光伏发电的波动平抑技术综述

张卫东，袁荣国，刘祖明

(1. 成都军区昆明总医院，昆明 650032；2．云南师范大学太阳能研究所/云南省农村能源工程重点实验室/教育部可再生能源材料先进技术与制备重点实验室，昆明 650092)

光伏发电的波动平抑技术综述

张卫东1,2*，袁荣国1，刘祖明2

(1. 成都军区昆明总医院，昆明 650032；2．云南师范大学太阳能研究所/云南省农村能源工程重点实验室/教育部可再生能源材料先进技术与制备重点实验室，昆明 650092)

随着光伏应用的规模化和分布式光伏并网的实践，光伏发电的波动问题愈显突出。本文以光伏发电的波动特性及其平抑技术为综述对象，首先对光伏发电波动平抑技术进行了分类综述，接着对各种平抑技术根据优势、不足和成熟度进行了综合评价，通过发展历程的分析指出几种较有前景、经济性好的平抑技术，其结果对波动平抑技术在光伏发电中的应用具有一定的指导意义。

光伏发电系统；波动平抑；储能系统；地理平滑；功率缩减

0 引言

利用太阳能成为各国制定可持续发展战略的重要内容，其中光伏发电是适应“节能减排”要求的重要技术[1]，但由于光伏发电对太阳辐照等气象因素的天然依赖，与其它可再生能源一样，具有波动的自然属性[2]。1955年贝尔实验室做出第一块野外用硅电池模块用于驱动通讯设备，开启了光伏应用的进程[3]，截止2010年，全球光伏累积安装量已达到40GW，每年产生的电力达到50TWh[4]。光伏应用伴随着光伏电池效率的提升而逐步发展，其应用形式先是从空间走向地面，再从单一走向多元、从独立走向并网、从简单走向深入。随着对光伏发电波动属性认识的深入，其应用也得到升级和发展，早期的独立和并网两种分类系统已不能很好概括近年来光伏应用形式的变化，即是说，光伏波动平抑技术的提升带来了光伏应用形式的变化，故在此综述光伏波动平抑技术十分必要。

图1 光伏发电的能量链示意图Fig.1 Energy chains of PV power generation

光伏发电系统是将光能转换为电能并应用的过程，其能量链如图1所示，太阳光的一部分到达地球，经地球上的空气和云层的衰减后到达光伏电池板，完成光电转换后以电能形式输出到应用设备，其能量经多次衰减、反射、散射及热耗散后仅很小部分转换为电能。

本文涉及的光伏发电系统均指地面系统，除有特殊说明，后面提到的辐照均为地面太阳辐照。为研究方便，在分类上将以一年或一日为周期的源自天体运动的波动归为确定性波动，将由地球内部云层和环境条件(空气质量、反射条件和散射条件变化)的变化造成的周期在数秒至数小时的波动归为随机性波动。任一光伏发电系统均受确定性波动和随机性波动的共同作用，其输出功率因之表现为两种波动类型共同作用下的变化特性。

光伏功率的随机性波动主要源自于移动云层，移动云层给光伏面板带来两个效应：总辐照度波动效应和不均匀光照效应，前者直接导致了光伏功率的波动，后者则可能加重光伏功率的波动[2]。本文讨论的平抑技术以随机性波动为主，当然也不回避确定性波动的影响，因为确定性波动是客观存在的。

1 光伏功率波动平抑技术的研究现状

光伏应用始终与光伏功率的波动特性相伴，伴随对光伏波动性认识的深入，其应用形式也在不断发展。独立系统依靠蓄电池等储能元件解决能量的储存与释放，其后的光伏并网系统也将电网作为一个无限大的储能设备[5]，因为储能可以平抑光伏功率的波动，光伏与储能相互依存。当然，光伏功率的波动平抑技术，除了储能之外，近年来的研究也提出了许多新的方法，如地理平滑(geographic smoothing)、卸流负载(dump load)、功率缩减(curtailment of the generated power)、变换连接方式、与其它能源相结合以及上述方式的综合，这些方法更新或升级了光伏应用的形式，使光伏应用形式更加丰富。

此处分析的波动平抑对象以随机性波动为主(周期一般以数秒至数小时之间)，也涉及部分确定性波动(比如储能系统)。平抑目标和平抑成本常需要权衡：波动周期越短，其波动幅度和波动能量越小，要求平抑装置的能量级别相对小，从能量角度看来相对容易平抑[6]，但相应地须增强平抑装置的高频率响应，可能会增加少量成本。

1.1 储能系统的研究现状

近年来对储能设备的研究文献较多，本文先介绍光伏发电系统常用的几种储能设备，再介绍综合分析的文献，文献选取标准是与光伏发电功率随机性波动直接相关。

1.1.1 蓄电池

蓄电池应用于光伏发电可分为两类：一类是独立系统中维持全天运行，另一类是并网系统特别是分布式并网用于平抑波动[7]，前者为克服光伏发电的确定性波动所必须而后者则以平抑随机性波动为主。在一个时间段内，光照强度可能比较稳定，也可能受云层的影响突然变弱，当云层散开时光照又会很快恢复变强，根据稳定、变弱和变强这三种光照情况，以蓄电池为主的储能系统有三种运行工况：一、光照强度相对稳定时，光伏阵列发出的能量全部经过并网逆变器并入电网，储能系统几乎没有能量流动；二、光照强度突然变弱时，不但光伏阵列发出的能量全部经过并网逆变器并入电网，而且储能系统还要释放出一部分能量，此时，储能系统通过“填谷”来控制光伏系统并网功率陡降；三、光照强度突然变强时，光伏阵列发出的能量一部分经过并网逆变器并入电网，剩下的能量存储到储能系统。此时，储能系统通过“削峰”来防止并网功率突增[8]，其中蓄电池起到了“削峰填谷”的缓冲作用。在平抑效果上，邱培春通过仿真和实验，验证了蓄电池储能系统对波动周期在0.5～100秒、持续时长约0.3～20秒的光伏功率波动有较好的平抑效果，并对其电路结构、控制方法有明确的探讨[9]。

蓄电池又分铅酸电池、锂离子电池、镍镉电池和镍锰电池，铅酸电池由于价格低廉占据了光伏应用的最大市场，而锂离子电池要相对好的性能指标，总体来说，目前还没有一种适用于所有光伏系统的蓄电池[10]，如何继续改进蓄电池性能以满足光伏需要尚需深入。铅酸蓄电池作为光伏储能元件有其固有的优点：成熟、低成本及高能量密度，在此基础上发展的阀控铅酸(VRLA)蓄电池以其良好的性能得到较多研究[8, 9, 11]，如Hund利用VRLA电池作为暂时能量存储装置以平抑并网光伏逆变器的功率输出，采用辐照平均算法，逆变器的输出被控制在前1小时平均太阳辐照水平上，测试结果显示该系统取得了较好的平抑效果[11]。铅酸蓄电池在应用中的一个难题是剩余容量的判断，这方面李义鹏通过实验确定：在一定条件下(放电一段时间及交流负载)，剩余容量与蓄电池端电压成正比例关系[12]，但这也只能是条件约束下的简便方法。在蓄电池组的应用结构上，有研究指出：蓄电池串联后以组运行，其非均衡性会产生“落后电池”，降低了系统的可靠性，增加了系统的故障率，缩短了蓄电池的更换周期[13]。

总之，蓄电池对光伏发电具有“削峰填谷”的缓冲作用；铅酸蓄电池应用于光伏独立系统的设计已趋成熟，锂离子电池具有相对更高的性能但其价格是制约因素，但目前所有蓄电池对光伏应用来说均非理想[15]；蓄电池应用于平抑光伏并网功率波动性的研究是近几年的热点，蓄电池与直流母线的连接一般采用双向DC-DC变换，充放电控制算法方面有低通滤波算法和辐照度平均算法。已有研究的不足体现在蓄电池系统的理想化，对蓄电池长期运行的性能变化尚缺乏考虑，特别在并网应用方面尚缺乏规模应用的实例。

1.1.2 超级电容结合蓄电池

图 2 超级电容结合蓄电池储能系统的两种结构Fig. 2 combined supercapacitor with LA-battery

由于超级电容具有较高的功率密度而蓄电池具有较高的能量密度，二者结合应用于光伏波动性平抑方面的研究一直受到重视。以中国科学院电工研究所唐西胜、齐智平为代表的课题组提出了上述混合储能的系统结构，并对其电路拓扑进行了研究，由于超级电容耐压低，需组合成不同形式的超级电容器组，由于超级电容组和蓄电池充放电功率存在较大差异，两种储能材料之间需设置并联控制器(图 2(a))，并提出了有源式和无源式两种控制结构，有源式控制算法复杂、成本高，无源式只使用一只二极管实现并联(图 2(b))，结构简单、成本低，可用于独立光伏系统平抑输出功率[16-18]；此类系统的仿真结果表明，在光伏电池输出功率存在波动且负载发生脉动的情况下，储能系统能迅速平衡系统瞬时功率，维持系统可靠运行[19, 20]；在独立系统的充放电控制方面，一般以光伏实时功率与负载所需功率的差值作为混合储能的充放电基准[21]；前期的研究多以独立系统为主[16-18]，逐渐转向微网[22]，尚未有应用于光伏并网的研究。总之，超级电容结合蓄电池用于平抑光伏波动，是较为理想的一种应用形式，其相对不足在于协调控制相对复杂。

1.1.3 抽水蓄能

光伏与抽水蓄能电站结合具有互补性，二者组成的混合系统提升了电力供应的可靠性，无温室气体和废物排放、对环境干扰很小、具有适于不同气候的灵活性等，特别是二者的技术均较成熟[23]。对高光伏渗透率电网内抽水蓄能控制方法研究，得到两种系统：PSPP(pumped storage power plant)和PSHPP (pumped storage hydro power plant)，仿真结果显示前者提升了经济性而后者同时提升了经济性和可靠性[24, 25]。陈峦对光伏－水电站联合发电进行了仿真研究，分别设置独立运行、并网和恒功率输出三种仿真条件，结合实际全年的气象数据，结论是三种条件下总能量利用率在75.5～77.4%之间且相差不大[26, 27]。Bocquel等在一个300MW抽水蓄能电站驱动系统上，利用了可变速度和高动态功率控制，以提升电网的稳定性[28]。严陆光、周孝信等院士从战略高度提出了水电与光伏发电相结合的能源基地建议，其着眼点是利用水电的强可调节性解决光伏发电的波动性造成的不确定性，同时可利用梯级水电站作为储能设备，实现发电端与负载端的远距离输送，针对抽水蓄能，其着重指出其实用性：转换效率达70%左右，可频繁起停，响应速度从全停到满载发电约5分钟，从全停到满载抽水约1分钟，循环寿命长，运行费用低，并取得核电站领域的应用经验[29, 30]，但目前在国内尚缺乏规模应用于光伏发电的先例。总之，在光伏规模发电的应用场合，抽水蓄能相对于其它储能方式更具优越性(水可以反复利用)，缺点是启停的响应时间较长，同时，由于水电机组、抽水机组相对于光伏发电来说是大功率，精细化控制存在一定困难。

1.1.4 超导储能

在光伏储能领域，超导储能(SMES)研究也是一个较为活跃的领域，SMES因为其在能量储存和释放方面独特的优点而受到重视[31]，但其难点是超导状态所需超低温环境的建立。Seo等将可再生能源发电和SMES混合应用于海岛的独立供电，取得了平抑波动性的效果[32]，国内何建森等也通过仿真研究了光伏与SMES混合系统的平抑效果，SMES的快速功率调节能力、灵活的四象限运行能力是电网最感兴趣的调节方式[33]。总之，超导储能应用于光伏虽有其功率优势，但其实用性尚需深入研究。

1.1.5 储能的综合分析

除了前面分析的几种储能设备外，还有飞轮、NaS电池、压缩空气储能等多种，综合分析的文献也很多。

Guerrero等综述了中等能量级别(配套约100kW级别光伏电站)的储能系统应用，涉及压缩空气储能、蓄电池储能、抽水蓄能、超导储能、飞轮、超级电容等储能模式，并重点回顾了超级电容的结构、建模和应用原理[34]，Carrasco等则额外论及氢能系统的一些显著优点：易储存、可运输、易通用等[35]，也有学者提及了另外一种液体活塞储能技术(Liquid-piston technology)――类似于压缩空气储能和抽水蓄能的结合，它被认为有潜力替代铅酸蓄电池[36]。以上三篇文献对各种储能模式的分析是光伏应用的指南，各储能设备在功率密度、能量密度坐标图中的位置如图 3所示。

图3 储能设备的能量密度与功率密度[34]Fig. 3 energy density and power density of energy storage devices[34]

在储能设备的选择上，对分布式小型光伏发电系统，Toledo认为在高功率应用场合必须选择超级电容和飞轮，对高能量应用(每天一个充放电周期)场合则燃料电池和NaS电池更合适[37]；对大规模光伏电站，Shah通过比较分析法得出的结论：在水电为主的电力网中，超级电容与PV集成系统提升平抑能力更有效；而在以热电为主的电力网中，蓄电池与PV系统结合提升平抑能力更有效[38]，其结果对大规模光伏电站选择储能设备具有一定的指导意义。此外，其它一些学者也提出了光伏与储能集成的系统(PV-Storage system)，如SNL实验室的Hanley和Yuan Guohui，此类集成系统具有相对成本优势并可消除光伏对旋转备用容量的需求[39]，同时可提升分布式电网的可靠性[40]。由此可以看出，光伏-储能集成系统是提升现代电网特别是分布式并网的可靠性保证，也是未来的研究热点。

在储能应用于光伏的电路结构上，Citro提出了光伏并网用储能装置的三端口双向转换器的多种拓扑结构，针对蓄电池和超级电容应用，并指出并联超级电容和蓄电池是解决蓄电池功率不足的好方法，但目前看来，储能装置仅能满足低功率水平，多端口转换器尚存在可靠性问题[41]。Szymanski则重点研究了光伏、储能及并网结构的电磁隔离和谐振功率转换器[42]，其提出的拓扑结构对设备研制具有指导意义。国内梁亮等也提出了适用于微网结构的光伏－储能系统拓扑结构和控制策略，他们提出光伏混合储能系统可降低系统容量及增加系统发电量，并仿真研究了其光伏装机量、储能量、与增加发电量三者之间的内部关系[43]。

分析文献提及的所有储能方式，能量型以磷酸铁锂电池、钠硫电池具较好的前景，但铅酸蓄电池具有应用成本和技术成熟的优势；功率型包括超级电容、飞轮、SMES等方式，其中超级电容技术已相对成熟，飞轮和SMES尚需应用成本上的降低；因此，结合能量型和功率型储能设备(如蓄电池结合超级电容)近年来颇受重视，具有较好的应用前景。储能设备应用于光伏波动的平抑，其好处不止于并网时削峰，也可在电网故障的情况下保障本地重要负载的供电[44]，但目前尚需在大容量储能技术上有所突破[2]。

1.2 地理平滑

地理平滑(geographic smoothing)作用的原理是，地理上相距一定距离的多个光伏电站不可能同时受同一片云的影响，这些光伏电站组合而成的系统具有自身平衡而总体波动减少的特性。早年以日本研究最多，近年以SNL的研究最为系统。

1997年，日本的Murata和Otani两个课题组针对光伏的波动性，研究了光伏发电群的功率输出因为地理距离而产生的平抑作用，前者采用了全日本800个光伏站点的数据分析，结论是：远程互连光伏群能有效降低总输出功率的波动性和不确定性[45]，后者通过9个光伏站点的互相关分析估算了一定区域面积的光伏功率波动程度，并通过波动因子和功率谱密度两个指数评价了总输出功率的平抑效应[46]，这两篇文献开创了地理平滑研究。而Curtright应用功率谱密度(PSD)分析方法对相距110～290km的多个光伏站点组成的光伏群进行了研究，结果是光伏群的短周期波动的PSD相对于长周期波动(24或12小时)大大降低[47]，说明地理平滑作用对短周期随机性波动更有效。

Mills认为云层引起辐照量的迅速变化，光伏群波动平抑程度则依靠光伏电站的规模，在多个分立的光伏电站之间，平抑作用甚至发生在长时间刻度上[48, 49]。SNL的Lave对地理平滑作用进行了系统研究，主要结论是：光伏发电的短周期波动更有害，其研究着力于多个光伏电站的地理距离对辐照度平抑效应分析，同时，地理距离与平抑的波动频率有一定关系，比如相距不超过3km的6个光伏站点，其总功率上时间周期小于5分钟的总辐照波动幅度明显减少，而时间周期大于5分钟的波动幅度减少程度不明显[50-52]。Kato设计多个光伏微网互连系统的实践证明，地理平滑效应(smoothing effect)可减小波动强度，配置的储能量相对减少[53]。

地理平滑是近年内国外研究的热点，研究方法多采用多站点同步数据分析，其平抑效果是显而易见的，平抑波动的时间周期与地理距离有一定的关系(距离越近，则时间周期的上限越小)，也与云层的移动速度、方向等相联系。光伏的地理平滑效应目前国内尚缺乏文献支持，分析与光伏装机量少、数据不共享有关。利用地理平滑效应来平抑光伏功率输出的波动性，极具经济性，可提升可靠性，当前迫切需要加强研究工作和已安装光伏电站的数据共享，电网企业也可发挥建设性作用。

1.3 功率缩减

功率缩减(power curtailment)是在光伏电站的控制算法中按一定规则自动减少自身的输出功率以达到减少功率波动的目的，其作用是避免在光照较强时并网电压或逆变电压越限、提升分布性电网的可靠性、提高光伏在电网中的渗透率。根据其负载形式可分为硬缩减和软缩减两种。

硬缩减主要由卸流负载(dump load)实现，即通过专门设置的大功率负载(电阻、电加热器等)来吸收超出设定限值的光伏发电功率。在光伏独立系统中都需蓄电池配置，为了防止蓄电池过充，可在蓄电池电压到高限时开启卸流负载以吸收多余光伏功率，此卸流负载可设计为电加热器，通过改变卸流负载上的电压以控制吸收功率[54]。但卸流负载目前存在价格较高、能量损失不可弥补、平抑波动的能力也相对不足的缺点[55]，造成其应用受限。

软缩减主要通过光伏功率耦合器(如最大功率追踪控制器)内的控制算法实现，其算法大致可分为两种：固定缩减率、电压越限控制。固定缩减率是在小于光伏峰值功率的范围内确定一个合理的输出功率上限，当光伏功率大于上限值时仅以此限值输出，如某1.2MW的光伏电站确定的光伏输出功率上限为600kW[56]；而电压越限控制则是在光伏功率突强并可能使其并网电压越限时的控制，这实质上也是对光伏功率的主动缩减，其实现方式有改变电流和改变功率两种，前者如式所示，参考电流值在最大功率点电流IMPPT值附近变化(DI是电流变化率)，从而保证输出电压在(VLIMIT-DV)～VLIMIT之间变化[57]；

改变功率则如式所示，光伏逆变器的输出平时保持在最大功率点功率PMPPT，当并网电压V大于设定值Vcri时，即以二者的差值乘以一定的缩减因子m得到输出功率的减小值[58-60]。

无论是改变电流还是改变功率，均是以避免电压越限为目标，实际效果上是光伏功率的主动缩减。

功率缩减方法无需多余的硬件投资，在回收周期上有较大优势[55, 60]，多用于海岛型独立光伏系统[56, 61]或混合能源系统[59]，近期研究表明，功率缩减也适用于分布式光伏并网的研究中[56, 58, 60]。也有学者认为功率缩减是增加可再生能源运行柔性的一个方向，可再生能源都必须有一定的功率缩减额度[61, 62]。

无论是硬缩减还是软缩减，功率缩减的特点是单向性和能量损失，即仅在光照突强(光伏功率突增)时主动削减光伏输出功率，光照突弱时则无能为力，主动削减的功率不可恢复，造成一定的能量损失。

1.4 变换连接方式

理论研究表明，在局部阴影或不均匀光照的情况下，将尽可能多的太阳电池并联而非串联将提高光伏系统的输出，此方向的经典研究是针对便携式光伏系统的情况，光伏电池单体3串27并的光伏系统对比20串4并的光伏系统，在复杂的光照条件下，前者的输出能力是后者的2 倍[63]，但其条件是：少数电池单体串联的低电压能满足后级升压变换器的输入要求。类似的研究还有多人作过[64, 65]，均取得了较好的输出效果。准确地说，更多光伏电池单体的并列目前来看仅是针对不均匀光照提高输出能力的有效手段，要应用于平抑光照波动产生的功率波动，尚需要工作中根据光照条件适时变换连接形式这一必不可少的条件，这方面丁明教授做了很好的探索，其适时重构光伏系统的实验取得了输出功率增加22%的效果[66]，但在不均匀光照检测、不同连接方式输出预测和多重开关管的复杂控制方面需要深入研究。从应用前景来说，适时重构技术的复杂性可能阻碍其进一步发展。

1.5 结合其它能源

结合其它能源形式来平抑光伏的波动，是研究较早的平抑方式之一，早期光伏与风电的结合是研究较多的，后来发现这两种形式结合仍无法完全满足可靠性的要求，又加入了蓄电池储能系统，这就使光伏、风电、蓄电池混合的系统具有了独立供电的能力，在电网故障的情况，提升了本地负载供电的可靠性[67]。

近年来，光伏与微型燃气轮机的结合研究较多，为克服燃气轮机响应速度慢的缺点，有的提出加权移动平均法预测光伏功率[68]，有的提出了时间序列法超前预测光伏与负载功率[69]，有的以超级电容弥补燃气轮机功率的滞后[70, 71]，这种方法对于天然气资源丰富的地区如四川等地是十分合适的，但光伏功率的预测是一个难点，采用超级电容补偿燃气轮机的滞后效应不失为一个好方法。

光伏发电与储氢燃料电池结合也是国外研究较多的一个平抑技术，燃料电池的氢原料也由光伏发电产生，光伏发电功率的输出基于一条预置的曲线，高于曲线的光伏功率部分用于生产氢并储存起来，当光伏功率低于预置曲线时，燃料电池利用储存的氢弥补不足之功率部分，预置功率曲线常用单指数平抑算法，将此系统用于大规模光伏并网可平抑光伏的短周期功率波动，可不依赖气象数据，但需要过去的光伏功率数据[72]，仍具一定的局限性。

光伏结合多种能源形式的微网演示系统取得了一定的成效，其假定了多种能源(光伏、柴油发电、蓄电池、超级电容、功率调节装置)及其结合的仿真研究[73]，特别是克服光伏波动造成的电网电压和频率波动，提出了一些可借鉴的分析结果。

结合电网能力平抑光伏功率的波动，也是一个重要的研究方向，近年来开始受到国内外学者的重视，其要点是：在具备电网的地区(城区强电网和偏远的弱电网)，充分利用电网的调节能力实时补充由于光伏功率波动导致的不足部分，具有事半功倍的功效。其结合形式可分为三种：一是光伏发电加蓄电池再加市电的方案，光伏发电供给负载的同时也给蓄电池充电，光伏功率不足时由蓄电池供给负载，蓄电池电压下降到过放点时自动切换为电网供电[74-77]；二，硬件配置与第一类相似，增加的一项功能是市电经整流后也可给蓄电池充电，避免蓄电池过放情况发生[78-81]，可延长蓄电池寿命，比第一类方案更实用；三，不用蓄电池，仅由光伏与市电在电路结构上结合，但光伏并不并网，首先保证光伏发电“尽发尽用”，当光伏功率不足时由市电补充不足部分，当光伏功率为零时完全由市电供电[82, 83]，在此基础上有的学者甚至提出了构建直流电网的设想(如适用于LED照明的48V DC电网)[84]，由于没有蓄电池等储能设备，可减少光伏安装量，此种结合形式更具经济性，当然应用条件也相对受限。显然，在有电网条件的地区，利用电网的供电能力平抑光伏输出功率的波动性，降低了蓄电池等储能设备的容量，无疑具有较好的经济性，目前尚需在应用条件、电路结构等方面深入研究。

光伏结合其它能源形式，其电路基础是多输入单输出变换器，这方面国内外均有学者做出了贡献，国内以南京航空航天大学的团队为代表分析了此类变换器的各种拓扑结构[85-87]，国外以Gavris、Chen、Chiu、Huang-Jen等为代表[88-90]，这也是一种电路底层的平抑光伏波动方法，同样具有较为重要的意义。

总之，光伏与风电、燃气轮机、燃料电池、柴油发电、电网等能源形式结合具有互补特性和平抑波动的能力，在具备电网条件的地区采用光伏、电网结合之路具有竞争优势，并在电路基础上结合多输入单输出变换器，能取得较好的效果，此类结合形式还在不断的发展中。

2 波动平抑技术的综合评价和存在的问题

随着光伏组件价格的降低和欧美等国的“双反”调查，目前的光伏应用有向两个方面推进的趋势：一是多个大规模光伏并网系统处于蓄势待发状态；二是适应屋顶安装的光伏微网有逐渐扩大之势。两个方面的共同之处均是光伏渗透水平的提高，均对平抑技术有较高要求。如此，平抑技术直接关系光伏应用的层次与水平，只有那些全寿命成本低、可靠性高的技术具有更多的优势。以此为标准判断前述五种波动平抑技术，以其优势、不足和相对成熟主列表为表1，详述如下：

表1 光伏波动平抑技术评价Tab. 1 Evaluation of PV fluctuation smoothing technologies

2.1 储能系统

蓄电池具有大能量密度的优势，铅酸蓄电池应用于光伏独立系统的设计已趋成熟，锂离子电池具有相对更高的性能，但二者对光伏应用来说均非理想，其原因是：铅酸蓄电池的相对低寿命和锂离子电池的相对高价格，这也是其最大不足，总的应用趋势是相对成熟，除独立系统外，目前尚缺乏规模应用的实例。

超级电容结合蓄电池的优势是较为理想的功率型与能量型储能结合方案，其相对不足是由于两种储能介质的结合造成控制结构的复杂度增大，目前的研究主要集中于独立光伏系统，已触及可再生能源微网架构，用于光伏柔性并网甚至大规模光伏并网的研究尚缺乏，总的趋势是渐趋成熟。

抽水蓄能的优势是适用于大规模可再生能源并网，由于水能的能量大、分布范围广，加上我国的梯级地貌特点，特别适于发展抽水蓄能，理论上仅需将已开发水能的少部分用于抽水蓄能，即可全面解决可再生能源的平抑问题。抽水蓄能的不足之处是响应时间相对较长，其水能机组功率较大，精细化控制上尚显困难，总的趋势是尚待大力开发。

超导储能具有大功率优势，可实现瞬间放电，其不足之处是需复杂的超导设备，目前尚缺少应用实例。

2.2 地理平滑

利用地理平滑效应平抑光伏功率波动是一种廉价有效的技术，其优势在于相对低成本，目前的研究对波动的周期性刻度与地理距离的关系研究较为透彻，但相距一定距离的光伏电站之间电缆上频繁通过双向潮流是一个值得重视的问题。由于需要增加各光伏电站之间平抑输出的连接线，电网企业的支持必不可少，目前所有研究均集中于仿真研究，尚缺乏工程实践的应用。

2.3 功率缩减

硬缩减技术依赖于价格昂贵的卸流负载，造成其成本较高，其优势是结构和控制算法简单，总体评价是相对成熟。

软缩减依赖于控制算法，其优势是无需增加硬件，成本很低，不足之处是控制算法较为复杂，总体来说应用前景较好。已有的文献分析来看，对控制算法的缩减率、缩减方向和缩减实现方式等理论研究仍显不足。

功率缩减具有单向性，且均有一定量的能量损失，这种损失也是实现原理上所必需的。按照光伏发电的P-V或P-I曲线，最大功率Pmpp对应最大功率点电压Vmpp、最大功率点电流Impp，在Vmpp处增大或减少参考电压、或在Impp处增大或减少参考电流均可以使输出功率小于最大功率Pmpp，而且增大和减小对输出功率的减小幅度是不相同的，但据已有文献分析，此问题并没有被具体分析，此外，功率缩减后对光伏面板是否产生不良的影响(如更高的温升)，目前仍不明确，总之仍有深入研究的必要。

2.4 变换连接方式

此种方式来源于对不均匀光照情况下光伏输出能量最大化的研究，继而推广到光伏输出功率的平抑。在光照突强、突弱的变换中，功率的平衡输出离不开光伏电池单体或组件连接结构的适时重构技术，从理论上来说，这种重构虽复杂也能实现，但从工程实践方面来看，需增加电子开关元件，检测和控制均可能是大复杂度的，其复杂性可能阻碍其进一步发展，总体上仍需深入研究。

2.5 结合其它能源

光伏与风电具有一定的互补性，这是许多研究文献的结论，但仅这两种能源的结合仍不能克服其合并输出的波动性，特别是在短周期波动方面。在实践中常增加蓄电池以构成风光蓄混合系统并已实用化，广泛应用于偏远地区的独立系统中。

光伏与柴油发电机结合的优势是可提高供电可靠性，这对偏远无电地区或重要设施来说是至关重要的，其不足是功率不易被控制，实践中常增加风电、蓄电池等设施构成风光柴蓄系统，目前这类系统已实用化。

光伏与燃气轮机或燃料电池的结合与柴油发电机类似，优势是可提高供电可靠性，区分在于发电燃料的不同，不足之处前者需可燃气源支持、反应时间较长，后者是燃料成本较高，两者的总体评价均是趋于成熟。

光伏与电网结合技术在有电网条件地区具有良好的应用前景，其优势是经济性和可靠性俱佳，无明显不足。基于此技术的研究尚处于起步阶段，鉴于该技术的优势，在具体实现方式特别是促使二者结合的功率耦合器方面值得深入研究。

3 波动平抑技术的发展趋势

Omran利用NREL的10分钟气象数据进行仿真，探索和评价了减少波动的三种方法：电池储能系统、卸流负载(dump load)和功率缩减(curtailment of the generated power)，并对目前常用的多种储能系统进行了评价，他认为，从发展趋势来看：钠流电池优于铅酸蓄电池，储能电池与功率缩减相结合的方法是最好的平抑方法[55]，无论如何，其评价尚不全面。

从平抑周期来看，光伏应用的初期是平抑日周期以上的光伏波动(确定性波动伴随小波峰的随机性波动)，此种平抑方法造成储能系统容量超过系统日负载量的3～5倍直至15倍，而储能又是光伏系统全寿命周期上最为薄弱的环节，实践也证明这种光伏应用的适应面有限。前述的分析表明，平抑光伏功率中确定性波动(日周期以上)既无必要也不具经济性，平抑其随机性波动甚至短周期波动成为研究的热点，波动周期越短，所需的储能量越小，愈显其经济性。综合光伏发电功率的波动平抑技术研究的历史和现状，有前景的技术必然有其固有的生命力，总结起来就是三原则：一、尊重光伏发电的自然规律；二、必须多种技术综合应用；三、必须注重经济性。只有遵守三原则，才会有持久性即生命力。

从发展趋势看，储能技术可能最先成熟，特别是蓄电池结合超级电容技术，但蓄电池结合功率缩减技术(软缩减)更值得关注，因为功率缩减不会增加过多的成本却会大大提升蓄电池在功率密度上的不足(降低对蓄电池充电功率的要求)；而抽水蓄能技术在光伏和梯级水电条件都优越的西部地区应予重视和发展，如云南北部光伏条件优越，同时梯级水电站密布金沙江沿线，适合于大型光伏电站和抽水蓄能电站建设；结合其它能源(包括市电电网)也是一个有前景的平抑手段；实践中应本着具体分析的原则，多种技术综合应用。

国内对光伏波动平抑技术研究还不算多，甚至对波动性重视程度还不够，这有两方面原因：一是光伏应用的规模和成熟度还不够；二是光伏并网还未限制功率变化率，尚未得到足够关注。从前面的分析来看，以蓄电池与功率缩减结合技术的深入研究和光伏与市电结合的功率耦合器研究，无疑值得更多关注。

4 结论

随着光伏应用的规模化和分布化电网的实践，光伏发电功率波动特性得到更多关注，研究其波动性是为了更有效、更经济地应用光伏发电，因此，其波动平抑技术显得愈加重要，现有的平抑技术包括储能系统、地理平滑、卸流负载、功率缩减、变换连接方式、结合其它能源形式等，评价其优劣的唯一指标是应用的经济性，从此角度出发，蓄电池与超级电容结合或蓄电池与功率缩减的结合有较好的前景，在有条件的地区，光伏与市电结合有更高的经济性，而地理平滑技术则需要电网企业的更多支持。从发展来看，两项研究较具价值，即以蓄电池与功率缩减结合技术的深入研究、光伏与市电结合的功率耦合器研究。

致 谢

本文得到云南师范大学太阳能研究所团队的大力支持，文献分析和收集得到高文峰副教授的帮助，在此向他(她)们表示衷心的感谢。

[1] 马胜红, 陆虎俞. 太阳能光伏发电技术(1):光伏发电与光伏发电系统[J]. 大众用电, 2006, 22(1): 38-40.

Ma Shenghong, Lu Huyu. Solar Photovoltaic Generation Technology (1): Photovoltaic Generation and Photovoltaic GenerationSystem[J]. Popular Utilization of Electricity, 2006, 22(1): 38-40.

[2] 赵争鸣, 雷一, 贺凡波, 等. 大容量并网光伏电站技术综述[J]. 电力系统自动化, 2011, 35(12): 101-107.

ZHAO Zhengming, LEI Yi, HE Fanbo,et al. Overview of Large-scale Grid-connected Photovoltaic Power Plants[J]. Automation of Electric Power Systems, 2011, 35(12): 101-107.

[3] Green Martin A. Silicon photovoltaic modules: a brief history of the first 50 years[J]. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 2005, 13(5): 447-455.

[4] EPIA. Global Market Outlook for Photovoltaics until 2015[J]. 2011: 1-42.

[5] Wenham S. R., Green M. A., Watt M. E. Applied photovoltaics[M]. STYLUS PUB LLC, 2007: 35-47.

[6] Zhang Weidong, Liu Zuming. Simulation and Analysis of the Power Output Fluctuation of Photovoltaic Modules Based on NREL One-minute Irradiance Data[Conference Paper]. 2012 International Conference on Materials for Renewable Energy and Environment[Conference Paper]. Ed.Eds.; China Energy Society: Beijing, China, 2012,Vol.: pp 23-27.

[7] 曹磊. VRLA蓄电池在光伏发电系统中的研究与应用[J]. 今日电子, 2011,(2): 57-58.

[8] 张兴科. 光伏并网发电功率波动与对策[J]. 电网与清洁能源, 2011, 27(6): 55-60.

ZHANG Xing-ke. Power Fluctuations and Countermeasures of PV Grid-Connected Generation[J]. Power System and Clean Energy, 2011, 27(6): 55-60.

[9] 邱培春, 葛宝明, 毕大强. 基于蓄电池储能的光伏并网发电功率平抑控制研究[J]. 电力系统保护与控制, 2011, 39 (3).

QIU Peichun, GE Baoming, BI Daqiang. Battery energy storage-based power stabilizing control for grid-connected photovoltaic power generation system. Power System Protection and Control, 2011, 39 (3).

[10] 陈维, 沈辉. 太阳能光伏应用中的蓄电池研究[J]. 电池, 2006, 36(1): 67-68.

CHEN Wei, SHEN Hui. Application research of storage batteries in photovoltaic system[J]. Battery Bimonthly, 2006, 36(1): 67-68.

[11] Hund T. D., Gonzalez S., Barrett K. Grid-Tied PV system energy smoothing[C]. 2010: 2762-2766.

[12] 李义鹏, 刘全桢, 孙立富, 等. 独立光伏系统铅酸蓄电池剩余容量与电压的关系[J]. 蓄电池, 2011, 48(1): 36-39.

LI Yipeng, LIU Quanzhen, SUN Lifu, et al. The relationship between the residual capacity and voltage of lead-acid batteries for stand-alone photovoltaic(PV)system[J]. CHINGES LABAT MAN, 2011, 48(1): 36-39.

[13] 马勇刚, 刘祖明, 姚朝晖. 光伏系统蓄电池组不均衡性的故障分析及排除[J]. 可再生能源, 2010, 28(2): 98-101.

MA Yonggang, LIU Zuming, YAO Zhaohui. Analysis and solution on the problem of imbalance of batteries in photovoltaic system[J]. Renewable Energy Resources, 2010, 28(2): 98-101.

[14] 孟昭渊. 光伏发电对蓄电池的基本要求及理想储能方法[J]. 阳光能源, 2011, (3): 60-64.

Meng Zhaoyuan. Sun Energy, 2011, (3): 60-64.

[15] 唐西胜, 齐智平. 独立光伏系统中超级电容器蓄电池有源混合储能方案的研究[J]. 电工电能新技术, 2006, 25(3): 37-41.

TANG Xi-sheng, QI Zhi-ping. Study on an actively controlled battery/ultracapacitor hybrid in stand-alone PV system[J]. Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy, 2006, 25(3): 37-41.

[16] 唐西胜, 齐智平. 基于超级电容器储能的独立光伏系统[J]. 太阳能学报, 2006, 27(11): 1097-1102.

Tang Xisheng, Qi Zhiping. Study on a Stand-Alone PV System with Ultracapacitor as Energy Storage Device[J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2006, 27(11): 1097-1102.

[17] 唐西胜, 武鑫, 齐智平. 超级电容器蓄电池混合储能独立光伏系统研究[J]. 太阳能学报, 2007, 28(2): 178-183.

Tang Xisheng, WU Xin, Qi Zhiping. Study on a Stand-Alone PV System with Battery/ Ultracapacitor Hybrid Energy Storage [J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2007, 28(2): 178-183.

[18] Zhixue Zheng, Xiaoyu Wang, Yongdong Li. A control method for grid-friendly photovoltaic systems with hybrid energy storage units[C]. Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies (DRPT), 2011 4th International Conference on, 2011: 1437-1440.

[19] 张国驹, 唐西胜, 齐智平. 平抑间歇式电源功率波动的混合储能系统设计[J]. 电力系统自动化, 2011,(20): 24-28.

ZHANG Guoju, TANG Xisheng, QI Zhiping. Design of a Hybrid Energy Storage System on Leveling off Fluctuating Power Outputs of Intermittent Sources[J]. Automation of Electric Power Systems, 2011, (20): 24-28.

[20] 侯世英, 房勇, 孙韬, 等. 混合储能系统在独立光伏发电系统功率平衡中的应用[J]. 电网技术, 2011, 35(5): 183-187.

HOU Shiying, FANG Yong, SUN Tao, et al. Application of Hybrid Energy Storage System in Power Balance of Stand-Alone Photovoltaic Power System[J]. Power System Technology, 2011, 35(5): 183-187.

[21] 唐西胜, 邓卫, 李宁宁, 等. 基于储能的可再生能源微网运行控制技术[J]. 电力自动化设备, 2012, 32(3): 99-103.

TANG Xisheng, DENG Wei, LI Ningning,et al. Control technologies of micro-grid operation based on energy storage[J]. Electric Power Automation Equipment, 2012, 32(3): 99-103.

[22] Margeta Jure, Glasnovic Zvonimir. Theoretical settings of photovoltaic-hydro energy system for sustainable energy production[J]. Solar Energy, 2012, 86(3): 972-982.

[23] Aihara R., Yokoyama A., Nomiyama F.,et al. Optimal operation scheduling of pumped storage hydro power plant in power system with a large penetration of photovoltaic generation using genetic algorithm[C]. PowerTech, 2011 IEEE Trondheim, 2011: 1-8.

[24] Aihara R., Yokoyama A., Nomiyama F.,et al. Impact of operational scheduling of pumped storage power plant considering excess energy and reduction of fuel cost on power supply reliability in a power system with a large penetration of photovoltaic generations[C]. Power System Technology (POWERCON), 2010 International Conference on, 2010: 1-6.

[25] 陈峦. 光伏电站-水电站互补发电系统的仿真研究[J]. 水力发电, 2010, 36(8): 81-84.

Chen huan. Simulation on Complementary Photovoltaic-hydro Power Generation System[J]. Water Power, 2010, 36(8): 81-84.

[26] 陈峦. 太阳能-水联合发电系统的建模与仿真[J]. 水电能源科学, 2010, 28(7): 164-168.

Chen huan. Modeling and Simulating of Joint Solar and Hydropower Generation System[J]. Water Resources and Power, 2010, 28(7): 164-168.

[27] Bocquel A., Janning J. Analysis of a 300 MW variable speed drive for pump-storage plant applications[C]. Power Electronics and Applications, 2005 European Conference on, 2005: 10.

[28] 严陆光, 周孝信, 张楚汉, 等. 关于筹建青海大规模光伏发电与水电结合的国家综合能源基地的建议(续)[J]. 电工电能新技术, 2011, 30(1): 8-11.

YAN Lu-guang, ZHOU Xiaoxin, ZHANG Chuhan，et al. A proposal for planning and constructing a national integrated energy base combined with large-scale photo-voltaic power and hydropower in Qinghai province[J]. Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy, 2011, 30(1): 8-11.

[29] 严陆光, 周孝信, 张楚汉, 等. 关于筹建青海大规模光伏发电与水电结合的国家综合能源基地的建议[J]. 电工电能新技术, 2010, (3): 7.

YAN Lu-guang, ZHOU Xiaoxin, ZHANG Chuhan, et al. A proposal for planning and constructing a national integrated energy base combined with large-scale photovoltaic power and hydropower in qinghai province[J]. Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy, 2010,(3): 7.

[30] Ali M. H., Bin Wu, Dougal R. A. An Overview of SMES Applications in Power and Energy Systems[J]. Sustainable Energy, IEEE Transactions on, 2010, 1(1): 38-47.

[31] Seo H. R., Kim A. R., Park M.,et al. Power quality enhancement of renewable energy source power network using SMES system[J]. Physica C: Superconductivity, 2011.

[32] 何建森, 谭桂华, 田野, 等. 光伏发电系统的超导储能设计[J]. 可再生能源, 2012, 30(4): 10-14.

HE Jiansen, TAN Guihua, TIAN Ye, et al. Design of SMES and PV generation system[J]. Renewable Energy Resources, 2012, 30(4): 10-14.

[33] Guerrero M. A., Romero E., Barrero F.,et al. Overview of medium scale energy storage systems[C]. 2009: 93-100.

[34] Carrasco J. M., Franquelo L. G., Bialasiewicz J. T., et al. Power-Electronic Systems for the Grid Integration of Renewable Energy Sources: A Survey[J]. Industrial Electronics, IEEE Transactions on, 2006, 53(4): 1002-1016.

[35] Hadjipaschalis Ioannis, Poullikkas Andreas, Efthimiou Venizelos. Overview of current and future energy storage technologies for electric power applications[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2009, 13(6-7): 1513-1522.

[36] Toledo O. M., Oliveira Filho D., Diniz A. S. A. C. Distributed photovoltaic generation and energy storage systems: A review[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2010, 14(1): 506-511.

[37] Shah R., Mithulananthan N., Bansal R. C. Damping performance analysis of battery energy storage system, ultracapacitor and shunt capacitor with large-scale photovoltaic plants[J]. Applied Energy, 2011.

[38] Hanley C., Peek G., Boyes J.,et al. Technology development needs for integrated grid-connected PV systems and electric energy storage[C]. Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), 2009 34th IEEE, 2009: 1832-1837.

[39] Guohui Yuan. Improving grid reliability through integration of distributed PV and energy storage[C]. Innovative Smart Grid Technologies (ISGT), 2012 IEEE PES, 2012: 1-2.

[40] Citro C., Luna A., Rocabert J.,et al. Overview of power processing structures for embedding Energy Storage in PV power converters[C]. IECON 2011 - 37th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, Melbourne, Australia, 2011: 2417-2423.

[41] Szymanski B. J., Roslaniec L., Dmowski A., et al. Operation of photovoltaic power systems with energy storage[C]. Compatibility and Power Electronics (CPE), 2011 7th International Conference-Workshop, 2011: 86-91.

[42] 梁亮, 李建林, 惠东. 光伏-储能联合发电系统运行机理及控制策略[J]. 电力自动化设备, 2011,(8): 20-23.

LIANG Liang, LI Jianlin, HUI Dong. Operating modes of photovoltaic/energy-storage hybrid system and its control strategy[J]. Electric Power Automation Equipment, 2011, (8): 20-23.

[43] Indu Rani B., Saravana Ilango G., Nagamani C. Power flow management algorithm for photovoltaic systems feeding DC/AC loads[J]. Renewable Energy, 2012, 43:267-275.

[44] Murata A., Otani K. An analysis of time-dependent spatial distribution of output power from very many PV power systems installed on a nation-wide scale in Japan[J]. Solar energy materials and solar cells, 1997, 47(1-4): 197-202.

[45] Otani Kenji, Minowa Jyunya, Kurokawa Kosuke. Study on areal solar irradiance for analyzing areally-totalized PV systems[J]. Solar Energy Materials and Solar Cells, 1997, 47(1-4): 281-288.

[46] Curtright Aimee E., Apt Jay. The character of power output from utility-scale photovoltaic systems[J]. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 2008, 16(3): 241-247.

[47] Mills A. Understanding variability and uncertainty of photovoltaics for integration with the electric power system[J]. 2010.

[48] Mills A. D., Wiser R. H. Implications of geographic diversity for short-term variability and predictability of solar power[C]. Power and Energy Society General Meeting, 2011 IEEE, 2011: 1-9.

[49] Lave M., Stein J., Ellis A. Analyzing and Simulating the Reduction in PV Powerplant Variability Due to Geographic Smoothing in Ota City, Japan and Alamosa, CO[J]. 2012.

[50] Lave Matthew, Kleissl Jan. Solar variability of four sites across the state of Colorado[J]. Renewable Energy, 2010, 35(12): 2867-2873.

[51] Lave Matthew, Kleissl Jan, Arias-Castro Ery. High-frequency irradiance fluctuations and geographic smoothing[J]. Solar Energy, 2011, 86(8): 2190-2199.

[52] Kato T., Yamawaki H., Suzuoki Y. A study on dumping power flow fluctuation at grid-connection point of residential micro-grid with clustered photovoltaic power generation systems[C]. 2009: 1-6.

[53] Nehrir M. H., LaMeres B. J., Venkataramanan G., et al. An approach to evaluate the general performance of stand-alone wind/ photovoltaic generating systems[J]. Energy Conversion, IEEE Transactions on, 2000, 15(4): 433-439.

[54] Omran Walid A., Kazerani M., Salama M. M. A. Investigation of Methods for Reduction of Power Fluctuations Generated From Large Grid-Connected Photovoltaic Systems[J]. IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION, 2011, 26(1): 318-327.

[55] Johnson R., Johnson L., Nelson L., et al. Methods of integrating a high penetration photovoltaic power plant into a micro grid[C]. Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), 2010 35th IEEE, 2010: 289-294.

[56] Conti S., Greco A., Messina N.,et al. Local voltage regulation in LV distribution networks with PV distributed generation[C]. Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion, 2006. SPEEDAM 2006. International Symposium on, 2006: 519-524.

[57] Tonkoski R., Lopes L. A. C., El-Fouly T. H. M. Droop-based active power curtailment for overvoltage prevention in grid connected PV inverters[C]. Industrial Electronics (ISIE), 2010 IEEE International Symposium on, 2010: 2388-2393.

[58] Tonkoski R., Lopes L. A. C., Turcotte D. Active power curtailment of PV inverters in diesel hybrid mini-grids[C]. Electrical Power & Energy Conference (EPEC), 2009 IEEE, 2009: 1-6.

[59] Lin Chia-Hung, Hsieh Wei-Lin, Chen Chao-Shun,et al. Optimization of Photovoltaic Penetration in Distribution Systems Considering Annual Duration Curve of Solar Irradiation[J]. Power Systems, IEEE Transactions on, 2012, 27(2): 1090-1097.

[60] Kennedy S. Reliability evaluation of islanded microgrids with stochastic distributed generation[C]. Power & Energy Society General Meeting, 2009. PES ‘09. IEEE, 2009: 1-8.

[61] Ulbig A., Andersson G. On operational flexibility in power systems[C]. Power and Energy Society General Meeting, 2012 IEEE, 2012: 1-8.

[62] Gao Lijun, Dougal R. A., Liu Shengyi, et al. Parallel-Connected Solar PV System to Address Partial and Rapidly Fluctuating Shadow Conditions[J]. Industrial Electronics, IEEE Transactions on, 2009, 56(5): 1548-1556.

[63] Karatepe E., Syafaruddin, Hiyama T. Simple and high-efficiency photovoltaic system under non-uniform operating conditions[J]. Renewable Power Generation, IET, 2010, 4(4): 354-368.

[64] Elasser A., Agamy M., Sabate J., et al. A comparative study of central and distributed MPPT architectures for megawatt utility and large scale commercial photovoltaic plants[C]. IECON 2010 - 36th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, 2010: 2753-2758.

[65] 丁明, 陈中. 遮阴影响下的光伏阵列结构研究[J]. 电力自动化设备, 2011,(10): 1-5.

DING Ming, CHEN Zhong. Reconfiguration of partially shaded photovoltaic array[J]. Electric Power Automation Equipment, 2011,(10): 1-5.

[66] Dali Mehdi, Belhadj Jamel, Roboam Xavier. Hybrid solar-wind system with battery storage operating in grid-connected and standalone mode: Control and energy management-Experimental investigation[J]. Energy, 2010, 35(6): 587-2595.

[67] 李孝波, 邓浩, 池源. 一种平滑光伏并网发电系统输出功率的方法研究[J]. 电力学报, 2011, 26(5): 363-367.

LI Xiao-bo, DENG Hao, CHI Yuan. Research on Methods for Smoothing the Output Power of the Grid-connected PV Generation System[J]. Journal of Electric Power, 2011, 26(5): 363-367.

[68] 汪海宁, 苏建徽, 丁明, 等. 光伏并网功率调节系统[J]. 中国电机工程学报, 2007, 27(2): 75-79.

WANG Hai-ning, SU Jian-hui DING Ming, et al. Photovoltaic Grid Connected Power Conditioner System[J]. Proceedings of theCSEE, 2007, 27(2): 75-79.

[69] Degobert P., Kreuawan S., Guillaud X. Micro-grid powered by photovoltaic and micro turbine[C]., 2006.

[70] Degobert P., Kreuawan S., Guillaud X. Use of super capacitors to reduce the fast fluctuations of power of a hybrid system composed of photovoltaic and micro turbine[C]. 2006: 1223-1227.

[71] Tesfahunegn S. G., Ulleberg O., Vie P. J. S., et al. PV Fluctuation Balancing Using Hydrogen Storage--a Smoothing Method for Integration of PV Generation into the Utility Grid[J]. Energy Procedia, 2011, 12: 1015-1022.

[72] Esaki H., Sugihara H., SUZUKI S., et al. Simulation of supply-demand control in micro-grid with fluctuating natural power supply[C]. 2008.

[73] 李雅丽, 薛同莲. 光伏发电与公用电网互补自动切换系统的研究与设计[J]. 通信电源技术, 2012, 29(1): 12-13.

Zhao Yajun, XUE Tonglian. The Research and Design of Automatic Switching System between Photovoltaic Power Generation and Public Power Grid[J]. Telecom Power Technology, 2012, 29(1): 12-13.

[74] 赵雅俊, 钟晓强, 张岳立, 等. 基于单片机的太阳能路灯市电互补逆变光伏控制器设计[J]. 电子技术, 2011, (11): 45-47.

Zhao Yajun, Zhong sXiaoqiang, Zhang Yueli. Design of MCU-based Mains Complementary Inverter PV Controller for Solar Street Light[J]. Electronic Technology, 2011, (11): 45-47.

[75] 陈杨波, 郑和. 离网光伏系统中市电切换的应用[J]. 机电信息, 2009,(24).

Mechanical and Electrical Information, 2009, (24).

[76] 袁世建, 胥平, 尚海涛. 市电自动切换在独立光伏系统中的应用[J]. 阳光能源, 2009,(5).

Yuan Shijian, Xu Ping, Shang Haitao. the application of electricity automatic switching in the stand-alone photovohaic system[J]. Solar & Renewable Energy Sources, 2009, (5).

[77] 聂剑红, 康荣学, 谷海波, 等. 安全监控设备太阳能与市电冗余供电系统的设计研究[J]. 中国安全生产科学技术, 2009, 5(2): 32-35.

NIE Jian-hong, KANG Rong-xue, GU Hai-bo, et al. Study on design of photovoltaic and electric supply redundance system for security surveillance and controlling device[J]. JOURNAL OF SAFETY SCIENCE AND TECHNOLOGY, 2009, 5(2): 32-35.

[78] 王秀玲, 吴武臣. 太阳能与市电互补照明控制器的研究[J]. 信息化研究, 2009, 35(12): 38-40.

WANG Xiuling, WU Wuchen. A Study on Controller of Illumination System Using Solar Cells Complemented by Commercial Power[J]. Informatization Research, 2009, 35(12): 38-40.

[79] 黄茂三. 一种太阳能与市电混合供电装置设计与实现[J]. 漳州师范学院学报(自然科学版), 2009, 33(2): 71-73.

HUANG Maosan. The Design of Power Supply Equipment of Solar Energy and Commercial Power[J]. JOURNAL OF ZHANGZHOU TEACHERS COLLEGE(NATURAL SCIENCE EDITION), 2009, 33(2): 71-73.

[80] 孟昭渊, 高鹏. 太阳能路灯的设置需要因地制宜——浅析太阳能光伏电力与市电互补道路照明[J]. 中国照明电器, 2009,(5). China Light & Lighting, 2009,(5).

[81] 王伟, 吴犇, 金科, 等. 太阳能光伏/市电联合供电系统[J]. 电工技术学报, 2012, (10): 249-254.

Wang Wei, Wu Ben, Jin Ke, et al. Transactions of China Electrotechnical Society, 2012, (10): 249-254.

[82] 张春龙, 邵丽华, 戴未然. 光伏与市电联合供电系统的能量管理控制[J]. 南通大学学报(自然科学版), 2012, 11(3).

ZHANG Chun-long, SHAO Li-hua, DAI Wei-ran. Power Management for Hybrid Power System Composed of Photovoltaic and Commercial Power[J]. Journal of Nantong University(Natural Science Edition), 2012, 11(3).

[83] Boeke U., Wendt M., Yseboodt L. Combined solar and AC mains powered LED lighting system[C]. Power Electronics and Applications (EPE 2011), Proceedings of the 2011-14th European Conference on, 2011: 1-8.

[84] 李艳, 阮新波, 杨东升, 等. 无缓冲单元的多输入直流变换器电路拓扑[J]. 电工技术学报, 2009, (5): 73-79.

Li yan, Ruan Xinbo, Yang Dongsheng, et al. Multiple-Input DC/DC Converters Without Buffer Cells[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2009, (5): 73-79.

[85] 王勤, 张杰, 阮新波, 等. 一种新型双输入反激DC/DC变换器[J]. 电工技术学报, 2011, 26(2): 115-122.

Wang Qin, Zhang Jie, Ruan Xinbo, et al. A New Double-Input Flyback DC/DC Converter[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2011, 26(2): 115-122.

[86] 杨东升, 阮新波, 李艳, 等. 一种新的多输入全桥变换器[J]. 电工技术学报, 2011, 26(8): 24-32.

Yang Dongsheng, Ruan Xinbo, Li Yan. A New Multiple-input Full Bridge Converter[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2011, 26(8): 24-32.

[87] Gavris M., Cornea O., Muntean N. Multiple input DC-DC topologies in renewable energy systems - A general review [Generic]. Generic]. Ed.Eds., 2011,Vol.11-12 March): 123-128.

[88] Chen Y. M., Liu Y. C., Lin S. H. Double-input PWM DC/DC converter for high-/low-voltage sources[J]. Industrial Electronics, IEEE Transactions on, 2006, 53(5): 1538-1545.

[89] Chiu Huang-Jen, Huang Hsiu-Ming, Lin Li-Wei,et al. A multiple-input DC-DC converter for renewable energy system[J]. Industrial Technology, 2005. ICIT 2005. IEEE International Conference on, 2005,(14-17 Dec.): 1304-1308.

Overview of Fluctuation Smoothing Technologies of Photovoltaic Power Generation Systems

ZHANG Weidong1,2*, YUAN Rongguo1, LIU Zuming2
(1. Kunming General Hospital of Chengdu Military Command, Kunming 650032, China; 2. Solar Research Institution, Yunnan Normal Uniνersity; Key Laboratory of Yunnan Proνincial Renewable Energy Engineering, Key Laboratory of Renewable Energy Adνanced Materials and Manufacturing Technology, Ministry of Education, Kunming 650092, China)

With the practice of large-scale photovoltaic applications and distributed photovoltaic grid, photovoltaic power fluctuation became a more outstanding issue. The object of this overview is the fluctuation characteristic of the photovoltaic power generation and fluctuation smoothing technology. Firstly fluctuation smoothing technologies of PV power generation systems are classified and reviewed, then the various smoothing technologies is comprehensively evaluated based on the advantage, disadvantage and maturity, and finally several promising and cost-effective technologies are highlighted through the analysis of the development process of PV smoothing technologies. These results have certain significance for guiding the fluctuation smoothing technologies to apply to photovoltaic power generation systems.

photovoltaic power generation systems; fluctuation smoothing; energy storage system; geographic smoothing; power curtailment

10.3969/j.issn.2095-6649.2015.01.01

国家自然科学基金面上项目(51367019)

张卫东(1970-), 男, 博士, 高级工程师, 研究方向为光伏系统应用技术; 袁荣国(1975-), 男, 硕士研究生, 研究方向为光伏电池材料; 刘祖明(1962-), 男, 教授, 博士生导师, 研究方向为光伏电池材料和系统应用。

张卫东，袁荣国，刘祖明．光伏发电的波动平抑技术综述[J]．新型工业化，2015，5(1)：1-14