儲(chǔ)能支撐光伏參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的優(yōu)化控制策略研究

程偉

摘要：隨著我國(guó)能源體制改革的深入，光伏產(chǎn)業(yè)成為我國(guó)少有的具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，并且光伏產(chǎn)業(yè)能夠?yàn)槲覈?guó)環(huán)保事業(yè)作出巨大貢獻(xiàn)，光伏事業(yè)的發(fā)展離不開智能產(chǎn)業(yè)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等新興信息技術(shù)的堅(jiān)強(qiáng)支撐。并且我國(guó)能源結(jié)構(gòu)也在不斷的調(diào)整，風(fēng)電以及光伏發(fā)電等新能源裝機(jī)的比例持續(xù)提高，為解決區(qū)域電力能源不足發(fā)揮了重要作用。但是由于新興能源發(fā)電設(shè)備一次調(diào)頻的能力以及不具有響應(yīng)系統(tǒng)頻率變化關(guān)系的問題，新興能源電力系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)能力成為了弊端，而儲(chǔ)能為了優(yōu)化光伏參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的重要措施，本篇將對(duì)儲(chǔ)能支撐光伏參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的優(yōu)化控制措施作深入研究，為新能源在電力資源的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能支撐;光伏;參與電網(wǎng);一次調(diào)頻;優(yōu)化控制策略;

一、儲(chǔ)能及一次調(diào)頻的相關(guān)概述

1.1儲(chǔ)能主要內(nèi)容的介紹

儲(chǔ)能系統(tǒng)就是通過一定的設(shè)備或者介質(zhì)將能量?jī)?chǔ)存起來，在需要的時(shí)候在將能量釋放。儲(chǔ)能主要是提高新能源利用率的先進(jìn)技術(shù)，這也是全球關(guān)注的熱點(diǎn)問題，中國(guó)作為能源生產(chǎn)和需求大國(guó)，將會(huì)利用儲(chǔ)能達(dá)到節(jié)能減排且能源支撐經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的目標(biāo)。儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的價(jià)值正在逐步的提高，儲(chǔ)能已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的三種支撐作用，包括頻率支撐、電壓支撐以及弱電網(wǎng)支撐。其中一次調(diào)頻、虛擬阻尼以及虛擬慣量等都是新能源場(chǎng)電站在并網(wǎng)的過程中實(shí)現(xiàn)的維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的主要功能，儲(chǔ)能足夠支撐電網(wǎng)安全且穩(wěn)定的運(yùn)行，充分考慮儲(chǔ)能電池電荷狀態(tài)以及調(diào)節(jié)死區(qū)的影響，減弱調(diào)頻過程的抖動(dòng)性。但是電網(wǎng)對(duì)于儲(chǔ)能的配套也有嚴(yán)格的要求，不同電網(wǎng)故障的過程中儲(chǔ)能也必須具備穩(wěn)定頻率的。儲(chǔ)能方法分別有電池儲(chǔ)能、電感器儲(chǔ)能、電容器儲(chǔ)能等。

1.2光伏參與電網(wǎng)的內(nèi)容介紹

光伏作為市場(chǎng)的主體之一參與到電網(wǎng)中不僅推動(dòng)新能源領(lǐng)域的快速進(jìn)步，還能夠優(yōu)化能源市場(chǎng)的資源配置。光伏參與電網(wǎng)有三個(gè)亟待解決的問題，首先是光伏參與電網(wǎng)的安全性，光伏參與電網(wǎng)的電壓、頻率以及此同步方面都與傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)接入電網(wǎng)不同，無論是應(yīng)用變流器還是逆變器都有不同的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，不僅影響了電網(wǎng)的穩(wěn)定性，還增加了電網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)性。其次，電網(wǎng)頻率以及電壓的穩(wěn)定性也受到光伏接入電網(wǎng)的影響。

二、儲(chǔ)能支撐光伏參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的優(yōu)化控制策略

2.1光伏參與電網(wǎng)的一次調(diào)頻策略

光伏參與電網(wǎng)所采用的是跟隨出力的方式以及監(jiān)測(cè)頻率偏差變化的調(diào)節(jié)減載調(diào)頻策略。光伏發(fā)電參與電網(wǎng)一次調(diào)頻策略主要通過控制系統(tǒng)、并網(wǎng)逆變器以及光伏陣列等實(shí)現(xiàn)，我們會(huì)對(duì)其輸入的電壓和電流進(jìn)行功率變化的監(jiān)測(cè)，進(jìn)而得到逆變器的功率因數(shù)狀態(tài)。在控制參考值的過程中對(duì)逆變器的并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這就是跟隨處理的方式。而光伏可變減載調(diào)頻策略需要光伏系統(tǒng)參與調(diào)頻的兩個(gè)條件，其一是光伏系統(tǒng)具有一定的備用容量，而光伏系統(tǒng)也需要其負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)能夠響應(yīng)系統(tǒng)的頻率而增減有功出力，這就是光伏參與電網(wǎng)的另一個(gè)控制策略。

2.2電池儲(chǔ)能參與電網(wǎng)的一次調(diào)頻策略

電池儲(chǔ)能是儲(chǔ)能的方式之一，電池儲(chǔ)能參與電網(wǎng)的一次調(diào)頻策略首先需要儲(chǔ)能電池組以及儲(chǔ)能的控制系統(tǒng)，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)特定的控制特性。在電池儲(chǔ)能的自適應(yīng)下垂控制策略是同步和模擬發(fā)電機(jī)的一次調(diào)頻的策略，其具有頻率下垂特征。在這個(gè)策略中需要不同于傳統(tǒng)的固定的下垂系數(shù)，而需要結(jié)合電池儲(chǔ)能的負(fù)荷狀況對(duì)下垂系數(shù)作動(dòng)態(tài)的調(diào)整，這樣一來不僅能夠減少對(duì)電池壽命的損傷，還能夠減少對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的干擾影響，儲(chǔ)能系統(tǒng)的接入對(duì)于光伏電站產(chǎn)生的影響還能有明顯的抑制效果，進(jìn)而通過電池的限度值以及不同電池的特性得出電池儲(chǔ)能參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的方式。還有電池儲(chǔ)能參與一次調(diào)頻的自適應(yīng)策略，這個(gè)策略需要綜合分析電池儲(chǔ)能的調(diào)頻效果以及荷電的狀態(tài)，并且結(jié)合動(dòng)態(tài)調(diào)整下垂系數(shù)以及慣性控制的特征，提出自適應(yīng)的一次調(diào)頻策略。

2.3儲(chǔ)能支撐光伏參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的優(yōu)化策略

光儲(chǔ)系統(tǒng)包含光伏發(fā)電系統(tǒng)、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、交流直流功率變換設(shè)備PCS、以及能量管理控制系統(tǒng)EMS四大子系統(tǒng)組成。光伏發(fā)電子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)太陽光照到三相交流電能的發(fā)電能量轉(zhuǎn)換功能，包括光伏板光電轉(zhuǎn)換組件和光伏逆變器兩大部件。

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)基于電化學(xué)原理通過電池實(shí)現(xiàn)電能的存儲(chǔ)與釋放，包括電池和電池管理系統(tǒng)BMS（Battery Management System，簡(jiǎn)記BMS）兩大部件。

交流直流功率變換設(shè)備PCS主要實(shí)現(xiàn)交流母線三相交流電功率到儲(chǔ)能電池直流功率的交直流雙向轉(zhuǎn)換，同時(shí)負(fù)責(zé)光儲(chǔ)系統(tǒng)與電網(wǎng)之間的并離網(wǎng)切換功能，主要由DC/AC雙向變換器和靜態(tài)切換開關(guān)STS兩大部件組成。

能量管理控制系統(tǒng)EMS主要實(shí)現(xiàn)光伏、儲(chǔ)能、電網(wǎng)及用戶負(fù)載四個(gè)位置的能量及功率協(xié)調(diào)管理控制功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)收集各子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息數(shù)據(jù)、通過保護(hù)功能控制各子系統(tǒng)運(yùn)行在安全范圍內(nèi);EMS控制器主要由通信管理機(jī)、能量管理控制計(jì)算機(jī)以及EMS能量管理軟件三部分組成。

能源管理主控制單元MPU負(fù)責(zé)采集和收集系統(tǒng)運(yùn)行信息，包括用戶的負(fù)荷需求、發(fā)電側(cè)電能質(zhì)量參數(shù)、電網(wǎng)需求、用戶管理需求、阻塞級(jí)別等，通過自適應(yīng)的人工智能或用戶人工干預(yù)來管理和優(yōu)化微電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行效益，也包括實(shí)現(xiàn)各分布電源之間的協(xié)調(diào)控制、系統(tǒng)并網(wǎng)/離網(wǎng)模式平滑切換相關(guān)控制。微電網(wǎng)的能源管理系統(tǒng)作為專家決策系統(tǒng)，基于軟件和微處理器來實(shí)現(xiàn)，將各個(gè)分布式微源、大電網(wǎng)（智能電網(wǎng)）的數(shù)據(jù)接入，并根據(jù)調(diào)度命令或能量控制協(xié)調(diào)優(yōu)化策略決定微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制。

大型的儲(chǔ)能裝置具有穩(wěn)定的性能，因此光伏電站能夠利用儲(chǔ)能裝置實(shí)現(xiàn)平滑出力的目標(biāo)，主要是依據(jù)儲(chǔ)能裝置能夠快速充電和放電的特征。而儲(chǔ)能支撐光伏參與電網(wǎng)一次調(diào)頻能夠提升整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。儲(chǔ)能裝置以及光伏都沒有一次調(diào)頻的能力，也不具備慣性響應(yīng)的能力，但是優(yōu)化策略能夠綜合兩者的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)兩種特性。其中儲(chǔ)能裝置能夠提供慣性響應(yīng)，而光伏可以利用上述策略中的自適應(yīng)策略等策略參與一次調(diào)頻?？偠灾畠?chǔ)能支撐光伏參與電網(wǎng)一次調(diào)頻能夠在一定條件下協(xié)作運(yùn)行，進(jìn)而充分發(fā)揮一次調(diào)頻以及儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì)。

結(jié)語：綜上所述，儲(chǔ)能支撐光伏參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的優(yōu)化控制策略一直在不斷被試驗(yàn)和驗(yàn)證，其優(yōu)化策略也會(huì)不斷地推陳出新，為光伏參與電網(wǎng)的發(fā)展提供一定的思路，將分布式儲(chǔ)能通過某種聚攏技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)控，有助于電網(wǎng)和發(fā)電行業(yè)進(jìn)行聯(lián)合運(yùn)行調(diào)控，也相信我國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)以及能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整會(huì)成為我國(guó)的重要優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

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