儲能技術在光伏并網系統中的應用探究

魏紅波

摘要：通過分析光伏并網系統的結構以及儲能系統容量配置，探究儲能技術對于光伏并網的作用，并針對不同儲能技術的應用現狀進行比較研究，總結光伏發電系統中儲能管理的結構以及儲能技術在光伏并網系統中的應用。根據本次研究的結果顯示，儲能技術能夠保持光伏并網系統運行的穩定性，對于電力系統的運行具有重要的作用及意義。

關鍵詞：光伏并網;儲能技術;容量配置;管理結構;技術應用

1 光伏發電并網系統

1.1 光伏發電并網系統結構形式

光伏發電并網系統主要是由光伏陣列、儲能系統、負荷單元以及相變轉換器構成。光伏發電并網系統的主要作用是保持電網電壓與正弦交流電保持相同的頻率;光伏陣列作為光伏發電并網系統的基礎模組，能夠通過太陽能接收面板將光能轉化為電能，光伏陣列是由單體光伏電池所組成，具有一定的非線性特征，其輸出功率通常與環境溫度、太陽照射情況以及系統的負責等因素具有聯系;DC-DC（C1）可以實現光伏發電并網系統中具有保持光伏陣列最大功率點跟蹤（MPPT）的作用;DC-DC（C2）為雙向變換器，用于調節系統中的電能，平衡儲能系統的電力輸出;DC-AC（C3）逆變器是連接電網與光伏發電系統的裝置，其與并網變壓器均具有調節電網電壓為使用交流電的作用[1]。光伏發電并網系統結構如圖1所示。

1.2 儲能系統容量配置

容量配置主要針對系統能量流進行管理。進行光伏發電并網系統中的儲能系統配置主要是在一定負荷狀態下，達到更好地平衡并網系統中供需平衡的目的。

某時段內光伏發電系統轉化的能量W計算為：

（1）

式中，P（t）—表示系統在時段內動態數列下的輸出功率。

在本次研究中，儲能系統容量的配置實質是系統中儲能單元的能量管理，系統在某段時間內的儲能單元能量Estore（t）可以表示為：

（2）

式中，Pload（t）—表示為系統中負荷的需求功率;Pgen（t）—表示光伏發電功率。

當Pload（t）>Pgen（t）時，DC-DC（C2）則會釋放出儲能單元中的能量以實現系統負荷的平衡。而Pload（t）

（3）

式中，ηDC/AC—表示DC-AC（C3）的運行效率;ηDC/DC—表示DC-DC（C2）的運行效率。

為了更加直觀地明確儲能單元容量配置情況將采用負荷缺電率（LPSP）作為配置的標準。單位時間內負荷能量欠缺表示為：

（4）

2 光伏并網系統的儲能技術

隨著我國逐漸加強節能減排的管理，儲能技術成為了電力行業的主要應用技術，為電力的輸送、分配等提供了新的發展方向。依據電能轉化形態的不同可以將儲能技術分為化學類、機械類以及電磁類三種類型。其中化學類儲能是指電池儲能，而電池主要包括鉛酸類、鋰離子類、全釩液流類以及鈉硫類[3];機械儲能是利用電能與勢能能得轉化，包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能以及飛輪儲能[4];電磁儲能得形式主要有超級電容儲能、超導儲能。不同類型儲能技術對比如表1所示。

3 光伏并網系統的儲能管理

3.1 儲能管理結構

儲能管理結構主要是用于實現光伏發電系統中負荷的平衡，以實現系統對于不同模式的運行需求。儲能管理可以實現光伏發電系統并網或獨立運作的切換，增加光伏發電系統運行的靈活性、實用性，在需要時可控制儲能單元的快速的充能或能量的釋放。因此，儲能管理結構實質就是對于儲能單元的控制管理。

3.2 儲能技術在光伏并網系統中的應用

3.2 .1儲能技術在光伏電站層面的應用

在電網的負荷高峰階段，通過儲能技術可以使電網能夠選擇、控制較高功率的負荷，并使之進行相互的協同工作，以滿足電網高峰用電的負荷需求;在儲能系統應用于單獨的用戶時還可以為電網與儲能電站預留至少一條負荷控制通信線路，以降低負荷響應政策對電網中高功率設備產生的影響。當電網處于負荷低谷期時，儲能單元將會依據當前的電能負荷情況儲存多余的電能，當電網處于負荷高峰期時便會將儲存的電能進行釋放，以穩定電網的有效運行;通過儲能技術應用于光伏并網系統中，可有效地降低高功率負荷交替運行而發生的意外事件，更好地滿足電網負荷高峰期的用電需求，避免用戶造成損失。由于儲能技術能夠儲存電能，因此，其還具有電網斷電保護的作用，當電網停止或無法進行供電時，儲能單元可直接為系統輸送電能;若電網中出現重大的故障或具有一定的安全隱患時系統將會觸發斷電保護，此時儲存單元將會繼續工作，將電網中無法利用的電能進行儲存，以此實現在市電無法工作的情況下為用戶提供電能。

4 結論

儲能技術在光伏并網系統中的應用為電網發生不良事件時的應急方案提供了新的思路及方向，而且儲能技術的應用不單單是側重于電網側，對于用戶而言同樣具有重要的意義。同時，隨著光伏并網發電技術的不斷更新迭代，也為儲能技術的應用與發展提供了有效的平臺以及技術支持。因此，儲能技術在光伏并網發電系統中的應用將成為今后的一個重要研究方向

參考文獻：

[1] I. Hamdan，Amira Maghraby，Omar Noureldeen. Stability improvement and control of grid-connected photovoltaic system during faults using supercapacitor[J]. SN Applied Sciences， 2019，1（12）.

[2] 朱慧敏，等. 光儲聯合發電系統隨機優化調度方法研究[J]. 機電信息， 2020（12）：31-33.

[3] 劉柏辰. 面向高可用能量容量的全釩液流電池結構設計及運行策略優化研究[D]. 浙江大學， 2020.