儲能技術在光伏電站并網中的應用

李志杰 朱超 平孫亮

摘要：從運行穩定性、風電并網安全性以及能量轉換動態響應特性等3個方面，系統概述風電并網存在的主要問題。簡述儲能技術的基本知識。從提高風電低壓穿透力、平抑功率波動、參與系統頻率控制以及優化風電調度的4個方面，探討儲能技術在風電并網中的實踐和應用前景。

關鍵詞：風力發電;儲能技術;并網運行

引言

光伏并網發電系統的基本結構有：光伏電池陣列，蓄電池組，逆變器和配電網等多個部分組成。光伏并網發電系統在一定程度上可以分為兩種，一種是可調度式并網光伏發電系統，另一種是不可調度式并網光伏發電系統。可調度式并網光伏發電系統可以設置儲能裝置。除此之外，還有不間斷的電源以及能夠做到源濾波的功能，同時可調度式并網光伏發電系統還有益于電網調峰。不可調度式并網光伏發電系統，在與主電網斷開的情況下，系統自動停止供電工作。這兩個系統最大的不同就是可調度式光伏發電系統可以持續不間斷供電工作，不會停止;而不可調度式光伏發電系統，在與主電網斷開的情況下，可以自動停止供電工作。

1風電并網存在問題分析

1.1運行穩定性問題

風電系統的運行穩定性問題是保障傳統電力系統正常高效運行的一個非常重要基礎。風力發電機運行動態過程中的出現弱穩定性和弱抗擾性是給電力系統穩定性產生重要威脅的2種不穩定因素。小擾動和大擾動下系統的穩定運行特性是傳統的電力系統中常見的技術性問題。運行穩定性的保證是基于負載的動態特性，通過動態功率實時平衡完成，包括系統中的干擾。相關專業研究表明，在風電并網安全性的運行機制上，涵蓋各種自動化設備安全性的太偶空以及安全系統防御性的動態控制。風電并網安全可靠的運行通常基于2點：①動態有限源控制—主要用于對電力系統的相位和頻率波動進行動態抑制;②動態無功功率控制—主要用于對電力系統中的電壓波動進行動態抑制。風電的波動性和不確定性以及弱穩定性和弱免疫力是影響我國風電長途運輸模式及系統穩定性的常見因素。此外，在機電動態時空尺度的干擾下，風電并網動態響應的主要特征還包括弱穩定性和弱免疫性等2個穩定性特征。相比于同步發電機的動態特征機制，機電時標的運行穩定性是其中一個問題之外，在轉換器直流電壓的運行穩定性問題上較短的時間尺度也是風力發電機存在的運行穩定性問題之一，需要引起重視。同時這也是大型風電集中系統運行過程中存在的另一種重要穩定性問題之一。此外，雖然存在以上問題，但對傳統發電它的影響很小，所以在此不再描述其相關特征。

1.2ECS動態響應特性問題

目前，大多數風力渦輪機通過電力電子接口連接，其動態響應特性與傳統的同步發電機完全不同。此外，風力渦輪機的現有控制策略通常是在假設它們連接到強電網的情況下設計的，并且在長距離大規模電網連接的情況下，風力發電機與電網之間的連接相對較弱，這使得傳統的電力系統穩定控制和故障保護措施難以應對。這必將影響風力發電系統正常安全、穩定的運行。風電可控性和ECS動態響應是風電一體化的主要問題。風電的可控性不足是電力供應穩定和充足的關鍵原因。有功和無功功率是風力控制的主要方面。從傳統電網系統的角度來看，有功功率的控制是保證整個電力系統穩定性和輸出功率的主要因素。然而，由于風力渦輪機的特殊機制，風的不規則變化等，風力的電力可控性差。目前，還存在許多亟待解決的問題，例如由風速的極端變化引起的有功功率的巨大波動，這導致整個電力系統的不穩定性增加。導致電力振蕩以及風力發電系統的低電壓穿越。

2儲能技術在光伏并網發電系統中的應用

2.1電力調峰

對電力峰值的功率的調整是為了能夠更加有效的應對用電的高峰期，在用電的高峰期會出現功率負載過大的情況，可以根據高峰期負載的情況，使用儲能技術對其進行調整，可以依靠實際需求的改變，將系統產生的能量儲存在儲能裝置中。當負載達到高峰時，儲能裝置釋放儲存的能量，提供負荷供電的電力，對提高供電的整體運行的穩定性和可靠性有很大的幫助。

2.2微電網

微電網是一種相對分散的獨立供配電能源系統，主要由負荷和多個微電源組成[2]。系統采用了大量的先進電力技術以及能量管理控制技術，將汽柴油發電機或者風電、光伏發電及儲能設備等裝置整合在一起，接入到用戶側。微電網可在秒級甚至毫秒級動作，以提高負載供電的可靠性，同時對電網削峰填谷、降低線路損耗、穩定電網電壓起到重要作用，還可以提供不間斷電源滿足負載需求。在未來的供電系統中，微電網系統會成為一個重要的發展方向，微電網系統的運用，將會極大地提升當前電網的工作效率以及其穩定性與安全性，因為微電網系統可以在微電網與發電系統分離的時候對負載進行獨立的供電，所以其穩定性會更高。

3儲能系統

3.1儲能技術

用于光伏并網發電的儲能裝置通常在惡劣的環境下運行。此外，由于光伏發電輸出的不穩定性，儲能系統的充電和放電條件相對較差，有時需要頻繁的小周期充電和放電。根據光伏并網發電系統的特點以及儲能裝置的發展現狀，應從以下幾個方面發展和改進光伏并網發電儲能技術：一是提高光伏發電系統的能量密度以及功率密度;二是對儲能裝置的儲能容量進行提高，同時延長儲能裝置的使用壽命;三是提高充放電的速度;四是確保在各種環境中能夠安全可靠地運行;第五，降低儲能裝置的使用成本。

3.2控制技術

為了能夠提高儲能裝置的使用壽命，以及盡可能地提高儲能裝置的輸出功率，提升儲能裝置的工作效率，就需要對儲能裝置的充放電情況進行詳細的分析，并以此來指定有針對性的儲能裝置充放電策略。例如，鉛蓄電池在充電是往往需要更長的充電時間，所以在對鉛蓄電池在充電的時候盡可能選用較小的電流充電，防止其儲電能力的下降，縮短蓄電池壽命。光伏發電的直流電作為主要的儲能裝置的充電電源，其具有不穩定性和波動性，使得其充電不夠穩定。所以，為了解決儲能裝置的充放電問題，需要先進的儲能裝置管理控制系統和來保證在不破壞儲能裝置的使用壽命的充放電策略，除此之外，不能使用工業上的高頻交流電來對常見的儲能裝置例如飛輪儲能以及電池等儲能裝置進行充電，所以在對這些儲能裝置進行充電的時候需要功率轉換器來進行。

3.3綜合分析工具與系統建模

只有對用電區域做全方位的，綜合各種實際條件的分析，其中包括對系統的可靠性，經濟情況以及其運營情況進行分析，才能夠開發出最合適以及最好的光伏儲能發電系統。現階段，我國的儲能系統在光伏并網的系統中的應用還不是很成熟，應該根據現有的行業標準來確定分析光伏能源儲存系統的使用周期以及使用成本的方法，以此來衡量光伏能源儲存系統的經濟性。所以，為了提供光伏儲能系統的更加準確的運行數據以及運行的數據，需要光伏儲能系統的開發人員在設計光伏儲能系統之初就用仿真以及建模的方法來綜合的分析光伏儲能系統的運行情況。同時也要求使用能夠盡量模擬真實的光伏儲能系統的運行情況的分析軟件來進行分析。

結語

本文分析了在發電網中接入光伏發電而帶來的一系列的影響，并且對各種有效的儲能方式的應用進行了探討與總結。同時，還對儲能方式在光伏發電系統的應用而帶來的影響，除此之外本文還對新能源的應用和開發的進行了探討，以其對日后的工作產生一定的參考作用。由于電網受環境的影響較大，輸出具有不穩定性的特點。光伏發電對配電網的電壓波動、電能質量和繼電保護裝置都有不可避免的影響。

參考文獻

[1]張興科.光伏并網發電功率波動與對策[J].電網與清潔能源，2011，27（06）：55-60.

[2]劉世林，文勁宇，孫海順，等.風電并網中的儲能技術研究進展[J].電力系統保護與控制，2013（23）：145-153.