儲能技術在光伏并網發電系統中的應用

周春生

（新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

在我國經濟快速發展的形勢下，我國的用電負荷不斷增加，而且由于目前全球資源緊缺和環境惡化問題的不斷加劇，我國也加大了開發和利用清潔型可再生能源的力度。其中光伏發電機組的建設規模在不斷擴大，裝機容量也在不斷增加，其并網發電為緩解目前電力系統的電能供應壓力和我國電力系統結構優化調整有著重要作用。但由于光伏發電隨光照強度的變化，穩定性較差，且光伏發電產生電量無法儲存，給光伏并網電能質量造成一定影響，所以只能將其轉換為電能進行儲存來滿足電網用電負荷高峰時的使用，而且光伏發電的輸出功率容易受到環境條件中光照強度以及溫度等因素變化的影響，在并網發電時容易對電網產生較大的沖擊影響，因此需要采用適當的儲能技術對其進行控制以及對并網發電時對電網的沖擊進行減弱，在光伏并網發電系統中占有重要地位。

1 光伏并網儲能系統的組成

典型的光伏并網存儲系統結構由光伏陣列、最大功率跟蹤器、存儲系統和太陽能逆變器四部分組成。光伏陣列是光伏并網系統的基本環節，通過光伏組件按一定規律串、并聯組成，是將太陽能轉換為電能的能量轉換單元。光伏陣列的輸出直接受到光照、溫度和負載的影響。最大功率點跟蹤（MPPT）控制可以保證在自然條件下的最大功率輸出，最大限度地利用光伏能量。儲能系統起到調節和控制的作用，在光照好、功率充足時儲存一部分電能，在需要時釋放一部分電能。太陽能逆變器的作用是將光伏陣列的低壓直流轉換為合適電壓水平的交流，從而為光伏并網發電提供必要的條件。

2 光伏并網發電系統對電網影響

2.1 對線路潮流的影響

電網正常運行過程中支路潮流通常情況下呈現出單向流動特征，而且會隨著與升壓站（匯集站）之間距離的增加導致配電網有功潮流單調逐漸減小。然而，當光伏電源接入電力系統時，其出力是不可預測的。功率的變化使電壓調節更加困難，和電壓調節裝置在整個電力系統經常出現異常，節點電壓超限和變壓器容量超限，將嚴重影響整個供電系統的運行可靠性。此外，由于潮流的隨機性，會影響電廠的發電規劃。

2.2 對于系統保護的影響

光伏電站的整體輸出功率本身就是受光照的影響，如果光照加強，相應的輸出功率和短路電流會相應增加，所以當前可能導致局部電流過大，短路或其他意想不到的情況下，熔斷器熔斷等原因造成無法正常工作。此外，的光伏發電系統中，功率流的原始單向操作分支已經改變，和分銷網絡也被成功地轉化為一個多源電網，但由于沒有明確的方向之前或之后連接到光伏系統，必須增加防止孤島，逆功率保護等保護措施保證光伏電站的安全運行。

2.3 對電網運行經濟性的影響

光伏電源本身輸出功率不穩定，影響電網運行經濟性。當電網運行完成后，需要增加一定容量的備用，這樣才能充分保證系統具備調峰、調頻等基本技能。由此可見，光伏并網發電系統的輸出功率主要基于機組利用小時數的減少，從而影響整個電網的經濟運行。同時，在實際分析電網節能環保效果時，要充分考慮儲備所產生的能源消耗和排放。

3 儲能技術在光伏并網發電系統中的應用

3.1 在電網電能質量控制上的應用

在電網電能質量控制上，將儲能技術應用在光伏并網發電系統中，可以對光伏電源的供電特性進行改善，進而提高供電的穩定性，利用合理的逆變控制措施，儲能技術讓光伏并網發電系統可以對調整相角、有源濾波及電壓等進行控制。光伏并網系統中的儲能技術可以為用戶提供良好的電能保護功能，當無法為用戶提供正常供電時，光伏系統可以為用戶提供電能，但當電力系統本身發生故障或對用戶有危險時，光伏發電系統將選擇自動切斷電源，電源切斷后存儲電能。荷載傳遞由儲能技術的應用可以實現系統中基于分時的使用和充電電力市場光伏發電用戶。就其本身而言，該技術類似于用于峰值負荷調節的技術，即存儲系統可以存儲滿足基本需求的多余電能，并在峰值時釋放出來。此外，儲能技術在光伏并網系統中的應用，也可以減少負荷響應策略對于高峰負荷時大功率交流運行的不利影響。

3.2 負荷轉移

從技術角度看，負荷轉移類似于調峰負荷，但其實現是基于用戶使用分時計量電力。許多高峰負荷時不發生在白天光伏系統是完全充電，但在高峰期后，從光伏系統能量存儲系統可以存儲能量較低的加載時間而不是向網格使用它完全在峰值負載的時候，能量存儲系統和光伏系統可以減少電力需求在高峰時間，并讓用戶獲得更多的經濟效益。

3.3 負載響應

為了保證電網的安全可靠運行負荷高峰期間，選擇一些大功率負載控制和使他們能夠交替操作負荷高峰期間，當這些高級用戶配備光伏儲能系統中，負載響應策略的影響大功率設備的正常運行是可以避免的。負荷響應控制系統要求光伏儲能電站與電網之間至少有一條通信線路。

3.4 斷電保護

光伏儲能系統的一個重要優點是可以為用戶提供斷電保護，即在用戶無法得到正常供電時，光伏系統可以為用戶提供所需的電能。這種孤島對用戶和電網都是有益的，它不僅可以讓電網在高峰負荷時切斷部分電力負荷，還可以在無電的情況下讓電力用戶繼續工作。

3.5 儲能單元控制

能源存儲單元控制，以確保能源存儲單元來滿足光伏系統需求的響應，而且提高儲能單元充電和放電環境，設計合理、有效的控制策略根據不同工作模式的能量存儲單元。

3.6 改善儲能技術

能源存儲設備用于發電的光伏發電往往在嚴酷的環境下運作，和儲能系統的充放電條件差是由于光伏發電的輸出不穩定，有時需要頻繁的充電和放電的小周期。鑒于光伏并網系統的特點和儲能裝置的發展現狀，光伏并網發電的儲能技術需要從以下幾個方面進行發展和完善：a提高能量密度和功率密度；b延長儲能裝置的循環壽命；c提高充放電速度；d確保在更廣泛的環境下安全可靠地運行；e降低成本。

4 能量存儲系統開發需求

4.1 控制技術

根據能源存儲設備的使用特點建立合理的充放電控制設備，能源存儲設備發揮最大能量輸出，讓能源存儲設備使用效率和使用壽命達到最好的。與傳統的鉛酸電池一樣，它需要長時間的低電流充電，以防止鉛板結晶，這會降低電池的存儲容量和使用壽命。光伏電池的充電環境較差，充放電頻繁，電流功率由高到低變化，影響電池的自適應壽命。然后需要開發先進的儲能裝置控制管理系統，這樣儲能裝置的充放電才能得到有效的解決。然而，交流工頻在目前的儲能設備中還不能直接使用，配套的功率轉換裝置還需要不斷的研發。

4.2 儲能技術

光伏并網發電儲能裝置工作環境惡劣，光伏發電出力不穩定，影響儲能裝置工作。儲能系統的充放電條件也很差，有時需要小周期的頻繁充放電。鑒于光伏并網發電系統的特點和儲能裝置的發展現狀，光伏并網發電的儲能技術需要從以下幾個方面進行發展和完善：提高能量密度和功率密度，延長儲能裝置的循環壽命，提高充放電速度，保證在更廣闊的環境下安全可靠地運行，降低成本。

4.3 系統建模全面分析

為了使光伏儲能系統的發展科學合理，需要對光伏儲能系統進行全面的分析，包括系統運行管理、運行可靠性、經濟性等。根據光伏行業的標準，對光伏儲能系統的生命周期和經濟性進行分析是十分必要的。有必要開發人員根據系統建立模型，模擬能量存儲系統的應用在并網光伏電站，光伏儲能系統全面的分析操作，不斷分析和改善，促進儲能系統在光伏并網系統合理的應用，讓儲能系統成熟、合理的發展，提高光伏儲能系統的應用效果與價值。

5 結語

儲能技術在光伏并網發電系統中的應用，為解決光伏發電對電網的不利影響提供了一種可行的方案。它的應用，無論是在用戶端還是在電網端，都將帶來一定的經濟效益。因此，儲能技術的應用將成為未來一個重要的研究方向。