調(diào)頻新能源滲入電力系統(tǒng)調(diào)峰的模擬仿真分析

陳 杰

（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

目前，電力系統(tǒng)逐漸朝著智能化、信息化方向發(fā)展，既為人們的生活提供了便利，也提高了電力的安全性、可控制性。由于智能電力系統(tǒng)需要大量的機電設備共同工作，導致用電量增大，能耗問題逐漸成為制約電力行業(yè)發(fā)展的關鍵。預計在2025年，電力系統(tǒng)能耗將會達到一個新高度，因此需要采取相應的調(diào)峰手段控制電力能源消耗。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)調(diào)峰方法主要是控制電力能源的使用，如降低電力照明時間、照明亮度等，這種方式無法從根本上解決電力能耗問題，并且還會影響到電力用戶的用電體驗。基于此，通過調(diào)頻新能源的滲入實現(xiàn)電力調(diào)峰發(fā)電一體化，以此減少電力能耗。

1 基于調(diào)頻新能源滲入的電力系統(tǒng)調(diào)峰方法

在樓頂或墻面上安裝調(diào)峰電池板，電池板吸收太陽光輻射后生成光生電流，由逆變器和儲蓄電池對光生電流進行轉(zhuǎn)換和有效存儲，為電力系統(tǒng)相關設備的運行提供電能，減少市電的使用，從而達到電力系統(tǒng)調(diào)峰的目的。首先根據(jù)電力系統(tǒng)調(diào)峰需求選擇調(diào)頻電池組件，并對其進行安裝，其次通過并網(wǎng)組串設計進行調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電，最后對其進行并網(wǎng)控制，保證其供電穩(wěn)定。

1.1 調(diào)頻電池組件選擇與安裝

根據(jù)電力系統(tǒng)調(diào)峰需求選擇調(diào)頻電池組件，主要包括逆變器、調(diào)頻電池板以及蓄電池3部分。調(diào)頻電池板作為核心設備，關系到新能源生成的效率和質(zhì)量，因此需要結(jié)合電力系統(tǒng)的自身情況選擇合適的調(diào)頻電池板。目前，常用的調(diào)頻電池板主要有單晶硅、復合晶硅以及多晶硅3種類型，主要性能如表1所示。

表1 調(diào)頻電池板性能對比

根據(jù)表1，盡管單晶硅型調(diào)頻電池板成本相對較高，但是光電轉(zhuǎn)換效率優(yōu)于其他2種電池板，使用壽命也比較長，更適用于電力調(diào)峰。其調(diào)峰電池組如圖1所示。

圖1 調(diào)頻電池板組組件示意圖

電力機樓樓頂空間面積大且無遮擋，采光條件好，因此將組件的安裝地點設定為電力機樓樓頂。采用并聯(lián)的方式將調(diào)頻電池板、蓄電池以及逆變器電源線路連接在一起，并接入電力系統(tǒng)總線[1]。由于調(diào)頻電池板的安裝方位和傾斜角度直接關系到發(fā)電效率，因此在安裝過程中要合理設計[2]。正常情況下，太陽光在直射過程中會受到環(huán)境中某些因素的干擾發(fā)生折射效應，進而產(chǎn)生一定的偏差，因此在安裝時需要設置好安裝方位，以此保證調(diào)頻電池板能夠最大限度獲得太陽輻射[3]。調(diào)頻電池板的安裝傾角決定著發(fā)電有效面積，其傾角與調(diào)峰入射角存在著一定的線性關系，具體如圖2所示。

圖2 調(diào)頻電池板傾角與太陽入射角的關系

當調(diào)頻電池板與太陽光入射線垂直時，調(diào)頻電池板有效發(fā)電面積最大，且發(fā)電效率最高。當?shù)靥柟馊肷浣嵌扰c當?shù)鼐暥戎狄恢拢虼嗽诎惭b過程中將調(diào)頻電池板傾角調(diào)整為電池板所在地的緯度值[4]。蓄電池組和逆變器安裝在電力頂樓配電箱內(nèi)，采用并聯(lián)的方式在蓄電池組和逆變器電源線路上接入控制器，利用控制器對調(diào)頻電池組件的過放電和充放電進行控制。

1.2 調(diào)頻并網(wǎng)發(fā)電

考慮到電力系統(tǒng)用電量較大，調(diào)頻發(fā)電系統(tǒng)具有一定的局限性，因此采用并網(wǎng)調(diào)頻發(fā)電形式，即將調(diào)頻發(fā)電系統(tǒng)與智能供電系統(tǒng)組串在一起，共同為電力系統(tǒng)供電。每4～6塊調(diào)頻電池板組件組成一個調(diào)頻方陣，太陽光照射在調(diào)頻方陣上，與電池板上的半導體產(chǎn)生調(diào)頻效應，從而產(chǎn)生電流[5]。采用組串逆變的方式對逆變器進行并網(wǎng)，將每個調(diào)頻方陣串聯(lián)為1路，一個逆變器負責2～3路調(diào)頻方陣的能量轉(zhuǎn)換。將蓄電池組接入電力用戶變電系統(tǒng)低壓側(cè)母線，由蓄電池組存儲逆變器轉(zhuǎn)換后的調(diào)頻電流。由于調(diào)峰調(diào)頻電池板產(chǎn)生的電流為直流電，穩(wěn)定性較差，為了更好地對其進行利用，采用優(yōu)先配電的方式將其輸送到電力配電網(wǎng)中。當電力系統(tǒng)設備用電時，優(yōu)先使用蓄電池組中存儲的電能，從而起到電力調(diào)峰的作用，圖3為電池板組件現(xiàn)場安裝示意圖。

圖3 電池板組件現(xiàn)場安裝示意

2 實驗論證分析

為了驗證設計方法在電力系統(tǒng)調(diào)峰方面的應用效果，將其與傳統(tǒng)方法進行對比。設計一組對比實驗，以某智能電力系統(tǒng)為例，使用設計方法和傳統(tǒng)方法進行電力調(diào)峰。根據(jù)該電力系統(tǒng)的實際情況，在該樓頂安裝48塊調(diào)頻電池板，安裝傾角為56°，每塊調(diào)頻電池板的最大功率為156 W。以12塊調(diào)頻電池板為一組串聯(lián)成1路，每2路接入一個逆變器，共計4路，共接入4臺并網(wǎng)逆變器。實驗中使用的逆變器型號為DSAF-5514，設定逆變器最大直流輸入功率為2 200 W，最大直流輸入電壓為500 V，最大交流功率為5 000 W，最大輸入電流為20 A，蓄電池組容量為1 000 W。實驗時間為105天，調(diào)峰電池方陣產(chǎn)生的光生電流共15 264 A，由逆變器轉(zhuǎn)換后的有效電流為13 415 A。每隔15天對節(jié)約的電量進行記錄，將其作為檢驗2種方法有效性的實驗指標，具體如表2所示。

表2 電力系統(tǒng)調(diào)峰節(jié)能對比

從表2可以看出，設計方法在調(diào)峰方面優(yōu)于傳統(tǒng)方法，設計方法的調(diào)峰節(jié)能效果較好，更適用于電力系統(tǒng)調(diào)峰。通過調(diào)頻新能源滲入，利用調(diào)頻方陣吸收調(diào)峰輻射，再將其轉(zhuǎn)換為有效能源，供電力系統(tǒng)設備運行使用，從而有效減少對市電的使用，提高供電質(zhì)量和供電效率。

3 結(jié) 論

根據(jù)電力系統(tǒng)的調(diào)峰需求，將調(diào)頻新能源滲入到電力系統(tǒng)調(diào)峰中。設計方法具有較好的電力系統(tǒng)調(diào)峰效果，對調(diào)頻新能源在電力系統(tǒng)調(diào)峰中的廣泛應用具有重要意義。由于此次研究時間有限，提出的調(diào)峰方法并未在實際中進行大量應用，在某些方面可能存在一些不足之處，今后將繼續(xù)對其進行深層次探究，從而為電力系統(tǒng)調(diào)峰提供有力的理論支撐。