储能系统在大型光伏电站中的应用

■ 姚一波 买发军吕丹

特变电工新疆新能源股份有限公司

储能系统在大型光伏电站中的应用

■ 姚一波 买发军*吕丹

特变电工新疆新能源股份有限公司

结合格尔木时代新能源50 MWp光伏并网发电工程项目的实施情况，从工程设计方案、储能技术的应用等方面展开论述，简要介绍了光伏与储能相结合的工程设计方案，阐述了储能系统在大型光伏电站中的应用，并分析了储能系统的作用及重要意义。

储能；光伏电站；并网；工程设计；电源

0　引言

可再生能源是今后能源结构调整的方向，但只有储能问题解决了，我们才可能真正迈进可再生能源的时代。真正影响未来能源大格局的是储能技术，储能技术很可能就是下一个能源革命里最重要的突破方向。“光伏+储能”模式在运行过程中有很多独特优势：第一，可辅助电网调峰，让电网运行更稳定；第二，储能电池作为备用电源，在提高光伏利用率的同时，能够让用户侧用电可调可控，加强了用户对用电成本的管理控制；第三，有储能参与的光伏利用更加灵活有效，对用户侧并网运行有一定益处。

1　工程简介

1.1工程地址、气象条件及太阳能资源

1)地理位置：位于格尔木市区东侧约25 km、109 国道北侧约1 km处；拟建场地占地面积1.13 km2；因场区勘察范围较大，场区东西长约1048 m，南北长约1307 m；场址距市区约 16 km，南距G109国道约1 km，交通便利，运输方便。

2)地形地貌：拟建场地位于山前冲湖积倾斜平原上，地形相对平坦，场区地貌类型单一，总体地势南高北低，海拔高程2872.73～2892.88 m，相对高差20.15 m。

3)气候条件：格尔木市位于欧亚大陆中部，深居内陆，属典型的高原大陆性气候；干旱少雨，日照强烈，蒸发量大，气压低，多大风、霜冻、沙暴、冰雹；冬季寒冷漫长，夏季凉爽短促；昼夜温差大。

4)太阳能资源：场址所在地太阳能资源丰富程度属于Ⅰ级地区，太阳能资源最丰富，非常适合建设并网发电项目。

1.2项目规模

格尔木时代新能源50 MWp光伏并网发电工程项目总容量为50 MWp，全部采用310 Wp多晶光伏组件。本项目设置储能电站1座，储能电站总容量为15 MW×1.2 h=18 MWh，采用磷酸铁锂电池储能系统，设备采用户内布置。

2　工程设计

2.1电气一次设计

2.1.1电气总平面布置

本项目由综合办公楼、配电室、储能装置楼、SVG及接地变成套装置、门卫室、危废室、水泵房等组成。电气总平面布置图如图1所示。

图1　电气总平面布置图

2.1.2光伏区电气主接线

太阳能光伏发电系统由光伏组件、并网逆变器、箱式变电站等设备组成。太阳能通过光伏组件转化为直流电力，再通过并网型逆变器将直流电能转化为交流电，升压后并入电网。本工程共计50个1 MW逆变升压单元以5回35 kV电缆线路接入新建的开关站35 kV母线；采用500 kW并网逆变器接入1台分裂升压变压器，分裂变低压侧为2个独立绕组，每个绕组对应1台逆变器，根据逆变器容量，分裂变容量选用1000/500-500 kVA[1]。

2.1.335 kV开关站

本项目开关站35 kV侧采用单母线接线方式，配置出线柜2面、光伏进线柜5面、储能进线柜1面、接地变柜1面、无功补偿进线柜1面；同时开关站配置接地变及消弧线圈成套装置1套(接地变兼做站用变)、无功补偿装置1套(±12.5 Mvar)。

2.1.4储能电站

本工程采用15 MW/18 MWh 锂电池储能系统，由5个3 MW/3.6 MWh储能单元组成，每个储能单元由6个500 kW/600 kWh储能机组组成，安装在1个蓄电池室内。每个500 kW/600 kWh储能机组由1台500 kW双向变流器、4个150 kWh电池柜和1台总控柜(汇流柜)构成。每个150 kWh电池柜由17个磷酸铁锂电池模块串联而成，由1套电池管理系统(BMS)来管理。每个电池模块由14个200 Ah电池串联而成，由1个电池管理单元(BMU)来管理。每4个电池柜的761.6 V高压直流总线汇流到总控柜上，与双向变流器直流侧相连[2]。15 MW/18 MWh储能系统架构图如图2所示。

图2　15 MW/18 MWh储能系统架构图

2.2电气二次设计

2.2.1调度管理

本电站设置1套光伏功率预测系统，能够进行超短期、短期、长期的电站输出功率预测；设置1套柔性功率自动控制系统(包含有功、无功功率控制及切机功能)，能够接收并自动执行电网调度部门远方发送的有功、无功出力控制信号。

2.2.2电站自动化系统

电站的综合自动化以微机保护和计算机监控系统为主体，加上其他智能设备构成电站综合自动化系统。本站采集到的各种实时数据和信息，经处理后可传送至上级调度中心。

2.2.3通信

1)光伏区数据采集。本工程光伏区数据采集通过智能箱变测控装置实现，光伏区建设光纤环网与站控层通过TCP接口，利用IEC 104协议进行数据转发。

2)光伏电站内运维通信。主要采用大功率无线对讲机通信方式，并以公网手机通信方式为辅。

3)电站系统通信。本电站侧预留相关设备的接口。系统设备及电源的配置最终以接入系统报告及审查意见确定。

3　储能电站作用及意义

3.1储能方式

本工程采用磷酸铁锂电池储能方式。对充电电池的要求是：容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流充放电、电化学性能稳定、安全(不会因过充、过放及短路等操作不当的原因而引起燃烧或爆炸)、工作温度范围宽、无毒或少毒、对环境无污染。而锂材料电池的上述性能都较好，磷酸铁锂电池的技术特点如下：

1)安全性：安全可靠、全密封、不怕火烧、不爆炸；

2)循环寿命长：在室温和100%DOD情况下，循环寿命≥7500次；

3)性价比高：普通常用材料，充电(放电)效率≥98.5%。

3.2储能系统的作用

1)储能系统与光伏电站的协同设计。在光伏电站内配置大容量的储能系统，通过储能系统可在电网输送电力的高峰期或阳光照射充分、自身负荷较低的情况下，将光伏发电电力储存在储能系统，在适当的时间供应自用或输送电网，减少并网与调度运行的技术难度，降低光伏电站发电对电网产生的冲击，从而达到减少弃光的效果。

2)对系统保护的影响。当光照良好、光伏并网电站输出功率较大时，在白天非电网峰值阶段太阳电池向蓄电池充电，充分利用太阳能，并适时补充蓄电池电量，用以提高蓄电池备用容量，减小放电深度；峰值阶段与蓄电池共同供电，维持系统稳定输出，提高系统的稳定性与短路电流将会增大可靠性[3]。

3)对电力品质的影响。光伏系统中光伏输出功率曲线与负荷曲线存在较大的差异，而且均有不可预料的波动性，通过储能系统的能量储存与缓冲，使系统即使在负荷迅速波动的情况下，仍然能够运行在一个稳定的输出水平，提高电力品质与可靠性。储能系统还能防止负载上的电峰、电压下跌和其他外界干扰所引起的电网波动对系统造成的较大影响，采用足够多的储能系统可保证电力输出的品质和可靠性。

4)对运行调度的影响。光伏电源的输出功率直接受天气变化影响而不可控制，因此，光伏电源的可调度性也受到制约，需配置1套远程通讯与监控设备。作为可调度式光伏储能并网系统，需实时接收电网控制信号，完成了相关储能和光伏协调控制的调度工作任务。实现了并网功率恒定，使光伏并网系统有功、无功功率可调，提高了大电网对光伏系统的接纳能力[4]。

3.3储能系统的意义

储能系统主要是配合光伏发电并网使用，有效弥补光伏发电的随机性、间歇性、不稳定性，改善电能品质，协助电网调峰，提高电网稳定性。

我国当前电网运营面临着最高用电负荷持续增加、间歇式可再生能源接入比例不断扩大、调峰手段有限等诸多挑战；而优质、自愈、安全、清洁、经济、互动是我国智能电网的设定目标。储能技术，尤其是大规模储能技术，具备的诸多特性得以在发电、输电、配电、用电4大环节广泛应用。可以说，储能环节是构建智能电网及实现目标不可或缺的关键环节。

1)在用电谷底时大量储存电能，在用电高峰时释放大量储存的电能，就可节省大量投资，极

大的优化电网结构，提高电网安全性能。在一定意义上，建设电池储能电站就好比在建设发电厂，但在综合社会效益和经济效益上，要远远超过建设发电厂。

2)以电池逆变输出供给用电负荷，电压稳定、高质量，避免了市电供电电压波动对用电设备造成损坏，可延长用电设备寿命，节约成本。

3)备用电源功能。市电停电时，储能设备可实现不间断电源功能，保证用电正常、可靠供电及企业的正常生产，创造良好的经济效益。

4　结束语

当今储能技术已被视为电网运行过程中“采、发、输、配、用、储”6大环节中的重要组成部分。在新能源利用的广阔领域具有不可替代的作用，显示出非常良好的发展前景。同时，系统中引入储能环节后，可有效实现需求侧管理，消除电网峰谷差，平滑供电；不仅可更有效地利用电力设备、降低供电成本，还可促进可再生能源的应用，也可作为提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动、改善系统无功的一种手段。光伏储能技术的应用必将为传统的电力系统设计、规划、调度、控制等方面带来重大变革。

[1] GB 50797-2012, 光伏发电站设计规范[S].

[2] 汪光裕. 光伏发电与并网技术[M]. 北京: 中国电力出版社, 2010.

[3] 王金良. 风能、光伏发电与储能[J]. 电源技术, 2009，33(7): 628-632.

[4] 鞠洪新, 于金辉. 储能在光伏并网发电系统中的应用[J]. 电子世界, 2009, (11): 61.

2015-11-12

买发军(1987—)，男，本科，主要从事光伏系统集成的设计与研究。maifajun3410@163.com