儲能支撐光伏參與電網一次調頻的優化控制策略研究

程偉

摘要：隨著我國能源體制改革的深入，光伏產業成為我國少有的具有國際競爭優勢的戰略新興產業，并且光伏產業能夠為我國環保事業作出巨大貢獻，光伏事業的發展離不開智能產業、大數據分析技術等新興信息技術的堅強支撐。并且我國能源結構也在不斷的調整，風電以及光伏發電等新能源裝機的比例持續提高，為解決區域電力能源不足發揮了重要作用。但是由于新興能源發電設備一次調頻的能力以及不具有響應系統頻率變化關系的問題，新興能源電力系統的自動調節能力成為了弊端，而儲能為了優化光伏參與電網一次調頻的重要措施，本篇將對儲能支撐光伏參與電網一次調頻的優化控制措施作深入研究，為新能源在電力資源的應用提供參考。

關鍵詞：儲能支撐;光伏;參與電網;一次調頻;優化控制策略;

一、儲能及一次調頻的相關概述

1.1儲能主要內容的介紹

儲能系統就是通過一定的設備或者介質將能量儲存起來，在需要的時候在將能量釋放。儲能主要是提高新能源利用率的先進技術，這也是全球關注的熱點問題，中國作為能源生產和需求大國，將會利用儲能達到節能減排且能源支撐經濟增長的目標。儲能產業的價值正在逐步的提高，儲能已經能夠實現對電網的三種支撐作用，包括頻率支撐、電壓支撐以及弱電網支撐。其中一次調頻、虛擬阻尼以及虛擬慣量等都是新能源場電站在并網的過程中實現的維持電網頻率穩定的主要功能，儲能足夠支撐電網安全且穩定的運行，充分考慮儲能電池電荷狀態以及調節死區的影響，減弱調頻過程的抖動性。但是電網對于儲能的配套也有嚴格的要求，不同電網故障的過程中儲能也必須具備穩定頻率的。儲能方法分別有電池儲能、電感器儲能、電容器儲能等。

1.2光伏參與電網的內容介紹

光伏作為市場的主體之一參與到電網中不僅推動新能源領域的快速進步，還能夠優化能源市場的資源配置。光伏參與電網有三個亟待解決的問題，首先是光伏參與電網的安全性，光伏參與電網的電壓、頻率以及此同步方面都與傳統的發電機接入電網不同，無論是應用變流器還是逆變器都有不同的優點和缺點，不僅影響了電網的穩定性，還增加了電網運行的風險性。其次，電網頻率以及電壓的穩定性也受到光伏接入電網的影響。

二、儲能支撐光伏參與電網一次調頻的優化控制策略

2.1光伏參與電網的一次調頻策略

光伏參與電網所采用的是跟隨出力的方式以及監測頻率偏差變化的調節減載調頻策略。光伏發電參與電網一次調頻策略主要通過控制系統、并網逆變器以及光伏陣列等實現，我們會對其輸入的電壓和電流進行功率變化的監測，進而得到逆變器的功率因數狀態。在控制參考值的過程中對逆變器的并網運行狀態進行監測，這就是跟隨處理的方式。而光伏可變減載調頻策略需要光伏系統參與調頻的兩個條件，其一是光伏系統具有一定的備用容量，而光伏系統也需要其負荷擾動時能夠響應系統的頻率而增減有功出力，這就是光伏參與電網的另一個控制策略。

2.2電池儲能參與電網的一次調頻策略

電池儲能是儲能的方式之一，電池儲能參與電網的一次調頻策略首先需要儲能電池組以及儲能的控制系統，進而能夠實現特定的控制特性。在電池儲能的自適應下垂控制策略是同步和模擬發電機的一次調頻的策略，其具有頻率下垂特征。在這個策略中需要不同于傳統的固定的下垂系數，而需要結合電池儲能的負荷狀況對下垂系數作動態的調整，這樣一來不僅能夠減少對電池壽命的損傷，還能夠減少對電網系統的干擾影響，儲能系統的接入對于光伏電站產生的影響還能有明顯的抑制效果，進而通過電池的限度值以及不同電池的特性得出電池儲能參與電網一次調頻的方式。還有電池儲能參與一次調頻的自適應策略，這個策略需要綜合分析電池儲能的調頻效果以及荷電的狀態，并且結合動態調整下垂系數以及慣性控制的特征，提出自適應的一次調頻策略。

2.3儲能支撐光伏參與電網一次調頻的優化策略

光儲系統包含光伏發電系統、電池儲能系統、交流直流功率變換設備PCS、以及能量管理控制系統EMS四大子系統組成。光伏發電子系統主要實現太陽光照到三相交流電能的發電能量轉換功能，包括光伏板光電轉換組件和光伏逆變器兩大部件。

電池儲能系統基于電化學原理通過電池實現電能的存儲與釋放，包括電池和電池管理系統BMS（Battery Management System，簡記BMS）兩大部件。

交流直流功率變換設備PCS主要實現交流母線三相交流電功率到儲能電池直流功率的交直流雙向轉換，同時負責光儲系統與電網之間的并離網切換功能，主要由DC/AC雙向變換器和靜態切換開關STS兩大部件組成。

能量管理控制系統EMS主要實現光伏、儲能、電網及用戶負載四個位置的能量及功率協調管理控制功能，同時實現收集各子系統運行狀態信息數據、通過保護功能控制各子系統運行在安全范圍內;EMS控制器主要由通信管理機、能量管理控制計算機以及EMS能量管理軟件三部分組成。

能源管理主控制單元MPU負責采集和收集系統運行信息，包括用戶的負荷需求、發電側電能質量參數、電網需求、用戶管理需求、阻塞級別等，通過自適應的人工智能或用戶人工干預來管理和優化微電網系統的運行效益，也包括實現各分布電源之間的協調控制、系統并網/離網模式平滑切換相關控制。微電網的能源管理系統作為專家決策系統，基于軟件和微處理器來實現，將各個分布式微源、大電網（智能電網）的數據接入，并根據調度命令或能量控制協調優化策略決定微電網系統的控制。

大型的儲能裝置具有穩定的性能，因此光伏電站能夠利用儲能裝置實現平滑出力的目標，主要是依據儲能裝置能夠快速充電和放電的特征。而儲能支撐光伏參與電網一次調頻能夠提升整個電網系統的穩定性。儲能裝置以及光伏都沒有一次調頻的能力，也不具備慣性響應的能力，但是優化策略能夠綜合兩者的優勢實現兩種特性。其中儲能裝置能夠提供慣性響應，而光伏可以利用上述策略中的自適應策略等策略參與一次調頻。總而言之儲能支撐光伏參與電網一次調頻能夠在一定條件下協作運行，進而充分發揮一次調頻以及儲能的優勢。

結語：綜上所述，儲能支撐光伏參與電網一次調頻的優化控制策略一直在不斷被試驗和驗證，其優化策略也會不斷地推陳出新，為光伏參與電網的發展提供一定的思路，將分布式儲能通過某種聚攏技術進行聯合調控，有助于電網和發電行業進行聯合運行調控，也相信我國的光伏產業以及能源結構的調整會成為我國的重要優勢。

參考文獻：

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