獨立光伏系統(tǒng)光儲容量優(yōu)化配置方法

身份證號碼：64038119880106091X 江蘇南京 210000

摘要：獨立光伏系統(tǒng)光儲容量對光伏系統(tǒng)的供電能力具有重要影響，光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行過程中，會產(chǎn)生光儲容量的變化，當前光儲容量配置方法大多考慮并網(wǎng)風電場及微網(wǎng)系統(tǒng)，忽視了離網(wǎng)型微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)的光儲容量配置，而離網(wǎng)型微網(wǎng)光儲容量配置與負荷缺電率相關，能源利用率較低。本文根據(jù)負荷缺電率及能量溢出比作為衡量光伏系光儲容量配置的標準，分析分別采用閥控鉛酸電池、鋰離子電池以及全釩液流電池對光伏系統(tǒng)光儲容量進行配置的效果。

關鍵詞：獨立光伏系統(tǒng)；光儲容量；優(yōu)化配置

隨著全球經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人類面臨著能源日益枯竭的危機，且隨著全球環(huán)境污染不斷擴大，尋找新型清潔的替代能源成為迫切之舉。光伏發(fā)電系統(tǒng)以其產(chǎn)量值高、電能質(zhì)量好、可再生的優(yōu)勢，逐漸取得人們的青睞，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應用。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)易受太陽輻射及周圍環(huán)境溫度的影響，使得光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電能力具有不穩(wěn)定性，因此需要構(gòu)建儲能系統(tǒng)。當前儲能系統(tǒng)大多采用并網(wǎng)風電場、微網(wǎng)系統(tǒng)及離網(wǎng)型微電網(wǎng)，其中針對離網(wǎng)型微網(wǎng)儲能系統(tǒng)通?？紤]符合缺點率的問題，導致能源利用率低下，下面提出獨立光伏系統(tǒng)光儲容量優(yōu)化配置的方法。

一、獨立光伏系統(tǒng)組成部分

光伏系統(tǒng)主要由光伏組件、電池儲能系統(tǒng)以及本地負荷組成，見圖1。C0為單向DC-DC轉(zhuǎn)換器，其作用為使光伏發(fā)電單元壓力值增大，并對光伏最大功率進行監(jiān)測；C1是單向DC-AC逆變器，其作用在于把光伏系統(tǒng)電流性質(zhì)由直流轉(zhuǎn)換為交流，以符合配電網(wǎng)的使用要求；C2是雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器，作用為對儲能系統(tǒng)的電流輸入及輸出進行有效控制，同時向光伏系統(tǒng)主干線路進行電流增壓，保證光伏系統(tǒng)直流電的正常運行。光伏系統(tǒng)運行過程中，發(fā)電系統(tǒng)及儲能系統(tǒng)使直電流通過對應的DC-DC轉(zhuǎn)換器傳遞至系統(tǒng)母線進行匯流，使用DC-AC逆變器實現(xiàn)符合供電。

圖1 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖

二、光伏發(fā)電系統(tǒng)光儲容量配置

（一）光儲容量配置

在光伏發(fā)電系統(tǒng)獨立運行模式中，光伏系統(tǒng)光儲容量配置作用在于維持儲能系統(tǒng)的能量平衡，提高光伏組件的能源有效利用率。由于光伏系統(tǒng)負荷缺電率、能量溢出比與光伏系統(tǒng)儲能系統(tǒng)具有密不可分的聯(lián)系，因此需要合理配置光伏系統(tǒng)光儲容量配置，達到提升光伏系統(tǒng)供電穩(wěn)定性及經(jīng)濟效益的目的。下面介紹光儲容量的功率及能量配置辦法。

（二）電池儲能功率

在一定時間段內(nèi)，假設某一時間點t的系統(tǒng)功率不平衡值是△P，那么

公式中的△P（t）值具有不確定性，受到光伏單元出力特點及負荷需求的影響，若△P（t）值大于0，說明光伏儲能單位需要輸出電流，反之，若其小于0，說明需要對光伏儲能單元輸入電流。

（三）電池儲能容量

光伏系統(tǒng)發(fā)電單元及儲能單元需要保證能量的均衡，當光伏組件輸出功率低于本地負荷功率，儲能單元需要釋放電能，以補充光伏系統(tǒng)的電能，保證系統(tǒng)儲能單元能源平衡。反之，若光伏組件輸出功率大于本地負荷功率，則需對儲能單元實施輸入電流處理。設置某一時間點t的負荷電流值為S0C（t），那么

公式中是這一時間點的儲能單元電流值；是△t這一時間段光伏儲能單元電流輸出及輸入的電流總量；是光伏儲能單元的限定容量值。

三、光伏發(fā)電系統(tǒng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)具例分析

本文以某光伏發(fā)電系統(tǒng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)作為研究對象，該光伏系統(tǒng)由光伏發(fā)電、儲電單元及本地負荷組成，見圖1。圖1中轉(zhuǎn)換器效率。本文以一年365天作為研究時間段，每隔15min進行取樣調(diào)查。在研究時間段中，光伏系統(tǒng)光儲容量值為50kW，本地負荷高峰值為20kW。光伏發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的日出力值曲線圖及日負荷值曲線圖見圖2。

圖2 該光伏系統(tǒng)日出力值及負荷值曲線示意圖

在本次研究中，采用閥控鉛酸電池、鋰離子電池以及全釩液流電池作為光伏發(fā)電系統(tǒng)電池儲能系統(tǒng)，這三種電池各項參數(shù)值如表1所示牟其中CPCS是電池儲能單元能量轉(zhuǎn)換時的單位功率成本價，CP是電池儲能單元的單位功率成本價（全釩液流電池則為電堆成本價），CE是電池儲能單元單位容量的成本價（全釩液流電池則為電解液成本價）。

表1 三種類型儲能電池的特性參數(shù)表

參數(shù)類型閥控鉛酸電池鋰離子電池全釩液流電池

SOS范圍值0.3-0.70.2-0.80.1-0.9

充放電效率/%809075

CPCS/（元/kW）200020002000

CP/（元/kW）003000

CE/（元/kW·h）60030001000

由于閥控鉛酸電池、鋰離子電池以及全釩液流電池在SOS、電流輸入及輸出的工作效率上存在較大差異，因此對上述三種電池進行對比，設置L1值為1kW，L2值為5kW·h，對比計算結(jié)果分別見圖3、4、5。

圖3 閥控鉛酸電池儲能容量配置變化示意圖

圖4 鋰離子電池儲能容量配置變化示意圖

圖5 全釩液流電池儲能容量配置變化示意圖