儲(chǔ)能技術(shù)在光伏電站并網(wǎng)中的應(yīng)用

李志杰 朱超 平孫亮

摘要：從運(yùn)行穩(wěn)定性、風(fēng)電并網(wǎng)安全性以及能量轉(zhuǎn)換動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性等3個(gè)方面，系統(tǒng)概述風(fēng)電并網(wǎng)存在的主要問(wèn)題。簡(jiǎn)述儲(chǔ)能技術(shù)的基本知識(shí)。從提高風(fēng)電低壓穿透力、平抑功率波動(dòng)、參與系統(tǒng)頻率控制以及優(yōu)化風(fēng)電調(diào)度的4個(gè)方面，探討儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)電并網(wǎng)中的實(shí)踐和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電;儲(chǔ)能技術(shù);并網(wǎng)運(yùn)行

引言

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)有：光伏電池陣列，蓄電池組，逆變器和配電網(wǎng)等多個(gè)部分組成。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在一定程度上可以分為兩種，一種是可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，另一種是不可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)?？烧{(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)可以設(shè)置儲(chǔ)能裝置。除此之外，還有不間斷的電源以及能夠做到源濾波的功能，同時(shí)可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)還有益于電網(wǎng)調(diào)峰。不可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，在與主電網(wǎng)斷開(kāi)的情況下，系統(tǒng)自動(dòng)停止供電工作。這兩個(gè)系統(tǒng)最大的不同就是可調(diào)度式光伏發(fā)電系統(tǒng)可以持續(xù)不間斷供電工作，不會(huì)停止;而不可調(diào)度式光伏發(fā)電系統(tǒng)，在與主電網(wǎng)斷開(kāi)的情況下，可以自動(dòng)停止供電工作。

1風(fēng)電并網(wǎng)存在問(wèn)題分析

1.1運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題

風(fēng)電系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題是保障傳統(tǒng)電力系統(tǒng)正常高效運(yùn)行的一個(gè)非常重要基礎(chǔ)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行動(dòng)態(tài)過(guò)程中的出現(xiàn)弱穩(wěn)定性和弱抗擾性是給電力系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生重要威脅的2種不穩(wěn)定因素。小擾動(dòng)和大擾動(dòng)下系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行特性是傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中常見(jiàn)的技術(shù)性問(wèn)題。運(yùn)行穩(wěn)定性的保證是基于負(fù)載的動(dòng)態(tài)特性，通過(guò)動(dòng)態(tài)功率實(shí)時(shí)平衡完成，包括系統(tǒng)中的干擾。相關(guān)專(zhuān)業(yè)研究表明，在風(fēng)電并網(wǎng)安全性的運(yùn)行機(jī)制上，涵蓋各種自動(dòng)化設(shè)備安全性的太偶空以及安全系統(tǒng)防御性的動(dòng)態(tài)控制。風(fēng)電并網(wǎng)安全可靠的運(yùn)行通?；?點(diǎn)：①動(dòng)態(tài)有限源控制—主要用于對(duì)電力系統(tǒng)的相位和頻率波動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)抑制;②動(dòng)態(tài)無(wú)功功率控制—主要用于對(duì)電力系統(tǒng)中的電壓波動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)抑制。風(fēng)電的波動(dòng)性和不確定性以及弱穩(wěn)定性和弱免疫力是影響我國(guó)風(fēng)電長(zhǎng)途運(yùn)輸模式及系統(tǒng)穩(wěn)定性的常見(jiàn)因素。此外，在機(jī)電動(dòng)態(tài)時(shí)空尺度的干擾下，風(fēng)電并網(wǎng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的主要特征還包括弱穩(wěn)定性和弱免疫性等2個(gè)穩(wěn)定性特征。相比于同步發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特征機(jī)制，機(jī)電時(shí)標(biāo)的運(yùn)行穩(wěn)定性是其中一個(gè)問(wèn)題之外，在轉(zhuǎn)換器直流電壓的運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題上較短的時(shí)間尺度也是風(fēng)力發(fā)電機(jī)存在的運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題之一，需要引起重視。同時(shí)這也是大型風(fēng)電集中系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中存在的另一種重要穩(wěn)定性問(wèn)題之一。此外，雖然存在以上問(wèn)題，但對(duì)傳統(tǒng)發(fā)電它的影響很小，所以在此不再描述其相關(guān)特征。

1.2ECS動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性問(wèn)題

目前，大多數(shù)風(fēng)力渦輪機(jī)通過(guò)電力電子接口連接，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性與傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)完全不同。此外，風(fēng)力渦輪機(jī)的現(xiàn)有控制策略通常是在假設(shè)它們連接到強(qiáng)電網(wǎng)的情況下設(shè)計(jì)的，并且在長(zhǎng)距離大規(guī)模電網(wǎng)連接的情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間的連接相對(duì)較弱，這使得傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制和故障保護(hù)措施難以應(yīng)對(duì)。這必將影響風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)正常安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。風(fēng)電可控性和ECS動(dòng)態(tài)響應(yīng)是風(fēng)電一體化的主要問(wèn)題。風(fēng)電的可控性不足是電力供應(yīng)穩(wěn)定和充足的關(guān)鍵原因。有功和無(wú)功功率是風(fēng)力控制的主要方面。從傳統(tǒng)電網(wǎng)系統(tǒng)的角度來(lái)看，有功功率的控制是保證整個(gè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和輸出功率的主要因素。然而，由于風(fēng)力渦輪機(jī)的特殊機(jī)制，風(fēng)的不規(guī)則變化等，風(fēng)力的電力可控性差。目前，還存在許多亟待解決的問(wèn)題，例如由風(fēng)速的極端變化引起的有功功率的巨大波動(dòng)，這導(dǎo)致整個(gè)電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定性增加。導(dǎo)致電力振蕩以及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越。

2儲(chǔ)能技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1電力調(diào)峰

對(duì)電力峰值的功率的調(diào)整是為了能夠更加有效的應(yīng)對(duì)用電的高峰期，在用電的高峰期會(huì)出現(xiàn)功率負(fù)載過(guò)大的情況，可以根據(jù)高峰期負(fù)載的情況，使用儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，可以依靠實(shí)際需求的改變，將系統(tǒng)產(chǎn)生的能量?jī)?chǔ)存在儲(chǔ)能裝置中。當(dāng)負(fù)載達(dá)到高峰時(shí)，儲(chǔ)能裝置釋放儲(chǔ)存的能量，提供負(fù)荷供電的電力，對(duì)提高供電的整體運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性有很大的幫助。

2.2微電網(wǎng)

微電網(wǎng)是一種相對(duì)分散的獨(dú)立供配電能源系統(tǒng)，主要由負(fù)荷和多個(gè)微電源組成[2]。系統(tǒng)采用了大量的先進(jìn)電力技術(shù)以及能量管理控制技術(shù)，將汽柴油發(fā)電機(jī)或者風(fēng)電、光伏發(fā)電及儲(chǔ)能設(shè)備等裝置整合在一起，接入到用戶側(cè)。微電網(wǎng)可在秒級(jí)甚至毫秒級(jí)動(dòng)作，以提高負(fù)載供電的可靠性，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)削峰填谷、降低線路損耗、穩(wěn)定電網(wǎng)電壓起到重要作用，還可以提供不間斷電源滿足負(fù)載需求。在未來(lái)的供電系統(tǒng)中，微電網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)成為一個(gè)重要的發(fā)展方向，微電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)用，將會(huì)極大地提升當(dāng)前電網(wǎng)的工作效率以及其穩(wěn)定性與安全性，因?yàn)槲㈦娋W(wǎng)系統(tǒng)可以在微電網(wǎng)與發(fā)電系統(tǒng)分離的時(shí)候?qū)ω?fù)載進(jìn)行獨(dú)立的供電，所以其穩(wěn)定性會(huì)更高。

3儲(chǔ)能系統(tǒng)

3.1儲(chǔ)能技術(shù)

用于光伏并網(wǎng)發(fā)電的儲(chǔ)能裝置通常在惡劣的環(huán)境下運(yùn)行。此外，由于光伏發(fā)電輸出的不穩(wěn)定性，儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電和放電條件相對(duì)較差，有時(shí)需要頻繁的小周期充電和放電。根據(jù)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)以及儲(chǔ)能裝置的發(fā)展現(xiàn)狀，應(yīng)從以下幾個(gè)方面發(fā)展和改進(jìn)光伏并網(wǎng)發(fā)電儲(chǔ)能技術(shù)：一是提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量密度以及功率密度;二是對(duì)儲(chǔ)能裝置的儲(chǔ)能容量進(jìn)行提高，同時(shí)延長(zhǎng)儲(chǔ)能裝置的使用壽命;三是提高充放電的速度;四是確保在各種環(huán)境中能夠安全可靠地運(yùn)行;第五，降低儲(chǔ)能裝置的使用成本。

3.2控制技術(shù)

為了能夠提高儲(chǔ)能裝置的使用壽命，以及盡可能地提高儲(chǔ)能裝置的輸出功率，提升儲(chǔ)能裝置的工作效率，就需要對(duì)儲(chǔ)能裝置的充放電情況進(jìn)行詳細(xì)的分析，并以此來(lái)指定有針對(duì)性的儲(chǔ)能裝置充放電策略。例如，鉛蓄電池在充電是往往需要更長(zhǎng)的充電時(shí)間，所以在對(duì)鉛蓄電池在充電的時(shí)候盡可能選用較小的電流充電，防止其儲(chǔ)電能力的下降，縮短蓄電池壽命。光伏發(fā)電的直流電作為主要的儲(chǔ)能裝置的充電電源，其具有不穩(wěn)定性和波動(dòng)性，使得其充電不夠穩(wěn)定。所以，為了解決儲(chǔ)能裝置的充放電問(wèn)題，需要先進(jìn)的儲(chǔ)能裝置管理控制系統(tǒng)和來(lái)保證在不破壞儲(chǔ)能裝置的使用壽命的充放電策略，除此之外，不能使用工業(yè)上的高頻交流電來(lái)對(duì)常見(jiàn)的儲(chǔ)能裝置例如飛輪儲(chǔ)能以及電池等儲(chǔ)能裝置進(jìn)行充電，所以在對(duì)這些儲(chǔ)能裝置進(jìn)行充電的時(shí)候需要功率轉(zhuǎn)換器來(lái)進(jìn)行。

3.3綜合分析工具與系統(tǒng)建模

只有對(duì)用電區(qū)域做全方位的，綜合各種實(shí)際條件的分析，其中包括對(duì)系統(tǒng)的可靠性，經(jīng)濟(jì)情況以及其運(yùn)營(yíng)情況進(jìn)行分析，才能夠開(kāi)發(fā)出最合適以及最好的光伏儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)?，F(xiàn)階段，我國(guó)的儲(chǔ)能系統(tǒng)在光伏并網(wǎng)的系統(tǒng)中的應(yīng)用還不是很成熟，應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)有的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定分析光伏能源儲(chǔ)存系統(tǒng)的使用周期以及使用成本的方法，以此來(lái)衡量光伏能源儲(chǔ)存系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。所以，為了提供光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的更加準(zhǔn)確的運(yùn)行數(shù)據(jù)以及運(yùn)行的數(shù)據(jù)，需要光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)人員在設(shè)計(jì)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)之初就用仿真以及建模的方法來(lái)綜合的分析光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行情況。同時(shí)也要求使用能夠盡量模擬真實(shí)的光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行情況的分析軟件來(lái)進(jìn)行分析。

結(jié)語(yǔ)

本文分析了在發(fā)電網(wǎng)中接入光伏發(fā)電而帶來(lái)的一系列的影響，并且對(duì)各種有效的儲(chǔ)能方式的應(yīng)用進(jìn)行了探討與總結(jié)。同時(shí)，還對(duì)儲(chǔ)能方式在光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用而帶來(lái)的影響，除此之外本文還對(duì)新能源的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)的進(jìn)行了探討，以其對(duì)日后的工作產(chǎn)生一定的參考作用。由于電網(wǎng)受環(huán)境的影響較大，輸出具有不穩(wěn)定性的特點(diǎn)。光伏發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)的電壓波動(dòng)、電能質(zhì)量和繼電保護(hù)裝置都有不可避免的影響。

參考文獻(xiàn)

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