农村住宅建筑光储直柔系统性能研究

doi:10.11930/j.issn.1004-9649.202303094

中国电力 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (3): 160-169.DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202303094

农村住宅建筑光储直柔系统性能研究

王朝亮¹(), 肖涛¹(), 李少杰²(), 张吉²()

1. 国网浙江省电力有限公司营销服务中心，浙江杭州　311100
2. 清华大学建筑学院建筑节能研究中心，北京　100084

收稿日期:2023-03-21 出版日期:2024-03-28 发布日期:2024-03-26
作者简介:王朝亮（1986—），男，硕士，高级工程师，从事电力需求侧管理、电能计量及用电信息采集技术，E-mail：chaoliangwang@126.om
肖涛（1979—），男，硕士，高级工程师（教授级），从事电力需求侧管理、电能计量及用电信息采集技术技术研究，E-mail：837479430@qq.om
李少杰（1999—），男，博士研究生，从事建筑新能源系统与建筑节能研究，E-mail：lisj20@mails.tsinghua.edu.cn
张吉（1993—），女，通信作者，博士，助理研究员，从事建筑新能源系统与建筑节能研究，E-mail：zjthu@tsinghua.edu.cn
基金资助:
国家电网有限公司科技项目（电网友好型低碳建筑“光储直柔”系统互动关键技术研究与示范，5400-202219175A-1-1-ZN）。

Performance Investigation of PEDF System Applied in Rural Areas

Chaoliang WANG¹(), Tao XIAO¹(), Shaojie LI²(), Ji ZHANG²()

1. State Grid Zhejiang Marketing Service Center, Hangzhou 311100, China
2. Building Environment Research Center, Tsinghua University, Beijing 100084, China

Received:2023-03-21 Online:2024-03-28 Published:2024-03-26
Supported by:
This work is supported by Science and Technology Project of SGCC (Research and Demonstration on Key Technologies of Grid-Friendly PEDF System Applied in Low-Carbon Buildings, No.5400-202219175A-1-1-ZN).

摘要/Abstract

摘要：

“光储直柔”（PEDF）建筑新型配电系统是助力实现“双碳”目标的重要途径，在中国大力推进整县屋顶分布式光伏试点的背景下，农村整村的光伏利用模式和系统容量配置问题需要进一步探索。基于屋顶光伏的利用模式，提出了“自用优先光伏”和“公共光伏”2种适用于农村住宅建筑的PEDF系统拓扑结构。从系统技术性和经济性角度出发，对比分析了不同拓扑结构在不同光伏和储能容量配置下的系统性能。以北京市某农村由18个农户家庭组成的配电台区为研究对象进行仿真计算，结果表明：光伏装机容量高时，适宜发展公共光伏系统形式，负荷满足率可提高0.3~1.9个百分点，年净收益可提高1.7万元；光伏装机容量低时，适宜发展自用优先光伏系统形式，负荷满足率和光伏消纳率可分别提高1.0~3.0个百分点和0.6~2.7个百分点。实际工程中，可结合投资运行主体进行系统优化选择，并充分利用建筑末端柔性资源的调蓄能力，提升系统稳定性和经济性，助力构建以新能源为主体的未来电力系统。

关键词: 农村住宅建筑, 光储直柔, 拓扑结构, 容量配置, 储能成本

Abstract:

Photovoltaics, energy storage, direct current, and flexibility (PEDF), a new building power distribution system, is an important way to "carbon peak and carbon neutralization". Amid the vigorous commitment to distributed photovoltaic pilots based on county seats, the utilization mode of photovoltaic and system capacity allocation in rural residential buildings need to be further explored. Based on the utilization mode of roof PV, this paper proposes two topologies of PEDF systems for rural residential buildings, self-priority and public PV. The system performance of different topologies with various photovoltaic and energy storage capacity configurations is compared and analyzed from technological and economical perspectives. A simulation of a distribution station composed of 18 rural households from a village in Beijing shows that the public PV system is suitable for high PV installed capacity. The load satisfaction rate can be increased by 0.3-1.9%, and the annual net income by CNY 17,000. While the self-priority PV system is suitable for low PV installed capacity. The load satisfaction rate and photovoltaic consumption rate can be increased by 1.0~3.0 percentage points and 0.6~2.7 percentage points, respectively. In the actual project, the system optimization selection can be combined with the investment operator, and the regulation and storage capacity of the flexible resources in the buildings can be fully used to improve the system stability and cost-effectiveness, which can help construct the new power system mainly fueled by renewable energy.

Key words: rural residential building, PEDF, topologies, capacity configuration, energy storage cost

王朝亮, 肖涛, 李少杰, 张吉. 农村住宅建筑光储直柔系统性能研究[J]. 中国电力, 2024, 57(3): 160-169.

Chaoliang WANG, Tao XIAO, Shaojie LI, Ji ZHANG. Performance Investigation of PEDF System Applied in Rural Areas[J]. Electric Power, 2024, 57(3): 160-169.

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图/表 10

图 1 农村住宅光储直柔系统拓扑结构

Fig.1 Topology of PEDF system applied in rural residential buildings

表 1 蓄电池特性参数

Table 1 Specification of the battery

参数	数值	参数	数值
充放电效率/%	95	电池充放电倍率	0.5
S_OCmax	0.95	循环次数	6 000
S_OCmin	0.10	运行年限/年	10

表 2 系统经济性计算参数

Table 2 Parameters of system economic calculation

项目	数值	项目	数值
光伏组件成本/(元·kW^–1)	1 700	变换器运行年限/年	10
光伏系统其他配套成本/(元·kW^–1)	1 450	购电电价/(元·(kW·h)^–1)	0.4883
光伏系统运行年限/年	20	上网电价/(元·(kW·h)^–1)	0.3598
储能成本/(元·(kW·h)^–1)	1500	光伏发电补贴成本/ (元·(kW·h)^–1)	0.08
变换器成本/(元·kW^–1)	800

图 2 农户用电负荷数据

Fig.2 Household power load data

图 3 农户屋顶光伏应用潜力

Fig.3 Application potential of rooftop PV in households

图 4 不同光伏容量下负荷用电与光伏出力对比

Fig.4 Comparison of power load and PV generation under different photovoltaic capacities

表 3 不同光伏容量下总负荷用电和光伏出力的不匹配关系

Table 3 The mismatch between total power load and PV generation under different photovoltaic capacities 单位：万kW·h

总用电量	P_E=8		P_E=1
总用电量	富余光伏发电量	光伏不足发电量	富余光伏发电量	光伏不足发电量
5.5	40.5	2.2	3.0	3.0

图 5 技术性对比结果

Fig.5 Comparison result of technical indicators

图 6 经济性对比结果

Fig.6 Comparison result of cost-effectiveness indicators

表 4 不同光伏和储能容量下的年净收益对比

Table 4 Comparison of annual net income (unit: CNY 10,000) under different PV and battery capacities 单位：万元

E_b	P_E=8		P_E=1
E_b	拓扑1	拓扑2	拓扑1	拓扑2
0.0	6.75	8.53	–1.17	–1.73
0.1	6.57	8.35	–1.85	–1.85
0.2	6.39	8.17	–2.03	–2.03
0.3	6.21	7.99	–2.22	–2.22
0.4	6.02	7.80	–2.41	–2.41
0.5	5.83	7.60	–2.61	–2.61
0.6	5.62	7.40	–2.82	–2.82
0.7	5.41	7.18	–3.03	–3.03
0.8	5.19	6.96	–3.24	–3.24
0.9	4.97	6.74	–3.46	–3.46
1.0	4.75	6.51	–3.68	–3.68

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