儲能技術(shù)在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用探究

魏紅波

摘要：通過分析光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及儲能系統(tǒng)容量配置，探究儲能技術(shù)對于光伏并網(wǎng)的作用，并針對不同儲能技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進行比較研究，總結(jié)光伏發(fā)電系統(tǒng)中儲能管理的結(jié)構(gòu)以及儲能技術(shù)在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用。根據(jù)本次研究的結(jié)果顯示，儲能技術(shù)能夠保持光伏并網(wǎng)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，對于電力系統(tǒng)的運行具有重要的作用及意義。

關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng);儲能技術(shù);容量配置;管理結(jié)構(gòu);技術(shù)應(yīng)用

1 光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)

1.1 光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式

光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)主要是由光伏陣列、儲能系統(tǒng)、負荷單元以及相變轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的主要作用是保持電網(wǎng)電壓與正弦交流電保持相同的頻率;光伏陣列作為光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)模組，能夠通過太陽能接收面板將光能轉(zhuǎn)化為電能，光伏陣列是由單體光伏電池所組成，具有一定的非線性特征，其輸出功率通常與環(huán)境溫度、太陽照射情況以及系統(tǒng)的負責(zé)等因素具有聯(lián)系;DC-DC（C1）可以實現(xiàn)光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中具有保持光伏陣列最大功率點跟蹤（MPPT）的作用;DC-DC（C2）為雙向變換器，用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的電能，平衡儲能系統(tǒng)的電力輸出;DC-AC（C3）逆變器是連接電網(wǎng)與光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝置，其與并網(wǎng)變壓器均具有調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓為使用交流電的作用[1]。光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 儲能系統(tǒng)容量配置

容量配置主要針對系統(tǒng)能量流進行管理。進行光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中的儲能系統(tǒng)配置主要是在一定負荷狀態(tài)下，達到更好地平衡并網(wǎng)系統(tǒng)中供需平衡的目的。

某時段內(nèi)光伏發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)化的能量W計算為：

（1）

式中，P（t）—表示系統(tǒng)在時段內(nèi)動態(tài)數(shù)列下的輸出功率。

在本次研究中，儲能系統(tǒng)容量的配置實質(zhì)是系統(tǒng)中儲能單元的能量管理，系統(tǒng)在某段時間內(nèi)的儲能單元能量Estore（t）可以表示為：

（2）

式中，Pload（t）—表示為系統(tǒng)中負荷的需求功率;Pgen（t）—表示光伏發(fā)電功率。

當(dāng)Pload（t）>Pgen（t）時，DC-DC（C2）則會釋放出儲能單元中的能量以實現(xiàn)系統(tǒng)負荷的平衡。而Pload（t）

（3）

式中，ηDC/AC—表示DC-AC（C3）的運行效率;ηDC/DC—表示DC-DC（C2）的運行效率。

為了更加直觀地明確儲能單元容量配置情況將采用負荷缺電率（LPSP）作為配置的標準。單位時間內(nèi)負荷能量欠缺表示為：

（4）

2 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的儲能技術(shù)

隨著我國逐漸加強節(jié)能減排的管理，儲能技術(shù)成為了電力行業(yè)的主要應(yīng)用技術(shù)，為電力的輸送、分配等提供了新的發(fā)展方向。依據(jù)電能轉(zhuǎn)化形態(tài)的不同可以將儲能技術(shù)分為化學(xué)類、機械類以及電磁類三種類型。其中化學(xué)類儲能是指電池儲能，而電池主要包括鉛酸類、鋰離子類、全釩液流類以及鈉硫類[3];機械儲能是利用電能與勢能能得轉(zhuǎn)化，包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能以及飛輪儲能[4];電磁儲能得形式主要有超級電容儲能、超導(dǎo)儲能。不同類型儲能技術(shù)對比如表1所示。

3 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的儲能管理

3.1 儲能管理結(jié)構(gòu)

儲能管理結(jié)構(gòu)主要是用于實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)中負荷的平衡，以實現(xiàn)系統(tǒng)對于不同模式的運行需求。儲能管理可以實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)或獨立運作的切換，增加光伏發(fā)電系統(tǒng)運行的靈活性、實用性，在需要時可控制儲能單元的快速的充能或能量的釋放。因此，儲能管理結(jié)構(gòu)實質(zhì)就是對于儲能單元的控制管理。

3.2 儲能技術(shù)在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.2 .1儲能技術(shù)在光伏電站層面的應(yīng)用

在電網(wǎng)的負荷高峰階段，通過儲能技術(shù)可以使電網(wǎng)能夠選擇、控制較高功率的負荷，并使之進行相互的協(xié)同工作，以滿足電網(wǎng)高峰用電的負荷需求;在儲能系統(tǒng)應(yīng)用于單獨的用戶時還可以為電網(wǎng)與儲能電站預(yù)留至少一條負荷控制通信線路，以降低負荷響應(yīng)政策對電網(wǎng)中高功率設(shè)備產(chǎn)生的影響。當(dāng)電網(wǎng)處于負荷低谷期時，儲能單元將會依據(jù)當(dāng)前的電能負荷情況儲存多余的電能，當(dāng)電網(wǎng)處于負荷高峰期時便會將儲存的電能進行釋放，以穩(wěn)定電網(wǎng)的有效運行;通過儲能技術(shù)應(yīng)用于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，可有效地降低高功率負荷交替運行而發(fā)生的意外事件，更好地滿足電網(wǎng)負荷高峰期的用電需求，避免用戶造成損失。由于儲能技術(shù)能夠儲存電能，因此，其還具有電網(wǎng)斷電保護的作用，當(dāng)電網(wǎng)停止或無法進行供電時，儲能單元可直接為系統(tǒng)輸送電能;若電網(wǎng)中出現(xiàn)重大的故障或具有一定的安全隱患時系統(tǒng)將會觸發(fā)斷電保護，此時儲存單元將會繼續(xù)工作，將電網(wǎng)中無法利用的電能進行儲存，以此實現(xiàn)在市電無法工作的情況下為用戶提供電能。

4 結(jié)論

儲能技術(shù)在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用為電網(wǎng)發(fā)生不良事件時的應(yīng)急方案提供了新的思路及方向，而且儲能技術(shù)的應(yīng)用不單單是側(cè)重于電網(wǎng)側(cè)，對于用戶而言同樣具有重要的意義。同時，隨著光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的不斷更新迭代，也為儲能技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展提供了有效的平臺以及技術(shù)支持。因此，儲能技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用將成為今后的一個重要研究方向

參考文獻：

[1] I. Hamdan，Amira Maghraby，Omar Noureldeen. Stability improvement and control of grid-connected photovoltaic system during faults using supercapacitor[J]. SN Applied Sciences， 2019，1（12）.

[2] 朱慧敏，等. 光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)隨機優(yōu)化調(diào)度方法研究[J]. 機電信息， 2020（12）：31-33.

[3] 劉柏辰. 面向高可用能量容量的全釩液流電池結(jié)構(gòu)設(shè)計及運行策略優(yōu)化研究[D]. 浙江大學(xué)， 2020.