光伏并网发电系统中储能系统的运用探讨

光伏并网发电系统中储能系统的运用探讨

发表时间：2019-05-17T09:57:35.257Z 来源：《电力设备》2018年第33期作者：蒋思晋[导读] 摘要：将储能技术应用到光伏并网发电系统中，效果非常好，能够使光伏并网系统电能问题得到明显改善。

（广州电力设计院有限公司广东广州 510000）摘要：将储能技术应用到光伏并网发电系统中，效果非常好，能够使光伏并网系统电能问题得到明显改善。文章从太阳能资源分布和光伏发电并网运行两个方面，简要分析光伏电站发展形式，探讨储能技术价值，并对比各类储能技术，实现光伏并网发电系统构建和仿真，使光伏并网系统中电能质量、断电保护、电力调峰工作得到明显改善。

关键词：光伏电站；并网运行；储能系统；仿真分析传统能源短缺和气候环境恶化，为太阳能、风能等清洁可再生能源提供了应用空间。光伏发电与其它能源发电情况不同，相对比较清洁。尽管前期投资比较大，但运行成本低，极具市场优势。光伏发电速度比较快，已经实现了大范围并网应用，仍存在诸多技术桎梏。诸如，消化能力不足、并网发电系统功率波动大等，使弃光率增多。文章重点探讨光伏并网发电系统中储能系统的具体应用。

1.光伏电站发展形势

1.1太阳能资源分布

我国幅员辽阔，太阳能资源丰富。年日照数超过2000h的区域占2/3，且年辐射量在5000MJ/m2。具体而言，可参照相关内容，将我国太阳能资源划分为四类。其中，一类地区全年辐射量在6700-8370MJ/m2，诸如青藏高原、内蒙古、宁夏南部、西藏东南等地。四类地区全年辐射量在4200MJ/m2以下。现阶段，光伏并网发电系统中储能系统能否得到有效应用与地区太阳能资源情况有关。

1.2光伏发电并网运行情况

国家能源局统计资料显示，我国光伏发电市场发展速度非常快，仅2017年，新增装机容量、光伏电站、分布式光伏依次为5306万kW、3362万kW、1944万kW，同比增长率为11%。因西部地区太阳能资源丰富，故而，出现了很多光伏电站。但因区域工业落后，技术能力不足，以至于滋生了诸多并网漏洞及难以，以至于电能输送难度大，且存在各类弃光问题。为对这一问题进行有效改善和解决，近年，光伏发电站已由西部延伸至中、东部地区。虽说，在一定程度上减少了西部弃光率，但仍需要将工作重心转移至如何使电网光伏电力接纳能力得到明显提升[1]。储能技术发展速度快，成熟度高，具备相对比较好的动态响应特征，延长使用周期的同时，具备很强的可靠性，极具推广应用价值。

2.储能技术价值及对比

储能技术，顾名思义，储存电能。依托该技术进行能量储存，既可以用作应急电源，也可以在电网负荷过高或者过低时，分别输出能量和储存能量，减少或避免不必要的电网波动情况。该过程中，涉及到的能量形式比较多，诸如辐射、电力、高温、潜热、动力等。其根本作用在于通过能量转换，使其储存更加便利、经济。

2.1储能技术价值

其一，在光伏电站并网中应用储能技术，能够在相对比较短的时间内，快速收放、交换有功功率和无功功率，使电压波动减小，从根本上对电压骤降、电压电流畸变等各类问题进行有效规避，使光伏并网始终处于稳定运行状态，为用户提供优质电能服务。其二，在光伏电站并网中应用储能技术，安全性和经济性兼具。例如，西部地区存在“弃光限电”情况，储能技术的优势在于储存多与电能，倘若光伏电站发电量比限电阈值低，可借助储能逆变器向电网输送电力资源，使“弃光”问题得到彻底解决，有效控制光伏电站并网运行成本。尽管，储能技术已得到了普遍应用，但无论电力安全，还是电能质量，仍会受容量设计、运行特性等指标干扰[2]。例如，位于库布其沙漠腹地的达拉特光伏发电是内蒙古地区最大的集中连片光伏基地，500MW项目实现一次性全容量并网发电，每年减少二氧化碳排放量80万吨。

2.2各储能技术对比

在光伏并网发电系统中，机械、电磁、电化学等储能技术应用普遍。储能技术不同，其额定功率、持续时间等都存在差异。在我国，化学储能开发时间比较长，技术成熟度高，尽管已经得到了大范围应用，但是在大电流放电、大规模组合等方面仍存在技术桎梏。超级电容能够在相对比较短的时间内释放大功率，充放电过程和蓄电池存在差异，不会损坏器件，也具备环保效益。该背景下，单独使用和组合工作均可，因功率密度低，能量密度高，不能够在大容量储能系统中广泛应用。同步使用超级电容和各类储能技术，能够使储能系统性能得到明显提高。本研究将超级电容储能技术融入蓄电池，二者相互弥补，储能效果非常好。

3.光伏并网发电系统构建与仿真

光伏并网发电系统即太阳能组件产生直流电经并网逆变器后，转化为交流电，直接进入公共电网。该系统中有集中式大型并网电站，通常属国家级电站，具备诸多优势。其将所发电能输送给电网，后者接收之后，经调配向用户供电。除此之外，也有分散式小型并网发电系统，其并网发电中应用普遍。文章通过分析基于混合储能的光伏电站并网系统结构，在控制储能系统基础上，构建该系统，并进行仿真分析。

3.1基于混合储能的光伏电站并网系统结构

本次研究中，把蓄电池和超级电容储能技术融合起来，同步使用，以此为背景，对基于混合储能的光伏电站并网系统加以构建。该系统如图1所示。已知系统基础单元为光伏阵列，功能是把太阳能转化为光能；无论Boost升压电力，还是MPPT控制器，都能够以最大功率输出系统，为蓄电池充电；混合储能系统由蓄电池和超级电容构成，经Bi-DC/DC与直流母线并联，输出平滑系统功率，使电能质量得到明显提升；DC/AC并网逆变器的作用是转化直流电，使其以交流电形式存在，使光伏并网发电系统更加稳定[3]。

图1 基于混合储能的光伏电站并网系统结构图 3.2灵活控制储能系统

果。