蔡吉人，朱明杰，朱肖晶

（苏州供电公司，江苏苏州215004）

面向需求侧管理的风光储微电网及其控制策略研究

蔡吉人，朱明杰，朱肖晶

（苏州供电公司，江苏苏州215004）

目前,我国建筑能耗占全社会终端能耗的近30%，每年以较快速度增长，而且单位建筑能耗普遍偏大，是发达国家的2～3倍，绿色建筑处于起步阶段。国家高度重视建筑节能，国务院《节能减排“十二五”规划》［国发2012（40）号］将推动建筑节能作为重点工作，要求加强公共建筑节能监管体系建设，推动节能改造与运行管理。2013年8月，国务院《关于加快发展节能环保产业的意见》［国发2013（30）号］又专门提出“开展绿色建筑行动”的要求，明确指出必须加快推进绿色建筑节能改造、认证和能耗监测管理等工作。

目前，苏州是国家第一批电力需求侧管理城市综合试点4家之一，也是开展江苏省电力需求响应的排头兵。苏州供电公司需积极响应落实，对电网内部建筑大楼进行综合节能改造，实施电力负荷控制，大力开展移峰填谷和电力需求响应，积极践行社会责任，努力推动当地电力需求响应工作的开展［1］。

本文基于国网江苏苏州供电公司园区大楼的现有配电系统与负荷特征，设计了一种面向需求侧管理的风光储微电网，提出了系统的控制策略，且具有很好的示范和推广价值。

1 可行性分析

1.1 气象条件

苏州位于江苏省南部，东临上海，南接浙江，西临太湖，北依长江。苏州市区中心地理坐标为北纬31°19＇，东经120°37＇。苏州属于亚热带季风海洋性气候，四季分明，气候温和，雨量充沛。年均降水量1 100 mm，年均温15.7℃，1月均温2.5℃。7月均温28℃。

苏州属于太阳能资源四类地区，全年日照时数为2 000 h左右，年辐射量约500×104kJ∕cm2，相当于140～160 kg ce燃烧所发出的热量。同时，苏州属于风能资源二类地区，风能密度在150～200 W∕m2，可利用小时数在5 000 h左右。因此，苏州具有较好的风能资源和太阳能资源，适合开展风光储微网系统。

1.2 配电系统与负荷特征

苏州供电公司园区大楼的配电设施陈旧，绝大部分设备为2002年建成投运。配电房有1号、2号共2台10 kV配电变压器，配电变压器型号为SCB9-800∕10 kV均投入运行，且I段和II段400 V母线通过母联开关连接。400 V母线下的负荷主要为照明负荷、水泵风机等电动机负荷、空调负荷等阻性负荷。现阶段，园区大楼配电系统的供电年平均功率因数在0.9左右，当空调和电动机负荷高时，功率因数在0.85左右。由于园区大楼照明负荷重，导致配电系统谐波含量高、三相不平衡严重。

2014年苏州供电公司园区大楼总用电量为71万kWh，园区大楼的峰值负荷主要集中在2月和7月份，峰值负荷达到520 kW，年平均负荷为80 kW左右，负荷波动明显。

2 风光储微电网系统设计

2.1 组网方式

苏州供电公司园区大楼风光储微电网系统结构示意图见图1。10 kW光伏阵列经光伏控制器与直流母线连接，10 kW风力发电机经风电控制器与直流母线连接，100 kWh储能电池经储能控制器与直流母线连接。电能质量综合治理装置包括并网发电和无功补偿模块、谐波治理模块和不平衡治理模块3部分功能，均连接直流母线并并入380 V交流母线。微网运行控制与能量管理系统与控制器和电能质量综合治理装置通过信息总线相连，微电网系统各个监测点的数据通过信息总线传送到微网运行控制与能量管理系统。

图1 风光储微电网系统结构示意图

2.2 光伏发电系统

光伏发电系统采用40个250 Wp的单晶硅太阳能电池板，总峰值发电功率10 kW，通过一套10 kW的光伏控制器实现升压，并与直流母线连接。光伏发电系统建设在园区大楼楼顶，采用支架固定支撑。

2.3 风力发电系

风力发电系统采用2台5 kW风力发电机组，技术参数如表1所示，通过一套10 kW的风电控制器实现升压，并与直流母线连接。风力发电系统建设在园区大楼楼顶，采用钢管支架固定支撑。

2.4 储能系统

100 kW∕100 W储能系统建设于配电房，占地2 m2左右，与电能质量综合治理装置和微网运行控制与能量管理系统毗邻，并与并网点一体化接口柜连接。采用48 V∕100 Ah的锂离子电池模组构成，锂离子电池可有效提高储能系统的充放电能力并缩小储能系统体积。100 kW∕100 W锂离子电池性能参数表如表2所示。

表1 5kW风力发电机组参数

表2 100kW∕100 W锂离子储能电池性能参数表

3 系统控制策略

3.1 并网运行策略

在主网正常的情况下，分布式发电并网运行，其所发电能全部送上大楼380 V配电系统。其中，风光储微电网协调运行模式及其策略包括：

（1）电力需求侧响应模式。根据设定的电力需求响应参数，增加微电网系统并网发电出力，在高峰负荷时段减少园区大楼峰值电力负荷，实现动态需求响应。

（2）平滑功率输出模式。当白天日照强度高，发电超过额定功率的80%（上限可调）时，对储能系统进行充电；当日照强度低，发电低于额定功率的50%（下限可调）时，储能系统运行在放电模式，达到最大放电深度（可调）时，停止放电。

（3）削峰填谷模式。晚上负荷低时电网对储能系统进行充电，白天负荷高时由储能系统放电以增加出力，改善电力的供需矛盾，提高发电设备的利用率。

3.2 微电网独立运行策略

当主网发生故障或处于检修状态时，采用微网孤岛运行方式，选取机房、照明电源等大楼负荷作为微电网的负荷。断开与主网的连接开关，根据发电能力、储能容量及负荷情况构成微电网系统，通过微电网运行控制，实现风光储协调运行，储能优化运行，离网削峰填谷等不同运行方式，满足微网负荷的可靠供电，实现无缝切换。通过微电网孤岛运行最大限度提高能源的利用率节能减排，同时提高供电可靠性。

4 结束语

本文设计了一种面向需求侧管理的直流组网风光储微电网，并根据负荷特征配置了电能质量综合治理装置。此外，通过搭建的微电网运行控制与能量管理系统，基于本文提出的并网和独立运行方式下的控制策略，风光储微电网能够实现在并网状态下的电力需求侧响应、平滑功率输出和削峰填谷运行模式，以及并∕离网无缝切换功能，具备工程推广应用价值。D

［1］鲁宗相，王彩霞，闵勇，等.微电网研究综述［J］.电力系统自动化，2007，31（9）：100-107.

［2］张佳俊.风光储微电网多电源协调控制策略研究［D］，北京：华北电力大学，2012.

［3］吴志峰，舒杰，催琼.多能互补微电网系统组网及控制策略研究［J］.可再生能源，2014，32（1）：44-48.

Photovoltaicmicrogrid DSM⁃oriented and controlstrategies

CAI Ji⁃ren,ZHU Ming⁃jie,ZHU Xiao⁃jing
（Suzhou Electric Power Supply Company,Suzhou 215004,China）

设计了一种面向需求侧管理的风光储微电网，通过直流方式组网，根据当地的负荷特征配置电能质量综合治理装置。基于本文提出的并网和独立运行方式下的控制策略，通过微电网运行控制与能量管理系统，风光储微电网能够实现在并网状态下的电力需求侧响应、平滑功率输出和削峰填谷运行模式，以及并∕离网无缝切换功能，具备工程推广应用价值。

需求侧管理；微电网；控制策略；独立运行

This paper proposed the wind PV and energy stor⁃age micro grid for DSM building under DC mode.The micro grid is configuration with the power quality manager device.Based on the control strategies for grid-connected or stand-alone operation pro⁃posed by this paper,the wind PV and energy storage micro-grid achieved the functions of DSR smoothing volatility and peak load shifting through the EMS.In addition,the micro grid is able to smoothing switch under grid-connected and stand-alone mode. Generally,the proposed micro-grid is valuable to spread for engi⁃neering field.

DSM;microgrid;control strategy;stand-alone op⁃eration

10.3969∕j.issn.1009-1831.2017.S1.024

F407.61

C

2017-03-09