配網光伏系統儲能優化配置策略

劉芳 徐清

摘要：光伏系統的大量應用，固然提升了可再生能源的使用規模，但是光伏儲能系統的問題值得關注。擬定儲能系統最佳方案，在保證供能效果、吻合“削峰填谷”原則的同時，提升光伏系統的經濟效益。本文從配網的角度出發，分析了光伏系統儲能配置的優化路徑。

關鍵詞：配網;光伏系統;儲能優化;策略

一、儲能優化配置研究意義

1.儲能裝置問題。太陽能屬于典型的可再生能源，光伏設備安裝在我國迅速鋪開。相比其他再生能源設備，光伏設備的市場份額較大。但是也要認識到太陽能的不足，太陽能與天氣因素關系密切，意味著太陽能來源不夠穩定，波動性較強。應用儲能裝置則能夠響應天氣變化情況，通過儲能效應實現“削峰填谷”的效果，在保證電能質量的基礎上保證配電網穩定運行。同時提升光伏系統的消納能力，光能使用效率更高。實際應用中將儲能系統與配網體系結合，但是需要面對儲能電池的成本問題。如果電池儲能裝置的容量過高，則會提升光儲系統的布局成本，降低光儲系統的經濟效益，與經濟性原則不符。

2.儲能容量配置問題。儲能容量配置是決定光儲系統性能和效益的重要指標，盡管可供選擇的儲能容量配置方法較多，但是諸多方法對成本與收益因素考慮較少。傳統的光儲系統儲能裝置的研究主要從電壓質量、儲能容量和儲能成本三個維度切入，通過目標分解優化等方式，逐步靠近問題的最優解。針對儲能裝置成本與收益的分析主要采用智能優化算法，研究過程偏重于電力企業領域，對于配網側的居民與工業用電用戶考慮較少，儲能裝置研究相對片面。因此需要深入研究儲能裝置成本問題，為體現光儲系統的經濟效益奠定基礎。

二、配網光伏系統特性

1.負荷特性。關于系統的負荷特性，關注到居民用電負荷與工業用電負荷兩個大類。兩類用電負荷的時段變化規律與功率波動幅度均有差異，居民供電高峰出現在上午以及晚間，功率穩定性較差，波動幅度偏大;工業用電負荷呈現出24h高位運行、功率變化幅度較小的特征，與工業企業生產規律吻合。由于工業用電負荷占比較高，意味著工業用電負荷對系統的負荷產生顯著影響。

2.光伏發電特性。光伏系統的發電特性與天氣狀況關系密切，由于天氣變化無常，意味著光伏系統的發電特性隨機性、波動性較強。光伏系統單日出力高峰在中午前后，占據單日總出力的50%，夜間停止發電。

三、儲能優化配置思路

1.成本計算。配網用戶的基本需求點在于降低成本，并通過儲能系統獲得更高效益。因此在分析光儲系統的投資收益情況時，通常采用建模思想，通過目標函數計算光儲系統的投資效益。具體計算過程需要考慮光儲系統的投資成本、收益以及應用光儲系統的凈利潤。在光伏系統布局范圍不斷擴大的背景下，在評價光儲系統投資收益時，無需考慮安裝光伏系統的成本開銷因素。因此計算光儲系統的投資成本時，主要考慮光儲系統各個組件的成本，包括儲能電池、雙向變流器，同時包括光儲系統運維領域的成本開銷以及購電開銷。

光儲系統儲能電池的成本與電池的容量、單價有關，對于儲能變流器的成本計算也是如此，關注到變流器的功率性能指標和單價。計算光儲系統運維成本開銷時，需要掌握典型自然日的儲能放電量、相似日以及對應時間節點的電價。針對購電開銷的計算，需要利用電量、通貨膨脹率、貼現率、折舊率等指標。

2.收益計算。當前國家逐步降低對光伏補貼力度，因此計算光儲系統收益時，不再考慮光伏發電補貼因素。關于光儲系統的收益，涉及到電能節省、多余光伏出售、延緩設備投資以及儲能項目補貼四個方面。用戶使用光儲系統實現節能效應，計算節能帶來的收益時，需要使用典型日負荷吸收的光伏電能數據。

四、儲能優化配置分析

1.準備工作。首先選定儲能電池材料，此處選擇鋰電池，注意鋰電池的單價、運行年限、通貨膨脹率等各項指標，為計算光儲系統的收益和成本做好準備。關注到居民與工業兩類用電負荷，確定每一類負荷的光伏裝機容量，掌握峰谷電價與固定電價，確定居民與工業用電負荷的最高值和最低值。

2.儲能容量配置策略。根據準備工作中的信息進行儲能配置，獲取兩類用電負荷的儲能電池容量以及配置儲能前后的凈利潤情況。配置儲能裝置后的凈利潤有明顯提升。根據等效負荷的變化規律，在執行調度計劃和分時計算電價模式的前提下，提升用戶電網購電行為的合理性。光儲系統提供負荷電量，有效控制電費支出。用戶通過光儲系統，獲得最好的收益效果，也為提升系統收益奠定基礎。

關注到不同類型符合的光伏自銷納率，從三個維度進行計算。首先計算不加光伏和儲能的情況，隨后計算加光伏的情況，此后加上儲能并計算自銷納率。只要加設光伏或儲能裝置，自銷納率均有明顯提高，最終達到100%。原因在于光伏出力已經超過負荷的實際需求，多余的能量被儲能裝置成功保存，實現光伏發電的消納效果。在用電負荷高峰時間段，通過儲能系統釋放保存的能量，響應較高的用電需求。

3.儲能電池配置策略。選擇鋰電池并關注到居民用電負荷，以鋰電池的放電深度為變量，分析儲能配置與放電深度之間的關系。

4.配網性能分析。基于配網環境驗證儲能優化配置策略是否有效，將儲能裝置與節點系統相結合，從配網電壓和損耗角度分析儲能配置的影響。在確定節點系統的負荷后，依次選定光伏系統與儲能裝置，將儲能裝置布局在節點系統的某個節點中。

與此同時關注到安裝光伏和儲能后的網絡損耗變動情況，加入光伏和儲能都能起到降低配網損耗的效果，而且兩者共同作用能夠實現配網損耗的疊加控制效果，由此可見安裝光儲系統能夠有效降低網絡損耗并優化配網性能。

結束語：針對儲能配置進行優化分析，在保證儲能配置應用效果的基礎上，進一步提升儲能配置的經濟效益。在今后應用光伏系統的過程中，從配網的角度出發，總結更多的儲能優化配置策略。

參考文獻

[1]任惠，孫辰軍，陳靜，米增強，盧錦玲，周家林. 分布式光伏配網補貼方法的長期效果分析[J]. 太陽能學報，2019，40（07）：1881-1889.

[2]程傳飛. 保證光伏發電并網配網電壓穩定的策略[J]. 通信電源技術，2018，35（07）：231-232+234.