區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置

陳會(huì)周

（安徽送變電工程有限公司，安徽 合肥 230022）

0 引 言

隨著全球能源需求的不斷增長(zhǎng)和環(huán)境問(wèn)題的日益突出，可再生能源逐漸成為解決能源供應(yīng)和環(huán)境可持續(xù)性發(fā)展的重要選擇。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)作為重要的可再生能源技術(shù)，具有安裝靈活、低碳排放和地方化供能等優(yōu)勢(shì)。然而，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)存在規(guī)模分散、波動(dòng)性強(qiáng)、與傳統(tǒng)電網(wǎng)的互聯(lián)互通不暢等問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)。

目前，區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起為分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)與儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置提供了新的機(jī)遇。區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過(guò)智能化的能源管理和調(diào)度，實(shí)現(xiàn)了分布式能源系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行和優(yōu)化配置。通過(guò)有效整合分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以提高能源利用效率、降低能源損耗，為電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性提供支持。

1 分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)

1.1 分布式光伏發(fā)電技術(shù)

分布式光伏發(fā)電技術(shù)是將光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)立在用戶側(cè)或建筑物上，實(shí)現(xiàn)近距離供能和電力自給自足。該技術(shù)具有以下特點(diǎn)：第一，安裝靈活。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)可以根據(jù)不同的用電需求和場(chǎng)所條件定制設(shè)計(jì)和安裝方案。第二，低碳排放。光伏發(fā)電系統(tǒng)利用太陽(yáng)能發(fā)電，無(wú)須燃燒化石燃料，從根本上減少了二氧化碳等溫室氣體的排放。第三，發(fā)電裝置分布在多個(gè)地方，實(shí)現(xiàn)了分散化供能，減少了能源輸送損耗和電網(wǎng)的負(fù)荷壓力[1]。

1.2 儲(chǔ)能技術(shù)

儲(chǔ)能技術(shù)是將能量轉(zhuǎn)化為其他形式進(jìn)行儲(chǔ)存，并在需要時(shí)釋放的技術(shù)。儲(chǔ)能技術(shù)在區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)中扮演著重要角色。常見(jiàn)的儲(chǔ)能系統(tǒng)包括鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)和儲(chǔ)熱系統(tǒng)。其中鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)具有高能量密度、長(zhǎng)壽命、快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，是最常用的儲(chǔ)能技術(shù)之一。除此之外，還有一些其他的儲(chǔ)能技術(shù)，如壓縮空氣儲(chǔ)能、重力儲(chǔ)能、流電池儲(chǔ)能等。不同儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)和適用范圍也有所不同，儲(chǔ)能技術(shù)的選擇取決于具體的應(yīng)用場(chǎng)景、能量需求和經(jīng)濟(jì)因素等。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，儲(chǔ)能技術(shù)在實(shí)現(xiàn)可持續(xù)能源和能源轉(zhuǎn)型方面發(fā)揮的作用越來(lái)越重要。

2 分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置方法

2.1 系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)與約束條件

2.1.1 優(yōu)化目標(biāo)

優(yōu)化目標(biāo)通常包括最大化能源利用效率、最小化成本、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性以及對(duì)環(huán)境友好。首先，最大化能源利用效率是通過(guò)合理配置光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，盡可能多地利用太陽(yáng)能發(fā)電，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能并存儲(chǔ)起來(lái)，以最大限度地利用可再生能源[2]。其次，最小化分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的建設(shè)、運(yùn)維、維護(hù)成本，通過(guò)優(yōu)化配置策略降低總體成本。再次，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性是確保能源供應(yīng)的穩(wěn)定和可靠的關(guān)鍵，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的優(yōu)化配置來(lái)平衡能源供需，減少系統(tǒng)波動(dòng)性。最后，要對(duì)環(huán)境友好，在進(jìn)行分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置時(shí)，最大限度地提高土地利用率、加大對(duì)景觀的保護(hù)力度，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。

2.1.2 約束條件

系統(tǒng)的優(yōu)化配置會(huì)受到約束條件的限制。第一，可用資源限制。系統(tǒng)的優(yōu)化配置可能會(huì)受到可用資源的限制。例如，在太陽(yáng)能光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)中的太陽(yáng)能資源利用率，系統(tǒng)需要根據(jù)太陽(yáng)能的輻射情況來(lái)確定光伏電池板的布局和容量。第二，儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量限制。系統(tǒng)需要根據(jù)可用的儲(chǔ)能技術(shù)和成本來(lái)確定合適的儲(chǔ)能容量。第三，網(wǎng)絡(luò)接入限制。即分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)必須接入電網(wǎng)才能進(jìn)行能量交互。第四，電網(wǎng)的限制。電網(wǎng)容量和技術(shù)要求會(huì)對(duì)系統(tǒng)的優(yōu)化配置產(chǎn)生影響，因此系統(tǒng)的規(guī)模和技術(shù)要求必須符合電網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模和建設(shè)要求，以確保系統(tǒng)能夠順利接入并與電網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行。第五，系統(tǒng)的安全限制。優(yōu)化系統(tǒng)的配置必須確保系統(tǒng)的安全性和可靠性，即系統(tǒng)能夠在各種操作條件下正常運(yùn)行，避免潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)和故障。例如，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)防潛在的故障情況，設(shè)立故障應(yīng)對(duì)措施等。

2.2 分布式光伏系統(tǒng)優(yōu)化配置策略

分布式光伏系統(tǒng)的優(yōu)化配置策略包括安裝位置與角度的優(yōu)化、光伏容量的配置、儲(chǔ)能系統(tǒng)的選擇和容量確定。首先，安裝位置與角度優(yōu)化策略需要考慮太陽(yáng)的高度角和方位角，用于確定光伏板的安裝方向，避免光伏板受遮擋物的影響，調(diào)整光伏板傾角使太陽(yáng)輻射接收效果最大化。其次，光伏容量配置策略需要綜合考慮負(fù)荷需求和天氣數(shù)據(jù)等信息，并考慮光照變化的因素，確定合理的光伏容量范圍，以滿足用戶的用電需求。最后，儲(chǔ)能系統(tǒng)選擇與容量確定策略包括選擇適合的儲(chǔ)能技術(shù)和確定合適的儲(chǔ)能容量，以平衡能源供需，滿足系統(tǒng)需求。分布式光伏系統(tǒng)優(yōu)化配置如表1所示。

表1 分布式光伏系統(tǒng)優(yōu)化配置

2.3 儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化配置策略

儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置策略包括選擇合適的儲(chǔ)能類(lèi)型、確定合理的儲(chǔ)能容量等。第一，選擇儲(chǔ)能類(lèi)型，需要考慮不同技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與限制，如鋰離子電池、鈉硫電池或流電池等。第二，確定儲(chǔ)能容量，需考慮負(fù)荷需求和電網(wǎng)情況，以平衡和調(diào)節(jié)能源供需。第三，充放電策略方面，制定合理策略，如在太陽(yáng)能過(guò)剩時(shí)充電，在負(fù)荷高峰時(shí)放電。第四，引入智能能量管理系統(tǒng)，優(yōu)化充放電策略，提高能源利用效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性。這些優(yōu)化策略支持分布式光伏系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行，能夠有效促進(jìn)區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

3 區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在系統(tǒng)優(yōu)化中的應(yīng)用

3.1 能源互聯(lián)網(wǎng)與系統(tǒng)集成

能源互聯(lián)網(wǎng)是一種智能化能源系統(tǒng)，可以將分布式能源系統(tǒng)、傳統(tǒng)能源系統(tǒng)與其他能源資源進(jìn)行高效整合和協(xié)同運(yùn)行。能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置中，發(fā)揮著重要作用。第一，能源流動(dòng)管理。即通過(guò)能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)之間的能量流動(dòng)管理，根據(jù)實(shí)際需求和供給情況，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用和調(diào)度，減少能源浪費(fèi)。第二，系統(tǒng)集成與優(yōu)化。能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、電網(wǎng)系統(tǒng)等進(jìn)行集成，通過(guò)智能化的系統(tǒng)優(yōu)化算法，對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同控制和優(yōu)化配置，以提高整體能源系統(tǒng)的工作效率和運(yùn)行穩(wěn)定性。第三，能源交易與共享。能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供了能源交易和共享的平臺(tái)，允許分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)與儲(chǔ)能系統(tǒng)之間進(jìn)行能源交易，實(shí)現(xiàn)了能源的靈活配置和共享，促進(jìn)能源的可持續(xù)發(fā)展和碳減排[3]。

3.2 分布式能源預(yù)測(cè)與調(diào)度

分布式能源預(yù)測(cè)與調(diào)度是能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。第一，天氣預(yù)測(cè)與光伏發(fā)電預(yù)測(cè)。通過(guò)分析天氣、太陽(yáng)輻射等數(shù)據(jù)，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)和統(tǒng)計(jì)模型，進(jìn)行光伏發(fā)電的預(yù)測(cè)，準(zhǔn)確估計(jì)光伏發(fā)電量和發(fā)電時(shí)間，為能源調(diào)度提供依據(jù)。第二，負(fù)荷預(yù)測(cè)與能源供需平衡。通過(guò)分析用戶負(fù)荷數(shù)據(jù)、歷史用電模式等信息進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)，并結(jié)合光伏發(fā)電預(yù)測(cè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)能源供需的平衡調(diào)度，以滿足用戶用電需求、提高能源利用效率。第三，能源調(diào)度策略。基于能源預(yù)測(cè)結(jié)果和系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)，利用智能調(diào)度算法調(diào)整光伏發(fā)電系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)能源的平衡分配、平抑負(fù)荷高峰和低谷，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 智能能源管理系統(tǒng)的構(gòu)建

智能能源管理系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化配置的關(guān)鍵。首先，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)。通過(guò)傳感器、智能電表等設(shè)備，采集光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、負(fù)荷需求等數(shù)據(jù)，并將測(cè)得的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)侥茉垂芾硐到y(tǒng)中進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析。其次，數(shù)據(jù)分析與決策支持。利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、人工智能等技術(shù)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，提取有價(jià)值的信息，為系統(tǒng)的優(yōu)化決策提供支持。再次，運(yùn)行控制與優(yōu)化?；跀?shù)據(jù)分析和決策支持，智能能源管理系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控與控制光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、負(fù)荷需求，并提出優(yōu)化運(yùn)行策略，以提高能源利用效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性。最后，用戶參與與反饋。智能能源管理系統(tǒng)提供用戶參與平臺(tái)，使用戶能實(shí)時(shí)了解能源使用情況、參與能源調(diào)度決策，并提供反饋意見(jiàn)，以提高用戶的參與度，培養(yǎng)用戶的節(jié)約意識(shí)。

4 實(shí)際案例分析與仿真

4.1 案例選擇

為驗(yàn)證分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化配置方案的有效性，選取了一個(gè)實(shí)際的區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)案例。選取的案例是一個(gè)位于某地區(qū)的分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，由多個(gè)光伏發(fā)電站和分布式儲(chǔ)能設(shè)施組成，設(shè)備連接在一個(gè)虛擬能源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)了光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)與電網(wǎng)的協(xié)同運(yùn)行與優(yōu)化配置。

4.2 模型建立與數(shù)據(jù)獲取

為了進(jìn)行優(yōu)化配置方案的仿真與分析，建立基于實(shí)際案例的仿真模型，并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。建立的模型包括光伏發(fā)電模型、儲(chǔ)能系統(tǒng)模型和負(fù)荷模型。其中，光伏發(fā)電模型的建立要考慮光伏電池特性、溫度影響和光照強(qiáng)度等因素，以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)光伏發(fā)電量；儲(chǔ)能系統(tǒng)模型要考慮儲(chǔ)能效率、充放電速率等因素，以評(píng)估儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能；負(fù)荷模型則基于用戶的實(shí)際用電負(fù)荷數(shù)據(jù)和用電模式，以預(yù)測(cè)負(fù)荷的變化規(guī)律和峰谷差異。

檢測(cè)模型建成后，監(jiān)測(cè)光伏發(fā)電站和儲(chǔ)能設(shè)施的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括光伏發(fā)電功率、儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電狀態(tài)和用戶負(fù)荷數(shù)據(jù)等。除此之外，還獲取了天氣數(shù)據(jù)、電網(wǎng)電價(jià)等外部環(huán)境數(shù)據(jù)與系統(tǒng)調(diào)度策略和運(yùn)行參數(shù)等內(nèi)部數(shù)據(jù)。通過(guò)綜合分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，能夠模擬和分析光伏發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)的實(shí)際情況，從而有效地進(jìn)行優(yōu)化、評(píng)估和改進(jìn)配置方案。部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 相關(guān)數(shù)據(jù)情況

表2中光伏發(fā)電功率、儲(chǔ)能系統(tǒng)充電狀態(tài)、用戶負(fù)荷數(shù)據(jù)均包含3組數(shù)據(jù)，用來(lái)展示不同情景下的優(yōu)化配置情況，方便進(jìn)行比較分析。如光伏發(fā)電功率設(shè)置為0.25 MW、0.35 MW、0.42 MW，代表分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)不同的額定功率。通過(guò)分析不同功率級(jí)別下系統(tǒng)的性能和效益，可以評(píng)估系統(tǒng)優(yōu)化配置方案的合理性。

4.3 優(yōu)化配置方案仿真與分析

基于模型和監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行優(yōu)化配置方案的仿真與分析。首先，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理包括數(shù)據(jù)清洗、異常值處理和數(shù)據(jù)對(duì)齊等，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。其次，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況和研究目標(biāo)，設(shè)定目標(biāo)函數(shù)和約束條件。目標(biāo)函數(shù)包括最大化系統(tǒng)能源利用效率、最小化能源成本、最小化碳排放等，約束條件包括光伏發(fā)電容量、儲(chǔ)能系統(tǒng)容量、充放電效率等。最后，基于設(shè)定的優(yōu)化配置方案進(jìn)行系統(tǒng)的仿真運(yùn)行[4]。

5 分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用建議

首先，政府和相關(guān)部門(mén)制定相關(guān)的政策和法規(guī)，以促進(jìn)分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的部署和應(yīng)用。其中包括優(yōu)惠的購(gòu)電價(jià)政策、配額制度、提供貸款和補(bǔ)貼等，以降低系統(tǒng)的投資成本和經(jīng)營(yíng)成本。其次，鼓勵(lì)企業(yè)和機(jī)構(gòu)在建筑物、工業(yè)園區(qū)、農(nóng)村地區(qū)等合適的場(chǎng)所建設(shè)分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)。通過(guò)與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)本地清潔能源的自給自足，提高區(qū)域能源的可靠性和可持續(xù)性。再次，加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)和人才培養(yǎng)，提高分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)維以及管理水平。通過(guò)建立專(zhuān)業(yè)的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)和認(rèn)證體系，培養(yǎng)具備相關(guān)技能和知識(shí)的專(zhuān)業(yè)人才，以推動(dòng)該系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用[5]。最后，鼓勵(lì)開(kāi)展示范項(xiàng)目和實(shí)地案例。通過(guò)分享分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用效果和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的方式，增加公眾對(duì)該技術(shù)的認(rèn)知和接受度，尋求更多的投資和合作機(jī)會(huì)，推動(dòng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。

6 結(jié) 論

文章深入研究了區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置，并分析了分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)作為可再生能源解決方案在能源領(lǐng)域的重要作用，特別是在可持續(xù)發(fā)展和應(yīng)對(duì)能源挑戰(zhàn)方面。區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為實(shí)現(xiàn)智能能源的管理和資源協(xié)同利用提供了新途徑。在優(yōu)化配置中必須綜合考慮能源供需匹配、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境效益等因素，促進(jìn)系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用。同時(shí)，進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)和公眾知識(shí)普及，促進(jìn)系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行和廣泛應(yīng)用，推動(dòng)分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)在能源領(lǐng)域的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)利用和保護(hù)環(huán)境等目標(biāo)。