儲能技術在光伏發電系統中的應用

楊潤廣

（中廣核新能源遼寧分公司，遼寧 沈陽110000）

1 概述

從光伏發電系統的整體結構來講，儲能單元是其中一個十分重要的組成部分，其主要作用在于維護系統整體的運行可靠性、運行安全性以及運行的穩定性。因此，在對光伏發電系統的儲能單元進行設計的過程中，不僅要保證儲能單元具有性能優越的特點，同時還需要針對儲能單元的實際運行情況，建立具有較高有效性以及合理性的控制策略，使微網系統在運轉的過程中其相關的要求能夠得到快速響應，這也是現階段針對相關問題的研究過程中需要重點關注的一個方面。本次研究中，文章一方面考慮了光伏微網系統自身在工作過程中的情況，另一方面從儲能單元自身的拓撲結構出發進行了考量，對儲能單元在不同工作模態之下所需要的充電控制策略以及放電控制策略進行了具體探討。

2 光伏發電系統對電網運行帶來的影響

2.1 運行調度

光伏電源自身具有一定的可調度性，但是這種可調度性會在一定程度上受到外界天氣因素的影響，尤其是在一些天氣變化相對較快的城市或是海拔相對較高的地區，天空中的云層對于光伏電源可調度性的影響更加明顯。在電網運行商的調度系統中，如果光伏電源的整體占比相對較高，且高于臨界比例，在進行電力調度的過程中就需要采取一系列的保障措施，確保電網運行過程中的可靠性以及安全性能夠切實得到保障[1]。除此之外，常規電價與光伏電價之間還普遍存在一定的差異，因此，在對電網進行調度的過程中也需要充分考慮經濟性的相關問題，但是上述的所有操作都需要最大限度地避免給電網系統運行過程中的安全帶來不利影響。

2.2 系統保護

光伏發電系統在實際運轉的過程中，如果遇到光照相對強烈的情況，那么電站在實際進行輸出的過程中功率也會相應增加，進而引發一系列的連鎖反應，最直接的表現就是短路電流的增加，進而增加過流保護在配合過程中的難度，加大失誤問題的發生概率。除此之外，電站輸出功率的變化也會在一定程度上影響熔斷器的常規工作，進而給電網系統的整體運轉帶來十分不利的影響。若光伏發電系統在工作的過程中沒有正常接入配電網，支路潮流在實際運轉的過程中則多數情況下是屬于單向性輸出，且這種單向性輸出缺乏必要的保護措施。而在光伏發電系統運轉的過程中，當配電網接入之后，配電網絡自身的性質也會相應地發生變化，轉成多元配電網絡，但是在這一過程中，網絡潮流的流向則會體現出較強的隨機性特點，控制難度進一步增加，為了保證系統整體的運轉安全，則需要在系統中常規進行方向性保護裝置的安裝。

2.3 電能質量

光伏發電系統在日常開展發電工作的過程中，經常會受到外界環境因素的影響，尤其是在陰雨天，空中巨大的云層，在一定程度上會遮擋住陽光，就會導致光伏電源的功率在短時間內大幅度上升或是下降，尤其是對大型的光伏系統影響更為普遍，系統內的電壓在短時間內就有可能出現閃變，進而出現較大的頻率波動，除此之外，也有部分類型的光伏發電系統是進行直流電發電的，在進行電網接入的過程中，如果采用的是逆變裝置法，那么，諧波的出現概率也會大幅度增加，進而使電網系統的正常運轉受到影響[2]。

2.4 線路潮流

電網支路在實際運轉的過程中，若其自身處在正常運行的狀態之下，通過對其潮流狀態進行分析則能夠發現，此時的電流支路潮流狀態往往是處于單向流動狀態之下的。光伏系統在實際運轉的過程中的主要作用就在于進行電壓支撐的提供，但是從光伏系統的本質角度來進行分析，可以將其看作是一種分散式的發電系統，在電網系統被接入電源之后，其線路的潮流也會相應地發生變化，由之前的單向流動轉化為雙向潮流流動，并在以往的基礎上加入了短路電流。而在這一過程中，對電壓進行調整的難度也會相應增加，配電功率的波動幅度也會進一步加大，進而導致支路潮流在實際工作的過程中出現以下幾方面的情況：第一個方面的情況是三項不平衡，第二個方面的情況是節點電壓越限，第三個方面的情況是支路潮流越線，除此之外，還會出現頻率波動以及變壓器容量越限等方面的情況[3]。而在實際工作的過程中，如果需要對電網系統的電壓進行調整，那么則非常容易導致設備在實際運轉的過程中出現異常響動，進而給系統的正常供電帶來影響。線路潮流自身具有隨機性的特點，但是這種隨機性也會在一定程度上使機組正常的使用壽命受到影響，進而導致電網在運轉的過程中損耗增加。

3 儲能技術在光伏發電系統中的應用

3.1 在電力調峰的應用

所謂電力調峰，主要操作的目的就在于使峰電時段電網負荷較大的時候，居民以及工廠的用電需求能夠最大限度地得到滿足，但是，要能夠在一定程度上對于用電進行調控，使電網負荷的壓力能夠得到有效降低。從電網內部儲存裝置自身的特點來講，其本質上具有一定程度的靈活性，在電網功率負荷相對較低的階段，能夠將光伏發電系統在實際工作過程中產生的電能進行存儲，存儲的電能主要是在負荷高峰時段進行釋放，這樣的操作方式能夠使電網在實際進行供電過程中的可靠性得到較大幅度的提升，使電網系統的常規運行能夠真正保證穩定，有效避免因電網負荷功率較大而導致的電網運轉故障問題出現，保證供電穩定的基礎上，使區域的用電需求能夠真正得以有效滿足[4]。

我國各個地區在不同時間段用電總量存在波峰以及波谷一直是一個普遍存在的問題，且這一問題一直以來都受到了社會各界的關注。尤其是在用電的波峰階段，由于需要加大發電量來保證電能供給，導致電網的負荷進一步加大，此時一旦電網在運轉的過程中出現故障，則會在一定程度上導致供電停止的問題，不僅會影響人民的生產以及生活，同時還會在一定程度上影響人民對于供電單位的信任，降低本單位自身的市場競爭力。由此可見，通過將儲能技術應用到電力調峰的過程之中，不僅能夠有效減輕供電峰值時期電網所需要承擔的負荷，同時也能夠使在峰谷時期電網能夠正常運轉，進而有效彌補波峰以及波谷不同時段因供電量調整而給電力系統帶來的沖擊，確保光伏發電系統能夠維持穩定運轉，降低光伏發電系統故障問題的發生概率。

3.2 在電網電能質量控制的應用

在光伏并網發電系統的實際運轉過程中，要想使電網電能的質量能夠得到有效控制，儲能技術的合理應用必不可少，通過在光伏并網發電系統中合理應用儲能技術，使光伏電源在實際供電的過程中性能能夠得到最大限度的穩定。在這一過程中，工作人員通常情況下會采取一系列的措施對光伏并網進行逆變控制，光伏并網發電系統在實際工作的過程中，其所產生的電能質量也能夠得到有效控制，而在這一過程中，最主要發揮作用的就是我們所說的儲能控制系統，通過充分發揮儲能系統自身的作用，不僅能夠對有源濾波進行調整，同時還能起到穩定電壓的作用，使相角能夠始終處在合理的范圍之內，并在相角出現偏差的時候，及時進行調整，保證電網的發電質量。

以往，電力企業在對電網的電能質量進行控制的過程中，多數情況下采用的都是人工的手段，而在這一過程中，很多細節方面的問題很難被及時發現，這也會在一定程度上導致供電質量受到影響[5]。尤其是在用電波峰以及波谷的不同階段，雖然能夠通過人工的方式對供電量進行調節，但是，這樣的調節很難保證完全準確。而通過將儲能技術應用在電網電能質量控制之中，則能夠有效解決上述問題，這樣的操作方式能夠有效避免電網在實際運轉的過程中由于在短時間內供電量的大幅度調整而給電網系統自身造成的沖擊。最大限度地保證供電的穩定性，同時也能在一定程度上降低因電網運行故障而導致的區域停電的情況出現，使人民的用電需求能夠切實得到滿足，實現整體供電質量的提升。

3.3 在負荷轉移中的應用

在實際將儲能技術應用在光伏發電系統的過程中，負荷轉移技術與前文中提到的電力調峰技術在運轉原理方面有一定的相似之處，但是相比于電力調峰技術來說，負荷轉移技術具有更高的靈活性。在負荷的低谷階段，光伏發電系統在實際進行發電的過程中如果產生了多余的電能，為了有效減少能源的浪費，則能夠根據實際情況對多余的電能進行儲存。而在負荷的高峰階段，由于用電需求的增加，光伏發電系統在發電的過程中所釋放出的電能則很難滿足實際需要，此時，儲能系統就可以將自身在之前儲存的多余的電能釋放出來，使電網在供電的過程中能夠最大限度地保證穩定。通過將儲能系統與光伏并網發電系統聯合使用，兩者在相互配合的過程中，則能夠有效減少光伏并網發電系統在高功率負荷運轉的過程中根據波峰以及波谷用電量的不同而調整發電量給系統帶來的沖擊，使高峰階段市電的需求能夠得到有效減少，在保證用戶用電的基礎之上，減少用戶的用電支出，不僅保障了供電系統自身的經濟效益，同時也在一定程度上保障了用戶的用電需求。

從另外的一個角度來講，通過在光伏發電系統中合理應用儲能技術，使負荷轉移技術最大限度的發揮作用，能夠有效減少光伏發電系統因外部沖擊而導致壽命縮短的情況，最大限度的延長光伏發電系統整體的質量，通過負荷轉移，使光伏發電系統的運轉規律能夠最大限度地維持穩定，保障其運轉效益的基礎之上，提升其運轉的穩定性。

3.4 在負荷響應時的應用

電網在實際運轉的過程中，為了最大限度地保證運轉的穩定性，減少故障問題的發生概率，往往會針對一些高功率的負荷進行自動控制并調整，在負荷的高峰階段，不同部分的電網往往會交替運作，進而確保負荷高峰階段電網的運轉能夠真正保證安全以及正常。而通過在電力用戶中應用光伏儲能系統，則能夠最大限度地保證針對用戶的供電穩定，但是在這一過程中，相關人員需要重點關注的一個問題就是光伏儲能電站以及電網之間在與負荷響應控制系統進行連接的過程中，至少有一條通信線路能夠正常工作，這樣的操作方式能夠最大限度地避免一些高功率設備給光伏發電系統正常運轉帶來的不利影響，真正實現負荷的高質量響應。

在將負荷響應技術應用到光伏發電系統的過程中，通過對不同電網選擇性的交替應用，能夠有效降低光伏發電系統在實際運轉過程中故障的發生率，通過負荷響應，及時對高功率的負荷進行調整，使其能夠在臨界值范圍之內進行工作，保證供電穩定的基礎之上，還能在一定程度上減少調整供電量過程中給電網正常運轉帶來的不利影響，確保電網能夠穩定運轉，進而最大限度地保證整體的供電質量。

3.5 復合型儲能光伏并網技術的應用

傳統的光伏并網發電系統所需要應用的儲能技術十分簡單，而且其功率運行并不十分穩定，所以在此基礎上，通過技術升級并使用復合技術，就能保證復合儲能型光伏并網系統的應用可以真正實現提高當前并網系統的應用效率。在我國的電力系統當中，這種復合型技術的應用十分廣泛，其中很多企業在建設復合儲能型光伏電網的應用時，可以使用超級電容器加蓄電池的組合方式，這樣通過蓄能就能保證在系統運動時，可以有效降低整體網流的諧波含量，這也可以保障電網功率輸出的穩定性獲得有效提升。同時，這種系統還可以搭載變轉器和光伏陣列等其他電子元件，實現利用超級容器和蓄電池之間的優勢互補來確保在進行運轉的過程中可以使功率波動問題得到有效緩解，還能真正實現對并網電流波的質量進行調整，這樣就能確保通過此方式來提高光伏電站的整體應用性能。此外，通過可調度性的提升，也可以降低系統本身所存在的受外界干擾問題，這樣也可以大大提高光伏并網發電系統的應用穩定性。值得注意的是，由于該方式的應用具有復雜性，所以在具體進行建設時，也需要根據不同企業的實際需要來進行有效應用，這樣才能保證該方式的應用可以真正實現提高電網的運行效率，并為電網建設工作起到良好的保障作用。

4 結束語

綜上所述，從光伏并網發電系統自身的特點來進行分析，儲能技術的應用不僅能夠有效提升電網在實際工作過程中的穩定性和安全性，同時還能有效發揮電網自身在運轉過程中的經濟效益，使用戶常規的用電需求能夠切實得到保證，進而有效解決以往電網在運轉過程中容易受到光伏并網影響的情況，使我國社會可持續發展的戰略能夠切實得到落實。而從我國現階段的情況來看，儲能技術雖然在一定程度上得到了發展，現階段光伏發電系統中所使用的儲能技術相較于以往已經有了較大幅度的進步，但是，研究人員還需要進一步開發新的儲能裝置，使我國光伏并網發電能夠真正得到發展，使其應用范圍能夠真正得到擴大，讓太陽能光伏并網發電技術能夠真正使我國的更多人民受益，使發電能夠真正做到綠色環保，進而有效減少以往火力發電給環境帶來的不利影響。