光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中儲能技術(shù)的應(yīng)用研究

王賀

摘 要：隨著光伏發(fā)電在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的比例逐漸增加，其出力具有波動性和隨機性的特點給電網(wǎng)穩(wěn)定性帶來的問題也越來越突出。文章在對光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理，以及集中式和分布式兩種不同的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)缺點進行介紹之后，分析光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的應(yīng)用，并重點研究儲能技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用的作用，以供參考。

關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) 儲能技術(shù) 集中式 分布式

1引言

在我國經(jīng)濟快速發(fā)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(huán)境惡化問題的不斷加劇，我國也加大了開發(fā)和利用清潔型可再生能源的力度。其中光伏發(fā)電機組的建設(shè)規(guī)模在不斷擴大，裝機容量也在不斷增加，其并網(wǎng)發(fā)電為緩解目前電力系統(tǒng)的電能供應(yīng)壓力和我國電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整有著重要作用。而由于太陽能此種類型的一次能源無法進行儲存，所以只能將其轉(zhuǎn)換為電能進行儲存來滿足電網(wǎng)用電負荷高峰時的使用，而且光伏發(fā)電的輸出功率容易受到環(huán)境條件中光照強度以及溫度等因素變化的影響，在并網(wǎng)發(fā)電時容易對電網(wǎng)產(chǎn)生較大的沖擊影響，因此需要采用適當?shù)膬δ芗夹g(shù)對其進行控制以及對并網(wǎng)發(fā)電時對電網(wǎng)的沖擊進行減弱，在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中占有重要地位。

2光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)

2.1光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和原理

目前我國的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)趨于成熟，其基本結(jié)構(gòu)（如圖2.1所示）組成主要有光伏電池陣列、功率追蹤器、蓄電池組、逆變器、交流負載、交流電網(wǎng)等部分。對于其基本結(jié)構(gòu)中的逆變器來說，其主要作用就是將光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)進行連接。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要有兩種類型，其中可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)具有可以對電能進行儲存的容器，即蓄電池，所以在此系統(tǒng)的并網(wǎng)發(fā)電過程中，可以利用其逆變器中的負載開關(guān)和主開關(guān)來實現(xiàn)不間斷供電。而另一種則是不可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，其不含有蓄電池，所以只是利用逆變器將光伏電池板轉(zhuǎn)換而成的電能直接轉(zhuǎn)換為交流電與電網(wǎng)連接，所以如果此系統(tǒng)中出現(xiàn)斷電現(xiàn)象也會導致其供電工作的終止。在此系統(tǒng)中比較重要的結(jié)構(gòu)就是逆變器，而且在目前相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用下，使得目前光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)原來越簡單化、從而也降低了結(jié)構(gòu)的整體體積，減少了生產(chǎn)運行的成本。直流電壓的輸入范圍也在逐漸增大，并且逐漸開始大量應(yīng)用軟開關(guān)技術(shù)，以及多點平逆變器。而逆變器也逐漸向三相并網(wǎng)逆變器方向發(fā)展。

2.2集中式并網(wǎng)系統(tǒng)

集中式并網(wǎng)光伏系統(tǒng)通常為國家級的大型發(fā)電站，主要建立在遠離城市人口密集地區(qū)，且光照充足的荒漠等地區(qū)，可以實現(xiàn)大型光伏電站的大面積建設(shè)以及對太陽能的集中利用，通過統(tǒng)一的發(fā)電系統(tǒng)將光能轉(zhuǎn)換為電能并直接接入電網(wǎng)中，并由電網(wǎng)中的電站接入高壓輸電系統(tǒng)然后向各個電力用戶進行調(diào)配。在進行集中式并網(wǎng)光伏電站的建設(shè)時，需要考慮太陽能資源的充足和穩(wěn)定性，而且需要足夠大的面積，所以通常首選在光照充足的荒漠地區(qū)。此種方式在選址時比較靈活，而且具有較大和較為穩(wěn)定的發(fā)電量；不需要進行較多裝備和設(shè)施的連接就是可以是對無功和電壓的監(jiān)控以及對電網(wǎng)頻率的調(diào)節(jié)；此系統(tǒng)的建設(shè)周期較短且運行成本較低，便于進行集中管理。但是由于其通常建設(shè)與較為偏僻的地區(qū)，所以并網(wǎng)時需要較長距離的輸電線路，這就增加了無功補償、線路損壞以及電壓跌落等問題。

2.3分布式并網(wǎng)系統(tǒng)

分布式并網(wǎng)系統(tǒng)就是分散在電力用戶的附近，甚至可以安裝在電力用戶的屋頂來進行發(fā)電和供電，并且將剩余的電能統(tǒng)一并入公共電網(wǎng)中。此種方式的規(guī)模通常較小所以投資較少，建設(shè)也比較容易，占地面積也較小，能夠直接解決電力用戶的具體電能需求。由于其分散在電力用戶周圍，確保電力用戶實現(xiàn)了自給自足，這樣就減輕了公共電網(wǎng)的壓力和負擔，以及對線路的損害程度，也減少了長距離輸電線路進行電能輸送時的電能損耗。其可以在獨立運行和并網(wǎng)運行兩種模式中進行靈活切換，而且可以將光伏板作為建筑材料來節(jié)省建筑材料。但是此種發(fā)電方式具有隨機性的特點，會使得并網(wǎng)運行中配電網(wǎng)中的潮流方向發(fā)生變化而出現(xiàn)逆流問題，這就會增加電網(wǎng)的額外損耗，同時還需要不斷地進行變壓器分接頭的更換。此外，其并網(wǎng)發(fā)電過程中的電壓和無功調(diào)節(jié)難度較大，并且會增加電力短路故障的概率。

3光伏發(fā)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響分析

光伏發(fā)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是由于太陽光照強度具有不穩(wěn)定性和隨機性，不僅會造成光伏系統(tǒng)出力的不可控波動，而且在接入電網(wǎng)之后會對系統(tǒng)潮流造成改變，并導致配網(wǎng)節(jié)點電壓的隨之變化，所以會導致不同程度的電壓偏差和波動的產(chǎn)生。尤其是在目前光伏發(fā)電規(guī)模不斷擴大的形勢下，增加了電壓調(diào)節(jié)的難度，也減少了調(diào)壓裝置的使用壽命。二是在光伏電源并網(wǎng)以后，配電網(wǎng)由原來的單電源轉(zhuǎn)變?yōu)槎嚯娫吹哪Ｊ剑瑫r也對故障電流的分布、大小和方向造成改變，同時也會對保護裝置產(chǎn)生一定的影響。三是光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中隨著太陽光照強度的變化其并網(wǎng)逆變器也需要隨之進行頻繁的開斷，這就會使得在此開關(guān)頻率附件產(chǎn)生大量的諧波分量，這就是諧波污染，而且對于光伏發(fā)電系統(tǒng)中具有較多的逆變器來說，還會使得諧波污染由于逆變器諧波源的疊加而逐漸增大，甚至會產(chǎn)生諧振并影響電能質(zhì)量。四是光伏發(fā)電系統(tǒng)容易受到天氣變化的影響，所以對其輸出的可調(diào)度性有著較大的限制，如果某個地區(qū)中的電網(wǎng)中，光伏電源所占的比例較高，就需要對電力調(diào)度的穩(wěn)定性和可靠性進行充分考慮。而且其用電價格與常規(guī)電源也會有所不同，這就需要在確保電能供應(yīng)質(zhì)量與供電可靠性的基礎(chǔ)上，從經(jīng)濟性角度進行電力調(diào)度。

4光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中儲能技術(shù)的應(yīng)用

4.1在電力調(diào)峰上的作用

在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用儲能技術(shù)，就是可以在電網(wǎng)用電負荷低峰時把系統(tǒng)所發(fā)出的電能進行儲存，然后在電網(wǎng)負荷高峰時將所儲存的電能提供給電網(wǎng)中供電力用戶使用，這樣就可以做到根據(jù)電網(wǎng)實際運行情況來對用電高峰時段的供電壓力進行緩解，減少用電高峰時段大功率負荷的集中需求，進而可以提升供電的可靠性和整體系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

4.2在微電網(wǎng)中的應(yīng)用

微電網(wǎng)并網(wǎng)是目前電網(wǎng)的主要發(fā)展趨勢之一，可以大大提升目前電網(wǎng)運行的可靠性和穩(wěn)定性，但是如果發(fā)生未來的輸配電系統(tǒng)與微電網(wǎng)發(fā)生分離時，就會導致微電網(wǎng)處于孤島運行的模式，此時微電網(wǎng)中的電源就需要對此電網(wǎng)中的用電負荷進行單獨承擔，這就大大增加了微電網(wǎng)電源的壓力。而如果采用光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其中的儲能技術(shù)就可以在此情況下發(fā)揮其供電作用，因此由光伏電源所構(gòu)成的微電網(wǎng)，則會大大提升其運行的穩(wěn)定性和安全性。

4.3在電網(wǎng)電能質(zhì)量控制上的應(yīng)用

在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用儲能技術(shù)可以實現(xiàn)對相角調(diào)整、有源濾波以及電壓的有效控制，對逆變控制措施進行有效利用來對光伏電源的供電特性進行改善來提高供電的穩(wěn)定性。這主要是由于在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，儲能技術(shù)中具有斷電保護的功能，如果電網(wǎng)中出現(xiàn)故障而無法實現(xiàn)對電力用戶的電能供應(yīng)時，就會采用光伏系統(tǒng)利用其儲能技術(shù)對其進行供電。而且由于正常的電網(wǎng)中發(fā)生故障或者電力用戶出現(xiàn)安全隱患時，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)也會進行自動斷電，但是在此過程中也可以利用儲能技術(shù)進行電能儲存，在其發(fā)揮電荷轉(zhuǎn)移的主要作用時，是在光伏并網(wǎng)用戶使用分時計費市電作為基礎(chǔ)的。通過儲能技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)在用電低谷使其進行電能儲存，而在用電高峰時間進行電能釋放來供電，并且可以對用電負荷高峰時期高功率負荷交替運行所帶來的影響進行規(guī)避，并減少負荷相應(yīng)策略所帶來的不利影響，從而實現(xiàn)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的有效控制。

5結(jié)語

集中式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)來說，其容易受到環(huán)境以及天氣因素的影響，使得其處理具有波動性和隨機性的特點，使得光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的電壓調(diào)整、電能質(zhì)量和保護裝置都受到一定的影響。因此，針對以上問題，在目前的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，儲能技術(shù)主要起到調(diào)峰調(diào)谷、微電網(wǎng)控制以及對電能質(zhì)量進行控制等重要作用，并且能夠提供斷電保護來確保電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。

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