獨立光伏系統光儲容量優化配置方法

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摘要：獨立光伏系統光儲容量對光伏系統的供電能力具有重要影響，光伏發電系統的運行過程中，會產生光儲容量的變化，當前光儲容量配置方法大多考慮并網風電場及微網系統，忽視了離網型微電網儲能系統的光儲容量配置，而離網型微網光儲容量配置與負荷缺電率相關，能源利用率較低。本文根據負荷缺電率及能量溢出比作為衡量光伏系光儲容量配置的標準，分析分別采用閥控鉛酸電池、鋰離子電池以及全釩液流電池對光伏系統光儲容量進行配置的效果。

關鍵詞：獨立光伏系統；光儲容量；優化配置

隨著全球經濟的不斷發展，人類面臨著能源日益枯竭的危機，且隨著全球環境污染不斷擴大，尋找新型清潔的替代能源成為迫切之舉。光伏發電系統以其產量值高、電能質量好、可再生的優勢，逐漸取得人們的青睞，在世界范圍內得到了廣泛的應用。由于光伏發電系統易受太陽輻射及周圍環境溫度的影響，使得光伏發電系統的供電能力具有不穩定性，因此需要構建儲能系統。當前儲能系統大多采用并網風電場、微網系統及離網型微電網，其中針對離網型微網儲能系統通常考慮符合缺點率的問題，導致能源利用率低下，下面提出獨立光伏系統光儲容量優化配置的方法。

一、獨立光伏系統組成部分

光伏系統主要由光伏組件、電池儲能系統以及本地負荷組成，見圖1。C0為單向DC-DC轉換器，其作用為使光伏發電單元壓力值增大，并對光伏最大功率進行監測；C1是單向DC-AC逆變器，其作用在于把光伏系統電流性質由直流轉換為交流，以符合配電網的使用要求；C2是雙向DC-DC轉換器，作用為對儲能系統的電流輸入及輸出進行有效控制，同時向光伏系統主干線路進行電流增壓，保證光伏系統直流電的正常運行。光伏系統運行過程中，發電系統及儲能系統使直電流通過對應的DC-DC轉換器傳遞至系統母線進行匯流，使用DC-AC逆變器實現符合供電。

圖1 獨立光伏發電系統組成結構示意圖

二、光伏發電系統光儲容量配置

（一）光儲容量配置

在光伏發電系統獨立運行模式中，光伏系統光儲容量配置作用在于維持儲能系統的能量平衡，提高光伏組件的能源有效利用率。由于光伏系統負荷缺電率、能量溢出比與光伏系統儲能系統具有密不可分的聯系，因此需要合理配置光伏系統光儲容量配置，達到提升光伏系統供電穩定性及經濟效益的目的。下面介紹光儲容量的功率及能量配置辦法。

（二）電池儲能功率

在一定時間段內，假設某一時間點t的系統功率不平衡值是△P，那么

公式中的△P（t）值具有不確定性，受到光伏單元出力特點及負荷需求的影響，若△P（t）值大于0，說明光伏儲能單位需要輸出電流，反之，若其小于0，說明需要對光伏儲能單元輸入電流。

（三）電池儲能容量

光伏系統發電單元及儲能單元需要保證能量的均衡，當光伏組件輸出功率低于本地負荷功率，儲能單元需要釋放電能，以補充光伏系統的電能，保證系統儲能單元能源平衡。反之，若光伏組件輸出功率大于本地負荷功率，則需對儲能單元實施輸入電流處理。設置某一時間點t的負荷電流值為S0C（t），那么

公式中是這一時間點的儲能單元電流值；是△t這一時間段光伏儲能單元電流輸出及輸入的電流總量；是光伏儲能單元的限定容量值。

三、光伏發電系統光儲微網系統具例分析

本文以某光伏發電系統光儲微網系統作為研究對象，該光伏系統由光伏發電、儲電單元及本地負荷組成，見圖1。圖1中轉換器效率。本文以一年365天作為研究時間段，每隔15min進行取樣調查。在研究時間段中，光伏系統光儲容量值為50kW，本地負荷高峰值為20kW。光伏發現系統的日出力值曲線圖及日負荷值曲線圖見圖2。

圖2 該光伏系統日出力值及負荷值曲線示意圖

在本次研究中，采用閥控鉛酸電池、鋰離子電池以及全釩液流電池作為光伏發電系統電池儲能系統，這三種電池各項參數值如表1所示牟其中CPCS是電池儲能單元能量轉換時的單位功率成本價，CP是電池儲能單元的單位功率成本價（全釩液流電池則為電堆成本價），CE是電池儲能單元單位容量的成本價（全釩液流電池則為電解液成本價）。

表1 三種類型儲能電池的特性參數表

參數類型閥控鉛酸電池鋰離子電池全釩液流電池

SOS范圍值0.3-0.70.2-0.80.1-0.9

充放電效率/%809075

CPCS/（元/kW）200020002000

CP/（元/kW）003000

CE/（元/kW·h）60030001000

由于閥控鉛酸電池、鋰離子電池以及全釩液流電池在SOS、電流輸入及輸出的工作效率上存在較大差異，因此對上述三種電池進行對比，設置L1值為1kW，L2值為5kW·h，對比計算結果分別見圖3、4、5。

圖3 閥控鉛酸電池儲能容量配置變化示意圖

圖4 鋰離子電池儲能容量配置變化示意圖

圖5 全釩液流電池儲能容量配置變化示意圖