储能技术在光伏并网发电系统中的应用

2021-11-21周春生

建材发展导向 2021年1期

周春生

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐 830000）

在我国经济快速发展的形势下，我国的用电负荷不断增加，而且由于目前全球资源紧缺和环境恶化问题的不断加剧，我国也加大了开发和利用清洁型可再生能源的力度。其中光伏发电机组的建设规模在不断扩大，装机容量也在不断增加，其并网发电为缓解目前电力系统的电能供应压力和我国电力系统结构优化调整有着重要作用。但由于光伏发电随光照强度的变化，稳定性较差，且光伏发电产生电量无法储存，给光伏并网电能质量造成一定影响，所以只能将其转换为电能进行储存来满足电网用电负荷高峰时的使用，而且光伏发电的输出功率容易受到环境条件中光照强度以及温度等因素变化的影响，在并网发电时容易对电网产生较大的冲击影响，因此需要采用适当的储能技术对其进行控制以及对并网发电时对电网的冲击进行减弱，在光伏并网发电系统中占有重要地位。

1 光伏并网储能系统的组成

典型的光伏并网存储系统结构由光伏阵列、最大功率跟踪器、存储系统和太阳能逆变器四部分组成。光伏阵列是光伏并网系统的基本环节，通过光伏组件按一定规律串、并联组成，是将太阳能转换为电能的能量转换单元。光伏阵列的输出直接受到光照、温度和负载的影响。最大功率点跟踪（MPPT）控制可以保证在自然条件下的最大功率输出，最大限度地利用光伏能量。储能系统起到调节和控制的作用，在光照好、功率充足时储存一部分电能，在需要时释放一部分电能。太阳能逆变器的作用是将光伏阵列的低压直流转换为合适电压水平的交流，从而为光伏并网发电提供必要的条件。

2 光伏并网发电系统对电网影响

2.1 对线路潮流的影响

电网正常运行过程中支路潮流通常情况下呈现出单向流动特征，而且会随着与升压站（汇集站）之间距离的增加导致配电网有功潮流单调逐渐减小。然而，当光伏电源接入电力系统时，其出力是不可预测的。功率的变化使电压调节更加困难，和电压调节装置在整个电力系统经常出现异常，节点电压超限和变压器容量超限，将严重影响整个供电系统的运行可靠性。此外，由于潮流的随机性，会影响电厂的发电规划。

2.2 对于系统保护的影响

光伏电站的整体输出功率本身就是受光照的影响，如果光照加强，相应的输出功率和短路电流会相应增加，所以当前可能导致局部电流过大，短路或其他意想不到的情况下，熔断器熔断等原因造成无法正常工作。此外，的光伏发电系统中，功率流的原始单向操作分支已经改变，和分销网络也被成功地转化为一个多源电网，但由于没有明确的方向之前或之后连接到光伏系统，必须增加防止孤岛，逆功率保护等保护措施保证光伏电站的安全运行。

2.3 对电网运行经济性的影响

光伏电源本身输出功率不稳定，影响电网运行经济性。当电网运行完成后，需要增加一定容量的备用，这样才能充分保证系统具备调峰、调频等基本技能。由此可见，光伏并网发电系统的输出功率主要基于机组利用小时数的减少，从而影响整个电网的经济运行。同时，在实际分析电网节能环保效果时，要充分考虑储备所产生的能源消耗和排放。

3 储能技术在光伏并网发电系统中的应用

3.1 在电网电能质量控制上的应用

在电网电能质量控制上，将储能技术应用在光伏并网发电系统中，可以对光伏电源的供电特性进行改善，进而提高供电的稳定性，利用合理的逆变控制措施，储能技术让光伏并网发电系统可以对调整相角、有源滤波及电压等进行控制。光伏并网系统中的储能技术可以为用户提供良好的电能保护功能，当无法为用户提供正常供电时，光伏系统可以为用户提供电能，但当电力系统本身发生故障或对用户有危险时，光伏发电系统将选择自动切断电源，电源切断后存储电能。荷载传递由储能技术的应用可以实现系统中基于分时的使用和充电电力市场光伏发电用户。就其本身而言，该技术类似于用于峰值负荷调节的技术，即存储系统可以存储满足基本需求的多余电能，并在峰值时释放出来。此外，储能技术在光伏并网系统中的应用，也可以减少负荷响应策略对于高峰负荷时大功率交流运行的不利影响。

3.2 负荷转移

从技术角度看，负荷转移类似于调峰负荷，但其实现是基于用户使用分时计量电力。许多高峰负荷时不发生在白天光伏系统是完全充电，但在高峰期后，从光伏系统能量存储系统可以存储能量较低的加载时间而不是向网格使用它完全在峰值负载的时候，能量存储系统和光伏系统可以减少电力需求在高峰时间，并让用户获得更多的经济效益。

3.3 负载响应

为了保证电网的安全可靠运行负荷高峰期间，选择一些大功率负载控制和使他们能够交替操作负荷高峰期间，当这些高级用户配备光伏储能系统中，负载响应策略的影响大功率设备的正常运行是可以避免的。负荷响应控制系统要求光伏储能电站与电网之间至少有一条通信线路。

3.4 断电保护

光伏储能系统的一个重要优点是可以为用户提供断电保护，即在用户无法得到正常供电时，光伏系统可以为用户提供所需的电能。这种孤岛对用户和电网都是有益的，它不仅可以让电网在高峰负荷时切断部分电力负荷，还可以在无电的情况下让电力用户继续工作。

3.5 储能单元控制

能源存储单元控制，以确保能源存储单元来满足光伏系统需求的响应，而且提高储能单元充电和放电环境，设计合理、有效的控制策略根据不同工作模式的能量存储单元。

3.6 改善储能技术

能源存储设备用于发电的光伏发电往往在严酷的环境下运作，和储能系统的充放电条件差是由于光伏发电的输出不稳定，有时需要频繁的充电和放电的小周期。鉴于光伏并网系统的特点和储能装置的发展现状，光伏并网发电的储能技术需要从以下几个方面进行发展和完善：a提高能量密度和功率密度；b延长储能装置的循环寿命；c提高充放电速度；d确保在更广泛的环境下安全可靠地运行；e降低成本。

4 能量存储系统开发需求

4.1 控制技术

根据能源存储设备的使用特点建立合理的充放电控制设备，能源存储设备发挥最大能量输出，让能源存储设备使用效率和使用寿命达到最好的。与传统的铅酸电池一样，它需要长时间的低电流充电，以防止铅板结晶，这会降低电池的存储容量和使用寿命。光伏电池的充电环境较差，充放电频繁，电流功率由高到低变化，影响电池的自适应寿命。然后需要开发先进的储能装置控制管理系统，这样储能装置的充放电才能得到有效的解决。然而，交流工频在目前的储能设备中还不能直接使用，配套的功率转换装置还需要不断的研发。

4.2 储能技术

光伏并网发电储能装置工作环境恶劣，光伏发电出力不稳定，影响储能装置工作。储能系统的充放电条件也很差，有时需要小周期的频繁充放电。鉴于光伏并网发电系统的特点和储能装置的发展现状，光伏并网发电的储能技术需要从以下几个方面进行发展和完善：提高能量密度和功率密度，延长储能装置的循环寿命，提高充放电速度，保证在更广阔的环境下安全可靠地运行，降低成本。

4.3 系统建模全面分析

为了使光伏储能系统的发展科学合理，需要对光伏储能系统进行全面的分析，包括系统运行管理、运行可靠性、经济性等。根据光伏行业的标准，对光伏储能系统的生命周期和经济性进行分析是十分必要的。有必要开发人员根据系统建立模型，模拟能量存储系统的应用在并网光伏电站，光伏储能系统全面的分析操作，不断分析和改善，促进储能系统在光伏并网系统合理的应用，让储能系统成熟、合理的发展，提高光伏储能系统的应用效果与价值。