導(dǎo)語：微電網(wǎng)負荷動態(tài)分配在新能源的應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：海水淡化設(shè)備用電是新能源海水淡化系統(tǒng)的最主要用電點，海水淡化設(shè)備能夠長時間、穩(wěn)定地運行是提高產(chǎn)水量的基本條件。介紹了一種應(yīng)用動態(tài)控制負荷分配的微電網(wǎng)控制方式，可在同等設(shè)備配置下延長海水淡化設(shè)備工作時間，增加產(chǎn)水量。

關(guān)鍵詞：海水淡化系統(tǒng)；微電網(wǎng)；新能源；負荷；動態(tài)分配

隨著２０１７年１２月由國家發(fā)改委和國家海洋局聯(lián)合提出的《海島海水淡化工程實施方案》，海水淡化將在２０２０年成為嚴重缺水海島地區(qū)的主要供水方式之一［１］。實施方案中明確指出，將通過３年～５年的時間，在遼寧、山東、浙江、福建、海南等沿海城市重點推進１００個左右海水淡化工程（建設(shè)規(guī)模在５０ｍ３／ｄ～１０００ｍ３／ｄ）的建設(shè)和升級改造，以有效緩減海島居民的用水問題和滿足不斷提高的生活、生產(chǎn)用水需求。針對海島淡水可用量少、資金少、電力少、取海水方便的情況，海水淡化與可再生能源結(jié)合，可以緩解海島用水難問題。由于微電網(wǎng)相比大電網(wǎng)存在天然優(yōu)勢，其規(guī)模遠小于大電網(wǎng)，電源、負荷數(shù)量有限，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)簡單，因而容易對微電網(wǎng)進行監(jiān)視和控制。新能源微電網(wǎng)系統(tǒng)通過光伏發(fā)電或風(fēng)力發(fā)電，配合儲能系統(tǒng)和電池系統(tǒng)，可為海水淡化設(shè)備以及當?shù)鼐用裉峁┓€(wěn)定的電能。

１新能源微電網(wǎng)系統(tǒng)負荷分配存在的問題

新能源微電網(wǎng)系統(tǒng)具有能效高、污染小等優(yōu)點，但是因為風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等新型能源的波動性、間隙性等特點需要配備一定容量的儲能系統(tǒng)，發(fā)揮抑制波動的作用，在一定程度上增強微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一般在微電網(wǎng)開機后需要先利用光伏發(fā)電給儲能電池充電，在儲能系統(tǒng)中當電池的ＳＯＣ（剩余電量）大于設(shè)定值（比如５０％）后，由運行人員結(jié)合時間和觀察光照強度達到一定的程度，才開啟微電網(wǎng)海水淡化系統(tǒng)，生產(chǎn)合格的飲用水或者瓶裝水供給當?shù)鼐用耧嬘谩．攦δ茈姵氐模樱希弥敌∮谠O(shè)定值（比如３０％）時關(guān)閉海水淡化系統(tǒng)，避免因電量不足導(dǎo)致跳閘或者設(shè)備損壞。如果允許啟動系統(tǒng)的電池ＳＯＣ值設(shè)定的高，比如設(shè)定為５０％或者以上，在沒有用電負荷的情況下，光伏全額發(fā)電，只給儲能電池系統(tǒng)充電，ＳＯＣ從１５％（前一天預(yù)留的電池ＳＯＣ）到５０％至少需要半小時。由于早上陽光的光照強度由低到高逐漸變化，光伏發(fā)電功率也是由低到高，因此為儲能電池系統(tǒng)充電需要的時間會更長。如果允許啟動系統(tǒng)的電池ＳＯＣ值設(shè)定的較低，比如設(shè)定為２０％，則必須等到光伏發(fā)電量和儲能系統(tǒng)的電量大于設(shè)備耗電量后才能啟動系統(tǒng)。由于只能憑運行人員經(jīng)驗來判斷光照強度足夠才啟動系統(tǒng)，這個時間很不精確，如果在早晨啟動系統(tǒng)的過程中，突然遇到連續(xù)烏云導(dǎo)致光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量下降，此時發(fā)電量和儲能電量小于海水淡化設(shè)備的耗電量，系統(tǒng)很快就由于電量不足而停機。傍晚時也是如此，光照強度逐漸降低，光伏發(fā)電量逐漸下降，當電池ＳＯＣ低于設(shè)定值時（假設(shè)設(shè)定值為４０％），需要按照工藝要求停止系統(tǒng)，進入海水淡化設(shè)備的停機沖洗過程，直到設(shè)備完全停止，預(yù)留部分電池容量給第二天設(shè)備做控制電源，啟動設(shè)備?？傊瑔游㈦娋W(wǎng)系統(tǒng)的電池ＳＯＣ值設(shè)定的高，給電池系統(tǒng)充電時間加長，海水淡化設(shè)備的生產(chǎn)時間就會減少，降低產(chǎn)水量。啟動微電網(wǎng)系統(tǒng)的電池ＳＯＣ值設(shè)定的較低，會增加設(shè)備意外跳閘停機的風(fēng)險。而且光照強度由運行人員目測，無具體數(shù)值指示，對于相同天氣條件，不同的運行人員啟動系統(tǒng)的時間也偏差很大，增加了設(shè)備頻繁啟?；蛘咛l的風(fēng)險，降低產(chǎn)水量，造成能源浪費。

２負荷動態(tài)調(diào)整的微電網(wǎng)方案

為了解決以上問題，本文介紹一種微電網(wǎng)負荷動態(tài)分配方法，能夠在不提高微電網(wǎng)系統(tǒng)配置的情況下，通過采集日期、時間數(shù)據(jù)，配合采集的光照強度和儲能電池的ＳＯＣ值等，實時檢測光伏系統(tǒng)發(fā)電功率，調(diào)整、優(yōu)化海水淡化系統(tǒng)的分級配置，及時補充儲能系統(tǒng)的存儲電量，以預(yù)防系統(tǒng)負荷突然增加導(dǎo)致系統(tǒng)停機或者崩潰，達到延長海水淡化設(shè)備的工作時間，提高產(chǎn)水量及經(jīng)濟性。本文以配置同等功率的光伏（裝機總量１００ｋＷｐ）和儲能逆變（１００ｋＷｐ）、電池（１Ｃ）容量（１００ｋＷｐ）的新能源海水淡化系統(tǒng)為例進行微電網(wǎng)負荷動態(tài)分配。海水淡化系統(tǒng)配置３級反滲透系統(tǒng)，其中一級反滲透用電功率為２０ｋＷ，二級反滲透用電功率為１３ｋＷ，三級反滲透用電功率為８ｋＷ。利用北斗或者ＧＰＳ采集日期、時間數(shù)據(jù)，區(qū)分春夏秋冬四季。在早晨，相同時間，不同季節(jié)，光照強度也不同。早晨啟動微電網(wǎng)系統(tǒng)的時間和傍晚關(guān)閉微電網(wǎng)系統(tǒng)的時間可以根據(jù)四個季節(jié)的實際情況做調(diào)整。光照強度采用照度計實時監(jiān)測，并輸出照度值給能量管理系統(tǒng)ＥＭＳ，ＥＭＳ根據(jù)分級設(shè)備用電需求劃分不同的照度區(qū)間。４級光照強度劃分如下：（１）１級光照強度：光伏發(fā)電功率在１０ｋＷｈ～２０ｋＷｈ，只能給儲能電池充電。（２）２級光照強度：光伏發(fā)電功率在２０ｋＷｈ～４０ｋＷｈ，滿足一級反滲透運行。（３）３級光照強度：光伏發(fā)電功率在４０ｋＷｈ～６０ｋＷｈ，滿足一、二級反滲透同時運行。（４）４級光照強度：光伏發(fā)電功率在６０ｋＷｈ～１００ｋＷｈ，滿足一、二、三級反滲透同時運行。根據(jù)海水淡化３級反滲透系統(tǒng)和照明系統(tǒng)及居民用電情況設(shè)置用電設(shè)備，其中一級反滲透設(shè)備為１級設(shè)備，二級反滲透設(shè)備為２級設(shè)備，三級反滲透設(shè)備為３級設(shè)備，照明系統(tǒng)、居民用電均為４級設(shè)備?？照{(diào)系統(tǒng)因為需要給集裝箱內(nèi)的微電網(wǎng)設(shè)備降溫，可以根據(jù)溫度單獨設(shè)置。（１）早晨７點，設(shè)備啟動以后，在光照強度低于２級時，光伏系統(tǒng)發(fā)電功率不足以啟動海淡設(shè)備，此時僅啟動電池系統(tǒng)、ＰＣＳ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＳｅｒｖｉｃｅ，電能控制系統(tǒng)）為電池充電，提高電池ＳＯＣ值，為后續(xù)海水淡化設(shè)備運行準備一定的電量。（２）早晨７點半，檢測３ｍｉｎ內(nèi)光照強度持續(xù)處于２級，判斷出天氣良好，光照穩(wěn)定，準備運行。檢測儲能電池ＳＯＣ大于２０％，則優(yōu)先運行１級設(shè)備，２級、３級、４級設(shè)備不啟動，此時，光伏發(fā)電主要用于一級反滲透產(chǎn)水，隨著時間的推移，光照強度逐漸增加，多余電量給儲能電池充電，提高電池系統(tǒng)ＳＯＣ值，偶爾天空有云層飄過，光伏發(fā)電量瞬時下降，儲能系統(tǒng)可以提供電能補充，維持系統(tǒng)穩(wěn)定運行。（３）當時間到達８點半，而且光照強度在３ｍｉｎ內(nèi)持續(xù)處于３級時，光伏發(fā)電量大于４０ｋＷｈ，再啟動二級反滲透系統(tǒng)，根據(jù)溫度情況，可以打開空調(diào)用電，啟動空調(diào)，給集裝箱內(nèi)設(shè)備散熱降溫，防止系統(tǒng)因為高溫報警而停機。（４）當時間到達９點半，而且光照強度在３ｍｉｎ內(nèi)持續(xù)大于４級時，光伏發(fā)電量大于６０ｋＷｈ，則可以啟動三級反滲透系統(tǒng)。反滲透系統(tǒng)全額運行，生產(chǎn)飲用水，同時打開居民用電等。（５）在系統(tǒng)分級啟動過程中，如果天氣良好，光照充足，光照強度連續(xù)５ｍｉｎ內(nèi)都大于４級，且電池ＳＯＣ值大于４０％，則取消分級啟動，根據(jù)生產(chǎn)需求、用電需求，可以啟動所有用電設(shè)備，系統(tǒng)滿負荷運行。（６）在正常運行時，如果遇到天氣不太好，烏云較多，導(dǎo)致光照強度持續(xù)下降，光照強度持續(xù)處于１級，則按照電池ＳＯＣ的區(qū)間值來降低負荷運行。當電池ＳＯＣ小于５０％時停止三級反滲透的設(shè)備，僅保留一級、二級反滲透運行，降低用電量；當電池ＳＯＣ小于３５％時且光照強度依然處于１級狀態(tài)，再停止二級反滲透設(shè)備，僅保留一級反滲透運行，降低用電量；當電池ＳＯＣ小于２０％時且光照強度處于１級狀態(tài)，再停止一級反滲透設(shè)備，此時所有用電設(shè)備全部關(guān)閉，光伏發(fā)電只維持控制系統(tǒng)運行及給儲能電池充電；如果光照強度恢復(fù)，持續(xù)處于４級光照強度１０ｍｉｎ以上，則取消降低負荷運行，繼續(xù)滿負荷運行，以提高產(chǎn)水量。（７）當運行到下午５點時，光照強度持續(xù)緩慢降低，可以采用相同的辦法，根據(jù)光照強度的等級和電池ＳＯＣ值，逐級停止４、３、２、１級設(shè)備，至所有用電設(shè)備全部關(guān)閉。此時，光照強度處于１級，光伏發(fā)電可以給儲能電池充電，以備次日早晨啟動系統(tǒng)使用。

３結(jié)束語

負荷動態(tài)調(diào)整的微電網(wǎng)控制方案對于相同條件（風(fēng)力發(fā)電量、光伏發(fā)電量）下的微電網(wǎng)新能源海水淡化系統(tǒng)，將用電負荷隨著光照強度、電池系統(tǒng)ＳＯＣ值的變化做相應(yīng)調(diào)整，實現(xiàn)分級啟停，動態(tài)調(diào)整，延長海水淡化設(shè)備的工作時間，避免頻繁啟停機造成的能源浪費，這對于提高產(chǎn)水水量和降低項目的投資、運行和維護成本有著深遠的影響。隨著科學(xué)技術(shù)和民眾認識的提高，海水淡化逐漸被認知和接受，新能源微電網(wǎng)海水淡化技術(shù)也逐漸成為解決淡水資源匱乏的主要手段之一，對于島嶼等偏僻地區(qū)，也將成為解決島民用水困難的主要途徑。

參考文獻：

［１］國家發(fā)展改革委，國家海洋局．海島海水淡化工程實施方案［ＥＢ／ＯＬ］．［２０１７－１２－１４］．

［２］阮國嶺．海水淡化工程設(shè)計［Ｍ］．北京：中國電力出版社，２０１３．

［３］上海市政工程設(shè)計研究院．給水排水設(shè)計手冊（第３冊）城鎮(zhèn)給水［Ｍ］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，２００４．

［４］孫云蓮．新能源及分布式發(fā)電技術(shù)［Ｍ］．北京：中國電力出版社，２０１６．

［５］徐青山．分布式發(fā)電與微電網(wǎng)技術(shù)［Ｍ］．北京：人民郵電出版社，２０１１．

作者：戴光標 許衛(wèi)國 李虎 單位：江蘇豐海新能源淡化海水發(fā)展有限公司