资源较冬季丰富，起始终止库容夏季设为rin=rend=200m³，冬季rin=rend=100m³。风电机： ， ， ， ；光伏电源： ， ， 。抽水蓄能电机抽水工况： ， ；发电工况： ， ；扬水器电机： ， ；库容范围：[20m³,300m³]；风电成本：0.7，光伏发电成本：1.03，向外网购电价：0.54，向外网售电价：0.47，单位为：元/kWh。设两种天气的孤岛微网灌溉量分别为：280m³、45m³。；并网下的微网可增大灌溉调控范围，设并网时夏季灌溉量Q1=240m³，设冬季的灌溉量Q1=150m³。

抽水蓄能电机发电功率-水流量平衡方程^[3]：

抽水蓄能电机抽水功率-水流量平衡方程^[1]：

扬水器电机功率-水流量平衡方程^[1]：

4.2结果分析

4.2.1夏季晴天多风日微电网协调运行

图1和图2分别表示晴天多风日微网的孤岛运行和最小成本运行特性曲线。孤岛运行时，晴天多风日风速和光强度较高，抽水蓄能电机在风电机停运期配合系统发电完成灌溉任务。在非灌溉期，风光能转为水能，为灌溉期做准备，库容快速上升；运行过程风能变化幅度大，对微网功率平衡冲击较大，抽水蓄能电机的参与调节，平缓系统出力，改善系统协调性能。

时，在18到19点弃风时段，光强开始下降，抽水蓄能电机配合系统供电。在满足灌溉和蓄水用电情况下，将风光能富余电力出售外电网，售电量为：-60kW，实现系统经济运行。两种模式运行中，系统在风光能不足时才选择排水发电，体现对绿色能源优先利用的特点。

4.2.2冬季阴天少风日微电网协调运行

图3和图4分别是阴天少风日微网的孤岛、 模式的运行特性。孤岛运行时，夜晚期间缺少微源出力，系统不蓄水，主要功率平衡过程发生在7点到20点时段；在灌溉期，由风光水能为系统灌溉供电。库容在13点进入低峰值，灌溉任务完成后，剩余风光能以水能形式蓄存。

时，相比孤岛运行，并网系统灌溉量增大不少，外电网需供大量电力维持系统平衡。图中可知，系统夜晚缺乏风能，联络线为系统蓄水供电；系统进入灌溉期后，由风光水能转为电能，配合联络线共同为灌溉供电；整个过程，联络线交换功率较为均匀，

P_rl：71.6kW。由于联络线渗透率较大，分担了主要供电。

5总结

系统结合了农作物冬夏季节性灌溉要求，以2种不同天气数据为基础，对微网的孤岛运行、最小运行成本等模式进行优化计算。算例表明微网抽水蓄能电机的转换特性可与风光发电随机性形成互补，提高系统调节能力；孤岛运行调节性能有限，风光能源利用率低，受天气条件影响大，难以单独完成季节性灌溉任务；系统运行中，能源利用优先级最高的是风力发电和光伏发电，其次是抽水蓄能发电，联络线作为功率备用可提高能源利用率，实现系统的协调运行和经济运行。综上所述，含风光蓄微电网的协调运行，能够有效解决偏远地区农业灌溉的用水用电困难的问题，为当地农业发展提供科学依据。

参考文献

1. 粟归玉. 低碳电力下含抽水蓄能的风水火联合经济调度[D].广西大学, 2014.

2. 邢健.抽水蓄能—太阳能系统联合运行可行性研究[D].华北电力大学,2012.

作者简介：

邓淞文(1989—)，男，硕士研究生，广西电网有限责任公司贵港供电局调度中心主网副值调控员。

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