光伏并網發電系統中儲能技術的應用研究

王賀

摘 要：隨著光伏發電在電網結構中的比例逐漸增加，其出力具有波動性和隨機性的特點給電網穩定性帶來的問題也越來越突出。文章在對光伏發電并網系統的結構和原理，以及集中式和分布式兩種不同的光伏并網發電系統的優缺點進行介紹之后，分析光伏發電系統并網對電力系統的應用，并重點研究儲能技術在光伏并網發電系統中應用的作用，以供參考。

關鍵詞：光伏并網發電系統 儲能技術 集中式 分布式

1引言

在我國經濟快速發展的形勢下，我國的用電負荷不斷增加，而且由于目前全球資源緊缺和環境惡化問題的不斷加劇，我國也加大了開發和利用清潔型可再生能源的力度。其中光伏發電機組的建設規模在不斷擴大，裝機容量也在不斷增加，其并網發電為緩解目前電力系統的電能供應壓力和我國電力系統結構優化調整有著重要作用。而由于太陽能此種類型的一次能源無法進行儲存，所以只能將其轉換為電能進行儲存來滿足電網用電負荷高峰時的使用，而且光伏發電的輸出功率容易受到環境條件中光照強度以及溫度等因素變化的影響，在并網發電時容易對電網產生較大的沖擊影響，因此需要采用適當的儲能技術對其進行控制以及對并網發電時對電網的沖擊進行減弱，在光伏并網發電系統中占有重要地位。

2光伏發電并網系統

2.1光伏發電并網系統的基本結構和原理

目前我國的光伏并網發電系統已經趨于成熟，其基本結構（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、交流負載、交流電網等部分。對于其基本結構中的逆變器來說，其主要作用就是將光伏發電系統與電網進行連接。光伏并網發電系統主要有兩種類型，其中可調度式并網光伏發電系統具有可以對電能進行儲存的容器，即蓄電池，所以在此系統的并網發電過程中，可以利用其逆變器中的負載開關和主開關來實現不間斷供電。而另一種則是不可調度式并網光伏發電系統，其不含有蓄電池，所以只是利用逆變器將光伏電池板轉換而成的電能直接轉換為交流電與電網連接，所以如果此系統中出現斷電現象也會導致其供電工作的終止。在此系統中比較重要的結構就是逆變器，而且在目前相關技術的發展和應用下，使得目前光伏并網發電系統的拓撲結構原來越簡單化、從而也降低了結構的整體體積，減少了生產運行的成本。直流電壓的輸入范圍也在逐漸增大，并且逐漸開始大量應用軟開關技術，以及多點平逆變器。而逆變器也逐漸向三相并網逆變器方向發展。

2.2集中式并網系統

集中式并網光伏系統通常為國家級的大型發電站，主要建立在遠離城市人口密集地區，且光照充足的荒漠等地區，可以實現大型光伏電站的大面積建設以及對太陽能的集中利用，通過統一的發電系統將光能轉換為電能并直接接入電網中，并由電網中的電站接入高壓輸電系統然后向各個電力用戶進行調配。在進行集中式并網光伏電站的建設時，需要考慮太陽能資源的充足和穩定性，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。此種方式在選址時比較靈活，而且具有較大和較為穩定的發電量；不需要進行較多裝備和設施的連接就是可以是對無功和電壓的監控以及對電網頻率的調節；此系統的建設周期較短且運行成本較低，便于進行集中管理。但是由于其通常建設與較為偏僻的地區，所以并網時需要較長距離的輸電線路，這就增加了無功補償、線路損壞以及電壓跌落等問題。

2.3分布式并網系統

分布式并網系統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進行發電和供電，并且將剩余的電能統一并入公共電網中。此種方式的規模通常較小所以投資較少，建設也比較容易，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，確保電力用戶實現了自給自足，這樣就減輕了公共電網的壓力和負擔，以及對線路的損害程度，也減少了長距離輸電線路進行電能輸送時的電能損耗。其可以在獨立運行和并網運行兩種模式中進行靈活切換，而且可以將光伏板作為建筑材料來節省建筑材料。但是此種發電方式具有隨機性的特點，會使得并網運行中配電網中的潮流方向發生變化而出現逆流問題，這就會增加電網的額外損耗，同時還需要不斷地進行變壓器分接頭的更換。此外，其并網發電過程中的電壓和無功調節難度較大，并且會增加電力短路故障的概率。

3光伏發電并網對電力系統的影響分析

光伏發電并網對電力系統的應用主要表現在以下幾個方面：一是由于太陽光照強度具有不穩定性和隨機性，不僅會造成光伏系統出力的不可控波動，而且在接入電網之后會對系統潮流造成改變，并導致配網節點電壓的隨之變化，所以會導致不同程度的電壓偏差和波動的產生。尤其是在目前光伏發電規模不斷擴大的形勢下，增加了電壓調節的難度，也減少了調壓裝置的使用壽命。二是在光伏電源并網以后，配電網由原來的單電源轉變為多電源的模式，同時也對故障電流的分布、大小和方向造成改變，同時也會對保護裝置產生一定的影響。三是光伏并網系統中隨著太陽光照強度的變化其并網逆變器也需要隨之進行頻繁的開斷，這就會使得在此開關頻率附件產生大量的諧波分量，這就是諧波污染，而且對于光伏發電系統中具有較多的逆變器來說，還會使得諧波污染由于逆變器諧波源的疊加而逐漸增大，甚至會產生諧振并影響電能質量。四是光伏發電系統容易受到天氣變化的影響，所以對其輸出的可調度性有著較大的限制，如果某個地區中的電網中，光伏電源所占的比例較高，就需要對電力調度的穩定性和可靠性進行充分考慮。而且其用電價格與常規電源也會有所不同，這就需要在確保電能供應質量與供電可靠性的基礎上，從經濟性角度進行電力調度。

4光伏并網發電系統中儲能技術的應用

4.1在電力調峰上的作用

在光伏并網發電系統中應用儲能技術，就是可以在電網用電負荷低峰時把系統所發出的電能進行儲存，然后在電網負荷高峰時將所儲存的電能提供給電網中供電力用戶使用，這樣就可以做到根據電網實際運行情況來對用電高峰時段的供電壓力進行緩解，減少用電高峰時段大功率負荷的集中需求，進而可以提升供電的可靠性和整體系統運行的穩定性。

4.2在微電網中的應用

微電網并網是目前電網的主要發展趨勢之一，可以大大提升目前電網運行的可靠性和穩定性，但是如果發生未來的輸配電系統與微電網發生分離時，就會導致微電網處于孤島運行的模式，此時微電網中的電源就需要對此電網中的用電負荷進行單獨承擔，這就大大增加了微電網電源的壓力。而如果采用光伏并網發電系統，其中的儲能技術就可以在此情況下發揮其供電作用，因此由光伏電源所構成的微電網，則會大大提升其運行的穩定性和安全性。

4.3在電網電能質量控制上的應用

在光伏并網發電系統中應用儲能技術可以實現對相角調整、有源濾波以及電壓的有效控制，對逆變控制措施進行有效利用來對光伏電源的供電特性進行改善來提高供電的穩定性。這主要是由于在光伏并網發電系統中，儲能技術中具有斷電保護的功能，如果電網中出現故障而無法實現對電力用戶的電能供應時，就會采用光伏系統利用其儲能技術對其進行供電。而且由于正常的電網中發生故障或者電力用戶出現安全隱患時，光伏并網發電系統也會進行自動斷電，但是在此過程中也可以利用儲能技術進行電能儲存，在其發揮電荷轉移的主要作用時，是在光伏并網用戶使用分時計費市電作為基礎的。通過儲能技術的應用，實現在用電低谷使其進行電能儲存，而在用電高峰時間進行電能釋放來供電，并且可以對用電負荷高峰時期高功率負荷交替運行所帶來的影響進行規避，并減少負荷相應策略所帶來的不利影響，從而實現對電網電能質量的有效控制。

5結語

集中式光伏并網系統來說，其容易受到環境以及天氣因素的影響，使得其處理具有波動性和隨機性的特點，使得光伏并網系統的電壓調整、電能質量和保護裝置都受到一定的影響。因此，針對以上問題，在目前的光伏并網發電系統中，儲能技術主要起到調峰調谷、微電網控制以及對電能質量進行控制等重要作用，并且能夠提供斷電保護來確保電網運行的穩定性。

參考文獻：

[1] 郁江遠. 儲能技術在光伏并網系統中的應用研究[J]. 通訊世界， 2017（20）：113-114.

[2] 李宇光， 劉強， 戰勇，等. 儲能技術在光伏并網發電系統中的應用初探[J]. 中國高新區， 2017（20）.

[3] 潘濤， 黃鴻志， 周冉冉. 淺析儲能技術在光伏發電系統中的控制策略[J]. 風力發電， 2016（4）：35-39.