光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中儲(chǔ)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(dòng)性和隨機(jī)性的特點(diǎn)給電網(wǎng)穩(wěn)定性帶來(lái)的問(wèn)題也越來(lái)越突出。文章在對(duì)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(diǎn)進(jìn)行介紹之后，分析光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的應(yīng)用，并重點(diǎn)研究?jī)?chǔ)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(chǔ)能技術(shù) 集中式 分布式

1引言

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的形勢(shì)下，我國(guó)的用電負(fù)荷不斷增加，而且由于目前全球資源緊缺和環(huán)境惡化問(wèn)題的不斷加劇，我國(guó)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(jī)組的建設(shè)規(guī)模在不斷擴(kuò)大，裝機(jī)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(guó)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(yáng)能此種類型的一次能源無(wú)法進(jìn)行儲(chǔ)存，所以只能將其轉(zhuǎn)換為電能進(jìn)行儲(chǔ)存來(lái)滿足電網(wǎng)用電負(fù)荷高峰時(shí)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(qiáng)度以及溫度等因素變化的影響，在并網(wǎng)發(fā)電時(shí)容易對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生較大的沖擊影響，因此需要采用適當(dāng)?shù)膬?chǔ)能技術(shù)對(duì)其進(jìn)行控制以及對(duì)并網(wǎng)發(fā)電時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊進(jìn)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(guó)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(fù)載、交流電網(wǎng)等部分。對(duì)于其基本結(jié)構(gòu)中的逆變器來(lái)說(shuō)，其主要作用就是將光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)進(jìn)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(duì)電能進(jìn)行儲(chǔ)存的容器，即蓄電池，所以在此系統(tǒng)的并網(wǎng)發(fā)電過(guò)程中，可以利用其逆變器中的負(fù)載開關(guān)和主開關(guān)來(lái)實(shí)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(huì)導(dǎo)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)原來(lái)越簡(jiǎn)單化、從而也降低了結(jié)構(gòu)的整體體積，減少了生產(chǎn)運(yùn)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(diǎn)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(guó)家級(jí)的大型發(fā)電站，主要建立在遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)大型光伏電站的大面積建設(shè)以及對(duì)太陽(yáng)能的集中利用，通過(guò)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(gè)電力用戶進(jìn)行調(diào)配。在進(jìn)行集中式并網(wǎng)光伏電站的建設(shè)時(shí)，需要考慮太陽(yáng)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(shí)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(jìn)行較多裝備和設(shè)施的連接就是可以是對(duì)無(wú)功和電壓的監(jiān)控以及對(duì)電網(wǎng)頻率的調(diào)節(jié)；此系統(tǒng)的建設(shè)周期較短且運(yùn)行成本較低，便于進(jìn)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(shí)需要較長(zhǎng)距離的輸電線路，這就增加了無(wú)功補(bǔ)償、線路損壞以及電壓跌落等問(wèn)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(lái)進(jìn)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(shí)現(xiàn)了自給自足，這樣就減輕了公共電網(wǎng)的壓力和負(fù)擔(dān)，以及對(duì)線路的損害程度，也減少了長(zhǎng)距離輸電線路進(jìn)行電能輸送時(shí)的電能損耗。其可以在獨(dú)立運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行兩種模式中進(jìn)行靈活切換，而且可以將光伏板作為建筑材料來(lái)節(jié)省建筑材料。但是此種發(fā)電方式具有隨機(jī)性的特點(diǎn)，會(huì)使得并網(wǎng)運(yùn)行中配電網(wǎng)中的潮流方向發(fā)生變化而出現(xiàn)逆流問(wèn)題，這就會(huì)增加電網(wǎng)的額外損耗，同時(shí)還需要不斷地進(jìn)行變壓器分接頭的更換。此外，其并網(wǎng)發(fā)電過(guò)程中的電壓和無(wú)功調(diào)節(jié)難度較大，并且會(huì)增加電力短路故障的概率。

3光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響分析

光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是由于太陽(yáng)光照強(qiáng)度具有不穩(wěn)定性和隨機(jī)性，不僅會(huì)造成光伏系統(tǒng)出力的不可控波動(dòng)，而且在接入電網(wǎng)之后會(huì)對(duì)系統(tǒng)潮流造成改變，并導(dǎo)致配網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓的隨之變化，所以會(huì)導(dǎo)致不同程度的電壓偏差和波動(dòng)的產(chǎn)生。尤其是在目前光伏發(fā)電規(guī)模不斷擴(kuò)大的形勢(shì)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(lái)的單電源轉(zhuǎn)變?yōu)槎嚯娫吹哪Ｊ剑瑫r(shí)也對(duì)故障電流的分布、大小和方向造成改變，同時(shí)也會(huì)對(duì)保護(hù)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(yáng)光照強(qiáng)度的變化其并網(wǎng)逆變器也需要隨之進(jìn)行頻繁的開斷，這就會(huì)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(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)中具有較多的逆變器來(lái)說(shuō)，還會(huì)使得諧波污染由于逆變器諧波源的疊加而逐漸增大，甚至?xí)a(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(duì)其輸出的可調(diào)度性有著較大的限制，如果某個(gè)地區(qū)中的電網(wǎng)中，光伏電源所占的比例較高，就需要對(duì)電力調(diào)度的穩(wěn)定性和可靠性進(jìn)行充分考慮。而且其用電價(jià)格與常規(guī)電源也會(huì)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(jì)性角度進(jìn)行電力調(diào)度。

4光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中儲(chǔ)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(chǔ)能技術(shù)，就是可以在電網(wǎng)用電負(fù)荷低峰時(shí)把系統(tǒng)所發(fā)出的電能進(jìn)行儲(chǔ)存，然后在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)將所儲(chǔ)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(shí)際運(yùn)行情況來(lái)對(duì)用電高峰時(shí)段的供電壓力進(jìn)行緩解，減少用電高峰時(shí)段大功率負(fù)荷的集中需求，進(jìn)而可以提升供電的可靠性和整體系統(tǒng)運(yùn)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(shì)之一，可以大大提升目前電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，但是如果發(fā)生未來(lái)的輸配電系統(tǒng)與微電網(wǎng)發(fā)生分離時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致微電網(wǎng)處于孤島運(yùn)行的模式，此時(shí)微電網(wǎng)中的電源就需要對(duì)此電網(wǎng)中的用電負(fù)荷進(jìn)行單獨(dú)承擔(dān)，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(chǔ)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(huì)大大提升其運(yùn)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(chǔ)能技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)相角調(diào)整、有源濾波以及電壓的有效控制，對(duì)逆變控制措施進(jìn)行有效利用來(lái)對(duì)光伏電源的供電特性進(jìn)行改善來(lái)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(chǔ)能技術(shù)中具有斷電保護(hù)的功能，如果電網(wǎng)中出現(xiàn)故障而無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)電力用戶的電能供應(yīng)時(shí)，就會(huì)采用光伏系統(tǒng)利用其儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)其進(jìn)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(shí)，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)也會(huì)進(jìn)行自動(dòng)斷電，但是在此過(guò)程中也可以利用儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行電能儲(chǔ)存，在其發(fā)揮電荷轉(zhuǎn)移的主要作用時(shí)，是在光伏并網(wǎng)用戶使用分時(shí)計(jì)費(fèi)市電作為基礎(chǔ)的。通過(guò)儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在用電低谷使其進(jìn)行電能儲(chǔ)存，而在用電高峰時(shí)間進(jìn)行電能釋放來(lái)供電，并且可以對(duì)用電負(fù)荷高峰時(shí)期高功率負(fù)荷交替運(yùn)行所帶來(lái)的影響進(jìn)行規(guī)避，并減少負(fù)荷相應(yīng)策略所帶來(lái)的不利影響，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的有效控制。

5結(jié)語(yǔ)

集中式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，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(dòng)性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，使得光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的電壓調(diào)整、電能質(zhì)量和保護(hù)裝置都受到一定的影響。因此，針對(duì)以上問(wèn)題，在目前的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，儲(chǔ)能技術(shù)主要起到調(diào)峰調(diào)谷、微電網(wǎng)控制以及對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行控制等重要作用，并且能夠提供斷電保護(hù)來(lái)確保電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

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