储能容量对微网可靠性影响的仿真分析

储能容量对微网可靠性影响的仿真分析

范荣

国网山西省电力公司忻州供电公司山西忻州034000

摘要：本文研究储能容量对微网可靠性的影响，因而本文从微网蓄电池的储能容量对微网负荷的故障率、修复时间、系统平均停电频率、系统平均停电持续时间、系统平均供电可用率等方面的影响对其进行了分析。因为在并网情况下，有外电源的影响，系统储能容量对供电可靠性的影响可以忽略不计，所以本文忽略并网情况下，微网的储能容量对外电网的影响。本文以IEEEBUS6接线系统为算例，计算其在两个微网中的不同储能容量对配电网的可靠性的各项参数，从而得出结论。本文微网的发电机是风力发电机，建立风力发电机模型，并且建立储能系统，建立储能系统对元件停电时间影响的模型，对其进行仿真分析，结果初步表明：储能容量由零增大的过程，配电网可靠性是由小到大再降低，适当的储能容量才能使微网的可靠性最优化。

关键词：微电网，储能容量，配电网可靠性；建模仿真

0引言

相较于传统大电网，分布式发电拥有其优势：灵活的安装地点；较少的电网设备投资，高能源利用率，污染少等使分布式发电可作为传统集中式大电网的有效补充[1]。微电网是一种由分布式电源、负荷、储能装置、控制与保护装置组成的供电系统。可同时向负荷供给电能和热能，既可以通过单一接口与大电网并网运行，也可以配合储能系统进行孤网运行，是智能电网的重要组成部分[2]。微电网的优点具体体现在：可以在保证供电质量的前提下，减少对电网进行改善的投资以及停电造成的经济损失，特别是一些短时间的尖峰负荷可以得到有效的解决；能提高电网的抗灾能力，微电网可以在大电网故障时与其断开并独立运行，以提高供电系统的抗灾能力；从用户上看，微电网可用作定制电源，满足用户的不同需求；从配电系统上看，微电网的可控性和自治性，降低了调度人员的调度难度。

微网的稳定性指的是微网的电压和频率的稳定性以及供电的持续性。微网的稳定性可以保证用户用电质量，也可以减少其对大电网的依赖[3]。深入了解储能容量对微网稳定性的影响，对微网的发展有重要意义。

1微网的关键技术

1.1微网的运行方式

微网的运行方式包括并网运行方式和孤岛运行方式。微电网的控制应该满足下面几个要求：（1）保证供电的质量，特别是频率和电压；（2）微电源可以实现“即插即用”，却不影响供电的质量；（3）控制采用本地信息而不是全局信息；（4）正确和灵活的解裂与连接，而且在联网下和孤岛下两种运行的方式下能够正常运行。（5）能够可以矫正电压的跌落与系统不平衡[4]。

1.2微网系统的保护

微网的保护是微网正常运行的前提。孤岛条件运行下的电压和频率的变化、孤岛检测及保护都是微网继电保护索要考虑的问题。在孤岛检测上的研究，提出了主动方法和被动方法两大类方法。被动检测方法主要是基于形成孤岛时电气量的变化来进行的。自适应保护系统和智能保护系统等是微网保护未来的发展方向[5]。

1.3储能容量对微电网稳定性的影响

储能系统的容量是指储能系统在充满电的状态下，按一定的放电条件放电到最小允许剩余电量时，能够释放的能量。储能体统容量的单位为安时或瓦时，分别表示储能系统的输出电量和做功能力。

微电网的稳定性可能分为小信号稳定性和暂态稳定性，微电网的暂态稳定是当受到大的扰动后微电网达到一个可接受的稳定状态，大扰动通常认为是非常严重的意外事故，将引起微电网运行状态的较大偏离，微网的不稳定性将导致电压和频率的崩溃。

2微网可靠性的模型建立

2.1基本假设和可靠性目标分析

目前微网可靠性运行方式，影响较多，因此在做储能容量对微网可靠性影响的分析时，有必要对其微网进行合理的假设。计算微网可靠性应该明确可靠性指标、以及其计算方法；再计及一些不确定性因素对其的影响，从而确立基本假设。

对微网而言，影响可靠性指标有很多，但大致可归纳为以下六个方面：（1）元件可靠性参数；（2）负荷点可靠性指标；（3）系统可靠性指标；（4）微网并网情况下参数指标；（5）微网孤岛运行可靠性指标；（6）微网效益指标。

2.2微网模型及其计算

风发电机组的出力是随着风速变化而变化的，其是否处于发电状态及出力大小都取决于风速的状况，其输出功率源自参考文献[6]。

2.3微网可靠性模型

进行微电网可靠性评估时，微电网并网运行下平衡微网的内部的功率差额，它故障将使微电网进入孤岛的运行状态。其故障率和平均计算时间如下：基于电网的分块可靠性的评估算法，对与含微网的配网来进行可靠性的评估；计算微网自身等效分块的等效的故障率和其年平均停电时间；微网的负荷点的可靠性的评估的结果中除去微网自身的等效块的影响，就可以得到外部的电网的等的效故障率与修复的时间[7]。

3实例计算

分布式能源采用清洁的风能，并以IEEEBus6接线系统为例，该配网图和参数如下：

图1配电网结构图

表1配电网参数

对孤岛1接入0.3、0.4、0.5输出功率的风机，对孤岛2接入0.3、0.4、0.55输出功率的风机。

下文分析四种模式下，系统系统平均停电频率（次/用户.年）、系统平均停电持续时间（小时/用户.年）和系统平均供电可用率（%），三种参数结果。

模式1：当孤网1和孤网2储能容量为0时；

模式2：当孤岛1和孤岛2储能容量为0.2

模式3：当孤岛1和孤岛2储能容量为2时

模式4：当孤岛1和孤岛2储能容量为4时

表1结果对比

从以上仿真结果可得微网储能容量从小到大的过程中微网可靠性是从上升到下降的。微网可靠性随着微网储能容量变化而变化。规律是先增大后减小。由以上数据观察的出，微网的储能容量约0.5MW时，系统平均停电频率最低。当微网储能容量为0.4MW时，系统平均停电持续时间最低，而系统平均供电可用率几乎没变化。从数据上来看，微网储能容量对微网可靠性有一定影响，但影响不是很大。当微网可靠性最好时，微网储能容量约为发电机的输出功率的1/3。

4总结

本文围绕储能容量对微网可靠性的仿真分析，然后选取了IEEEBUS6接线系统作为研究对象，在对不同储能容量的微网可靠性进行了仿真，结果表明了储能容量的增大对微网可靠性的影响是先有利后不利的，表明了储能容量要在合理的范围内最有利于微网的可靠性。本文微网采用了风力发电机，所以建立风力发电机模型。当微网配置储能系统及储能容量后，系统的停电时间有变化，从而影响了微网的可靠性，建立储能系统容量对微网对元件的停电时间的影响的模型，从而进行仿真分析，得出结论。

参考文献：

[1]孙虹.分布式发电技术及其对电力系统的影响[J].硅谷，2013（13）：157-158.

[2]王莉，陈中阳，宋志明，等.微网对配电网保护的影响分析[J].智能电网，2016，4（3）：297-300.

[3]黄小红，程鹏志，白兆海，等.分布式光储微电网设计及应用研究[J].新材料产业，2016（9）：54-58.

[4]李春叶.微网的建模及并网运行方式研究[D].太原理工大学，2010.

[5]张艳红，杜欣慧，张建伟.微电网控制技术的研究现状及发展方向[J].山西电力，2011（6）：28-31.

[6]刘丹，李强，冯承超.小型直驱式永磁同步风力发电机快速最大功率追踪仿真研究[J].电力系统保护与控制，2016，44（5）：141-145.

[7]基于负荷曲线和多代理技术的含微电网配电网动态供电恢复[D].重庆大学，2014.

作者简介：

范荣（1989.01-），男，汉族，山西五台县，本科，助理工程师，主要研究方向：电力市场，智能电网，新能源发电等；Email：