新能源電力系統中的儲能技術探討

李長成

（科華恒盛股份有限公司，福建 廈門 361000）

0 引 言

太陽能和風能是當代發電工作中廣泛使用的清潔能源，在時間分布上具有良好的互補效果。目前，國家已成功運用風能與太陽能組成了新能源電力系統，提升了清潔能源發電效率[1]。然而，因為太陽能和風能均具有不穩定性，所以要通過改善電力系統儲能技術來存儲更多清潔能源，以滿足持續發電的需求。

1 構建發電模型

優化新能源電力系統儲能技術，維護系統發電穩定性，設置良好的發電機組，需要根據能源類型構建發電模型。若使用風力發電，則需要按照風力發電機系統組合結構構建完善的風力發電模型。從微觀層次來看，風力發電機系統組合包括風力發電機、葉片、轉速控制器、轉子側變頻器（AC/DC）、電流控制器、功率控制器、升壓電路、蓄電池、電網側變頻器（DC/AC）、升壓變壓器以及電網等。轉子側變頻器（AC/DC）與升壓電路所配置的電流控制器和功率控制器并不相同，屬于獨立配置。若使用太陽能發電，需要借助信息技術構建太陽能發電模型，準確計算模型參數，設計合理的系統方案，做好太陽能發電機組安裝工作。如果發電機組具備風力發電和太陽能發電兩種功能，要做好綜合型能源系統設計工作，構建總模型和子模型，科學設計光伏發電機組。此外，加強新能源電力系統中的儲能技術建設，需要借助BIM技術構建完善的施工模型，制作精確的分段圖。通常運用BIM技術構建新能源電力系統中的儲能技術施工模型，精確計算相關參數，準確反映各種電力設備的排布狀態，構建BIM管理系統，模擬和預測操作空間、施工空間、儲能空間以及維修空間，做好施工現場預留和電線預埋作業，正確落實施工方案。需要繪制完善的總平面圖，對平面圖進行分段，從而繪制精確的分段圖。在圖中設置合理的模數，使平面圖6 m一節分段，從而確保各分段電線和電力設備接口有機銜接[2]。

2 全面改善光伏發電系統控制結構

光伏發電系統屬于一種綜合型電力系統，既能夠通過風能發電，也可以通過太陽能發電。優化該系統的功能，需著重改善光伏發電系統控制結構。一方面，針對串聯線路和并聯線路設置相應的光伏陣列模型，改善光伏電池組裝功率控制器的發電裝置。組裝光伏發電系統的過程中應充分發揮太陽能電池板的作用，由太陽能電池板直接將收集的太陽光轉化為電能，同時采取并網發電技術實現持續性發電。綜合型能源系統由風力發電機系統與光伏發電機系統共同組成，其中風電場與光伏陣列所產生的電能會經過變流升壓活動全部并入電網中。另一方面，優化光伏發電系統控制結構必須構建細致的綜合能源系統結構模型。風光綜合能源系統結構模型如圖1所示[3]。

圖1 風光綜合能源系統結構模型圖

由圖1可知，風光綜合能源系統結構由風電系統、葉片、光伏系統、太陽能電池板、匯流母線、儲能系統、蓄電池、升壓變壓器以及電網組成。目前，風光綜合能源系統有風電機組單獨發電、光伏陣列單獨發電以及由風光互補共同發電3種運行狀態，此時的發電效果和運行狀態的穩定由太陽光的強度、風速、負荷用電量以及儲能裝置共同決定。因為這些影響因素具有不確定性，所以需要借助控制器進行調節與控制。風光綜合能源系統控制器的調控功能體現在控制風電機組與光伏陣列的輸出功率、保持儲能裝置充放電狀態的穩定性、協調控制發電機系統輸入功能與輸出功能以及做好風光綜合能源系統安全保護與監測工作4個方面。

3 優化電力系統儲能控制技術

3.1 優化儲能控制技術

做好新能源收集存儲作業，確保電力系統發電工作的持續性與安全性，必須著重優化儲能控制技術。此環節要先優化電力系統，主要由發電、輸電以及負荷3項分支系統組成。現階段用戶數量和用電需求量的持續增加，對電力系統安全質量提出了更高要求，需要滿足增加輸電線路長度和提高電壓等級等方面的綜合需求。因為檔期線路分布更加廣泛，加大了其運維工作難度，威脅著系統的安全性，所以需要充分借助自動化控制系統的應用優勢，有效應對電力系統運行風險，及時處理影響其工作性能的因素，并在預警信號的作用下，全面提高電力系統運維工作效率，避免引發應用中的安全問題。同時，將自動化技術應用于電力系統儲能技術保護系統，在信息綜合檢控技術的配合作用下有利于增強系統運行保護效果，滿足發電系統高效運行及設備安全的使用要求，避免加大電力系統應用風險。

3.2 優化保護方式、提高保護效果以及增強技術優勢

技術人員需要從優化保護方式、提高保護效果以及增強技術優勢等方面入手，科學保護電力系統運行過程，及時消除其中可能存在的隱患，確保電力系統及設備應用的有效性，不斷提升與之相關的保護技術應用水平。同時，要做好電力系統調度管理工作。在信息時代，電力系統調度需要搜集大量復雜的數據來支撐和協助系統的工作，而數據分析往往消耗大量的人力資源且無法保障結果的準確性。針對這種情況需要引入自動化技術，并在計算機的作用下優化電力調度方式，為改善調度狀況和方案完善等提供技術支持，從而避免增加電力企業生產成本費用，高效完成電力系統的調度工作計劃。

3.3 充分發揮電力自動化技術優勢

利用電力自動化技術控制電力調度數據產生過程，對其進行可視化監控，全面提高管理人員的工作效率和電力調度工作水平。電力自動化技術可增強電力系統不同環節的集成管理效果，為電力企業創造更多的經濟效益，豐富系統運行管理所需的技術手段，實現信息資源的整合利用，滿足管理成本經濟性要求，進一步優化電力系統的儲能效果。因此，工作人員需要做好自動化技術的維護工作，提升技術應用效果，避免增加電力企業生產成本費用，以提升電力系統的經濟效益。

3.4 合理選擇開關元器件

技術人員要注意儲能系統規模的優化，在機組中安置超級電容器，加強對配電環節、輸電環節以及發電環節的控制工作，正確壓縮空氣，做好抽水工作，改善鈉硫電池、液流電池、超導磁以及飛輪設備，科學選用開關元器件。開關元器件質量決定著電力系統發揮的功能，關系著發電機安全運轉和儲能效果，因此當前電力系統儲能控制技術對開關元器件的標準要求極高。選用開關元器件必須以滿足持續儲能與安全發電為基礎，嚴格審核開關元器件參數指標、性能、適用性、穩定性、參數溫度、電磁兼容度以及使用壽命。在發電機滅磁開關開發階段，需要將更成熟和更完善的開關元器件作為設計參考范本與樣品，努力提高開關元器件的適用性、可靠性、穩定性、兼容性以及應用率。若開關元器件兼容性不足、應用率低下，后期必然會影響電力系統使用功能及其可靠性。

在選用開關元器件的過程中，必須遵守3項基本原則。第一，堅持需求導向原則。該原則要求在選用開關元器件時應緊密結合滅磁開關開發設計需求和使用功能導向，嚴格審核開關元器件質量是否達標，全面評估開關元器件的功能、適用性、兼容性以及穩定性。初步選用開關元器件后，要做好儲能技術設備組裝處理作業，適量進行降額，以提高電力系統儲能設備與元器件的契合度和開關可靠性，同時應確定開關元器件使用壽命，適當增加開關元器件規定質量的等級。第二，應堅持風險控制原則。首先要求在選用開關元器件的過程中嚴格審核供應商的資質，與高資質供應商合作，挑選優質開關元器件，確保供應量。其次要降低供需分析，將開關元器件生產指標控制在最科學的范圍內。最后要明確開關元器件規格、品質以及數量，如果有第二供方，那么需要合理調整其供應量，全面監控開關元器件選購工作，加強質檢力度。第三，堅持市場反饋原則。在開關元器件設計、生產、選購以及使用過程中難免會出現問題，因此應及時做好市場反饋工作，科學調試投入使用的開關元器件，全面檢測其性能，運用專業技術不斷增強開關元器件功能認可度。數據處理過程需要融入合適的分析處理技術，如大數據技術和信息技術等，做好市場數據應用價值的深入挖掘工作，從中匯總得到可靠的數據信息，并將其補充到建立的應用系統中，提高應用數據的使用價值，不斷優化系統中的相關內容[4]。

4 優化新能源電力系統儲能配置方案

首先，全面優化新能源電力系統儲能配置方案，包括發電系統、輸配電系統、輔助服務、可再生能源利用以及終端用戶等的全面優化。發電系統能夠管理新能源，實現負荷的安全運行與跟蹤，并科學調節負荷，確保系統可以處于穩定的供電狀態，滿足系統的運行要求。輸配電系統能控制電壓，改善電能質量，使系統對外輸出電流可以控制在某一個穩定的波動范圍內，從而提高電力系統可靠性和能源利用率。輔助服務能控制頻率，完成旋轉備用管理工作和備用容量管理工作，滿足長期性備用管理的需求。可再生能源利用是通過發電控制與系統來集成和存儲太陽能、風能等可再生能源并用于發電。終端用戶是啟用電源，能夠安全管理穿越功率，優化外購電力，實現無功電壓支撐。

其次，在具體的優化處理中，需要梳理新能源電力系統中涉及的相關內容之間的獨立性和關聯性情況，如發電系統、輸配電系統以及輔助服務等，且依托于該內容完善系統管理方案，使其可以組合在一起形成一組穩定的應用系統，以滿足具體的應用需求。在現行技術的管理基礎上，還可以對技術進行模塊化管理，使每個模塊在應用中保持相應的獨立性，同時和其他模塊保持較高的關聯性，以便后續管理活動的順利進行。

最后，動態調整儲能配置方案內容。PLC技術作為一種可控制編程器，能夠綜合處理發電機結構，從而全面改善電力系統儲能效果和發電機安全運行功能。但是，只依賴該技術并不能實現系統的應用優化，還需要在具體的處理過程中做好方案內容的動態優化工作。例如，在現階段智能技術體系完善度不斷提升的背景下，需要將PLC技術融入系統中并不斷完善應用系統，提升系統運行的安全性和使用價值，以滿足儲能系統應用過程的處理需求。

5 結 論

優化新能源電力系統中的儲能技術，必須著重構建完善的發電模型，改善光伏發電系統控制結構，針對串聯線路和并聯線路設置相應的光伏陣列模型安裝光伏電池功率控制器，著重優化儲能控制技術與儲能系統規模，在機組中安置超級電容器，加強對配電環節、輸電環節以及發電環節的控制，正確壓縮空氣，做好抽水工作，改善鈉硫電池、液流電池、超導磁以及飛輪設備，全面優化新能源電力系統儲能配置方案。