新能源電力系統(tǒng)中的儲能技術(shù)探討

李長成

（科華恒盛股份有限公司，福建 廈門 361000）

0 引 言

太陽能和風(fēng)能是當代發(fā)電工作中廣泛使用的清潔能源，在時間分布上具有良好的互補效果。目前，國家已成功運用風(fēng)能與太陽能組成了新能源電力系統(tǒng)，提升了清潔能源發(fā)電效率[1]。然而，因為太陽能和風(fēng)能均具有不穩(wěn)定性，所以要通過改善電力系統(tǒng)儲能技術(shù)來存儲更多清潔能源，以滿足持續(xù)發(fā)電的需求。

1 構(gòu)建發(fā)電模型

優(yōu)化新能源電力系統(tǒng)儲能技術(shù)，維護系統(tǒng)發(fā)電穩(wěn)定性，設(shè)置良好的發(fā)電機組，需要根據(jù)能源類型構(gòu)建發(fā)電模型。若使用風(fēng)力發(fā)電，則需要按照風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)組合結(jié)構(gòu)構(gòu)建完善的風(fēng)力發(fā)電模型。從微觀層次來看，風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)組合包括風(fēng)力發(fā)電機、葉片、轉(zhuǎn)速控制器、轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器（AC/DC）、電流控制器、功率控制器、升壓電路、蓄電池、電網(wǎng)側(cè)變頻器（DC/AC）、升壓變壓器以及電網(wǎng)等。轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器（AC/DC）與升壓電路所配置的電流控制器和功率控制器并不相同，屬于獨立配置。若使用太陽能發(fā)電，需要借助信息技術(shù)構(gòu)建太陽能發(fā)電模型，準確計算模型參數(shù)，設(shè)計合理的系統(tǒng)方案，做好太陽能發(fā)電機組安裝工作。如果發(fā)電機組具備風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電兩種功能，要做好綜合型能源系統(tǒng)設(shè)計工作，構(gòu)建總模型和子模型，科學(xué)設(shè)計光伏發(fā)電機組。此外，加強新能源電力系統(tǒng)中的儲能技術(shù)建設(shè)，需要借助BIM技術(shù)構(gòu)建完善的施工模型，制作精確的分段圖。通常運用BIM技術(shù)構(gòu)建新能源電力系統(tǒng)中的儲能技術(shù)施工模型，精確計算相關(guān)參數(shù)，準確反映各種電力設(shè)備的排布狀態(tài)，構(gòu)建BIM管理系統(tǒng)，模擬和預(yù)測操作空間、施工空間、儲能空間以及維修空間，做好施工現(xiàn)場預(yù)留和電線預(yù)埋作業(yè)，正確落實施工方案。需要繪制完善的總平面圖，對平面圖進行分段，從而繪制精確的分段圖。在圖中設(shè)置合理的模數(shù)，使平面圖6 m一節(jié)分段，從而確保各分段電線和電力設(shè)備接口有機銜接[2]。

2 全面改善光伏發(fā)電系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)

光伏發(fā)電系統(tǒng)屬于一種綜合型電力系統(tǒng)，既能夠通過風(fēng)能發(fā)電，也可以通過太陽能發(fā)電。優(yōu)化該系統(tǒng)的功能，需著重改善光伏發(fā)電系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)。一方面，針對串聯(lián)線路和并聯(lián)線路設(shè)置相應(yīng)的光伏陣列模型，改善光伏電池組裝功率控制器的發(fā)電裝置。組裝光伏發(fā)電系統(tǒng)的過程中應(yīng)充分發(fā)揮太陽能電池板的作用，由太陽能電池板直接將收集的太陽光轉(zhuǎn)化為電能，同時采取并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)實現(xiàn)持續(xù)性發(fā)電。綜合型能源系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)與光伏發(fā)電機系統(tǒng)共同組成，其中風(fēng)電場與光伏陣列所產(chǎn)生的電能會經(jīng)過變流升壓活動全部并入電網(wǎng)中。另一方面，優(yōu)化光伏發(fā)電系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)必須構(gòu)建細致的綜合能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型。風(fēng)光綜合能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型如圖1所示[3]。

圖1 風(fēng)光綜合能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型圖

由圖1可知，風(fēng)光綜合能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由風(fēng)電系統(tǒng)、葉片、光伏系統(tǒng)、太陽能電池板、匯流母線、儲能系統(tǒng)、蓄電池、升壓變壓器以及電網(wǎng)組成。目前，風(fēng)光綜合能源系統(tǒng)有風(fēng)電機組單獨發(fā)電、光伏陣列單獨發(fā)電以及由風(fēng)光互補共同發(fā)電3種運行狀態(tài)，此時的發(fā)電效果和運行狀態(tài)的穩(wěn)定由太陽光的強度、風(fēng)速、負荷用電量以及儲能裝置共同決定。因為這些影響因素具有不確定性，所以需要借助控制器進行調(diào)節(jié)與控制。風(fēng)光綜合能源系統(tǒng)控制器的調(diào)控功能體現(xiàn)在控制風(fēng)電機組與光伏陣列的輸出功率、保持儲能裝置充放電狀態(tài)的穩(wěn)定性、協(xié)調(diào)控制發(fā)電機系統(tǒng)輸入功能與輸出功能以及做好風(fēng)光綜合能源系統(tǒng)安全保護與監(jiān)測工作4個方面。

3 優(yōu)化電力系統(tǒng)儲能控制技術(shù)

3.1 優(yōu)化儲能控制技術(shù)

做好新能源收集存儲作業(yè)，確保電力系統(tǒng)發(fā)電工作的持續(xù)性與安全性，必須著重優(yōu)化儲能控制技術(shù)。此環(huán)節(jié)要先優(yōu)化電力系統(tǒng)，主要由發(fā)電、輸電以及負荷3項分支系統(tǒng)組成。現(xiàn)階段用戶數(shù)量和用電需求量的持續(xù)增加，對電力系統(tǒng)安全質(zhì)量提出了更高要求，需要滿足增加輸電線路長度和提高電壓等級等方面的綜合需求。因為檔期線路分布更加廣泛，加大了其運維工作難度，威脅著系統(tǒng)的安全性，所以需要充分借助自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢，有效應(yīng)對電力系統(tǒng)運行風(fēng)險，及時處理影響其工作性能的因素，并在預(yù)警信號的作用下，全面提高電力系統(tǒng)運維工作效率，避免引發(fā)應(yīng)用中的安全問題。同時，將自動化技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)儲能技術(shù)保護系統(tǒng)，在信息綜合檢控技術(shù)的配合作用下有利于增強系統(tǒng)運行保護效果，滿足發(fā)電系統(tǒng)高效運行及設(shè)備安全的使用要求，避免加大電力系統(tǒng)應(yīng)用風(fēng)險。

3.2 優(yōu)化保護方式、提高保護效果以及增強技術(shù)優(yōu)勢

技術(shù)人員需要從優(yōu)化保護方式、提高保護效果以及增強技術(shù)優(yōu)勢等方面入手，科學(xué)保護電力系統(tǒng)運行過程，及時消除其中可能存在的隱患，確保電力系統(tǒng)及設(shè)備應(yīng)用的有效性，不斷提升與之相關(guān)的保護技術(shù)應(yīng)用水平。同時，要做好電力系統(tǒng)調(diào)度管理工作。在信息時代，電力系統(tǒng)調(diào)度需要搜集大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)來支撐和協(xié)助系統(tǒng)的工作，而數(shù)據(jù)分析往往消耗大量的人力資源且無法保障結(jié)果的準確性。針對這種情況需要引入自動化技術(shù)，并在計算機的作用下優(yōu)化電力調(diào)度方式，為改善調(diào)度狀況和方案完善等提供技術(shù)支持，從而避免增加電力企業(yè)生產(chǎn)成本費用，高效完成電力系統(tǒng)的調(diào)度工作計劃。

3.3 充分發(fā)揮電力自動化技術(shù)優(yōu)勢

利用電力自動化技術(shù)控制電力調(diào)度數(shù)據(jù)產(chǎn)生過程，對其進行可視化監(jiān)控，全面提高管理人員的工作效率和電力調(diào)度工作水平。電力自動化技術(shù)可增強電力系統(tǒng)不同環(huán)節(jié)的集成管理效果，為電力企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益，豐富系統(tǒng)運行管理所需的技術(shù)手段，實現(xiàn)信息資源的整合利用，滿足管理成本經(jīng)濟性要求，進一步優(yōu)化電力系統(tǒng)的儲能效果。因此，工作人員需要做好自動化技術(shù)的維護工作，提升技術(shù)應(yīng)用效果，避免增加電力企業(yè)生產(chǎn)成本費用，以提升電力系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。

3.4 合理選擇開關(guān)元器件

技術(shù)人員要注意儲能系統(tǒng)規(guī)模的優(yōu)化，在機組中安置超級電容器，加強對配電環(huán)節(jié)、輸電環(huán)節(jié)以及發(fā)電環(huán)節(jié)的控制工作，正確壓縮空氣，做好抽水工作，改善鈉硫電池、液流電池、超導(dǎo)磁以及飛輪設(shè)備，科學(xué)選用開關(guān)元器件。開關(guān)元器件質(zhì)量決定著電力系統(tǒng)發(fā)揮的功能，關(guān)系著發(fā)電機安全運轉(zhuǎn)和儲能效果，因此當前電力系統(tǒng)儲能控制技術(shù)對開關(guān)元器件的標準要求極高。選用開關(guān)元器件必須以滿足持續(xù)儲能與安全發(fā)電為基礎(chǔ)，嚴格審核開關(guān)元器件參數(shù)指標、性能、適用性、穩(wěn)定性、參數(shù)溫度、電磁兼容度以及使用壽命。在發(fā)電機滅磁開關(guān)開發(fā)階段，需要將更成熟和更完善的開關(guān)元器件作為設(shè)計參考范本與樣品，努力提高開關(guān)元器件的適用性、可靠性、穩(wěn)定性、兼容性以及應(yīng)用率。若開關(guān)元器件兼容性不足、應(yīng)用率低下，后期必然會影響電力系統(tǒng)使用功能及其可靠性。

在選用開關(guān)元器件的過程中，必須遵守3項基本原則。第一，堅持需求導(dǎo)向原則。該原則要求在選用開關(guān)元器件時應(yīng)緊密結(jié)合滅磁開關(guān)開發(fā)設(shè)計需求和使用功能導(dǎo)向，嚴格審核開關(guān)元器件質(zhì)量是否達標，全面評估開關(guān)元器件的功能、適用性、兼容性以及穩(wěn)定性。初步選用開關(guān)元器件后，要做好儲能技術(shù)設(shè)備組裝處理作業(yè)，適量進行降額，以提高電力系統(tǒng)儲能設(shè)備與元器件的契合度和開關(guān)可靠性，同時應(yīng)確定開關(guān)元器件使用壽命，適當增加開關(guān)元器件規(guī)定質(zhì)量的等級。第二，應(yīng)堅持風(fēng)險控制原則。首先要求在選用開關(guān)元器件的過程中嚴格審核供應(yīng)商的資質(zhì)，與高資質(zhì)供應(yīng)商合作，挑選優(yōu)質(zhì)開關(guān)元器件，確保供應(yīng)量。其次要降低供需分析，將開關(guān)元器件生產(chǎn)指標控制在最科學(xué)的范圍內(nèi)。最后要明確開關(guān)元器件規(guī)格、品質(zhì)以及數(shù)量，如果有第二供方，那么需要合理調(diào)整其供應(yīng)量，全面監(jiān)控開關(guān)元器件選購工作，加強質(zhì)檢力度。第三，堅持市場反饋原則。在開關(guān)元器件設(shè)計、生產(chǎn)、選購以及使用過程中難免會出現(xiàn)問題，因此應(yīng)及時做好市場反饋工作，科學(xué)調(diào)試投入使用的開關(guān)元器件，全面檢測其性能，運用專業(yè)技術(shù)不斷增強開關(guān)元器件功能認可度。數(shù)據(jù)處理過程需要融入合適的分析處理技術(shù)，如大數(shù)據(jù)技術(shù)和信息技術(shù)等，做好市場數(shù)據(jù)應(yīng)用價值的深入挖掘工作，從中匯總得到可靠的數(shù)據(jù)信息，并將其補充到建立的應(yīng)用系統(tǒng)中，提高應(yīng)用數(shù)據(jù)的使用價值，不斷優(yōu)化系統(tǒng)中的相關(guān)內(nèi)容[4]。

4 優(yōu)化新能源電力系統(tǒng)儲能配置方案

首先，全面優(yōu)化新能源電力系統(tǒng)儲能配置方案，包括發(fā)電系統(tǒng)、輸配電系統(tǒng)、輔助服務(wù)、可再生能源利用以及終端用戶等的全面優(yōu)化。發(fā)電系統(tǒng)能夠管理新能源，實現(xiàn)負荷的安全運行與跟蹤，并科學(xué)調(diào)節(jié)負荷，確保系統(tǒng)可以處于穩(wěn)定的供電狀態(tài)，滿足系統(tǒng)的運行要求。輸配電系統(tǒng)能控制電壓，改善電能質(zhì)量，使系統(tǒng)對外輸出電流可以控制在某一個穩(wěn)定的波動范圍內(nèi)，從而提高電力系統(tǒng)可靠性和能源利用率。輔助服務(wù)能控制頻率，完成旋轉(zhuǎn)備用管理工作和備用容量管理工作，滿足長期性備用管理的需求。可再生能源利用是通過發(fā)電控制與系統(tǒng)來集成和存儲太陽能、風(fēng)能等可再生能源并用于發(fā)電。終端用戶是啟用電源，能夠安全管理穿越功率，優(yōu)化外購電力，實現(xiàn)無功電壓支撐。

其次，在具體的優(yōu)化處理中，需要梳理新能源電力系統(tǒng)中涉及的相關(guān)內(nèi)容之間的獨立性和關(guān)聯(lián)性情況，如發(fā)電系統(tǒng)、輸配電系統(tǒng)以及輔助服務(wù)等，且依托于該內(nèi)容完善系統(tǒng)管理方案，使其可以組合在一起形成一組穩(wěn)定的應(yīng)用系統(tǒng)，以滿足具體的應(yīng)用需求。在現(xiàn)行技術(shù)的管理基礎(chǔ)上，還可以對技術(shù)進行模塊化管理，使每個模塊在應(yīng)用中保持相應(yīng)的獨立性，同時和其他模塊保持較高的關(guān)聯(lián)性，以便后續(xù)管理活動的順利進行。

最后，動態(tài)調(diào)整儲能配置方案內(nèi)容。PLC技術(shù)作為一種可控制編程器，能夠綜合處理發(fā)電機結(jié)構(gòu)，從而全面改善電力系統(tǒng)儲能效果和發(fā)電機安全運行功能。但是，只依賴該技術(shù)并不能實現(xiàn)系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)化，還需要在具體的處理過程中做好方案內(nèi)容的動態(tài)優(yōu)化工作。例如，在現(xiàn)階段智能技術(shù)體系完善度不斷提升的背景下，需要將PLC技術(shù)融入系統(tǒng)中并不斷完善應(yīng)用系統(tǒng)，提升系統(tǒng)運行的安全性和使用價值，以滿足儲能系統(tǒng)應(yīng)用過程的處理需求。

5 結(jié) 論

優(yōu)化新能源電力系統(tǒng)中的儲能技術(shù)，必須著重構(gòu)建完善的發(fā)電模型，改善光伏發(fā)電系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，針對串聯(lián)線路和并聯(lián)線路設(shè)置相應(yīng)的光伏陣列模型安裝光伏電池功率控制器，著重優(yōu)化儲能控制技術(shù)與儲能系統(tǒng)規(guī)模，在機組中安置超級電容器，加強對配電環(huán)節(jié)、輸電環(huán)節(jié)以及發(fā)電環(huán)節(jié)的控制，正確壓縮空氣，做好抽水工作，改善鈉硫電池、液流電池、超導(dǎo)磁以及飛輪設(shè)備，全面優(yōu)化新能源電力系統(tǒng)儲能配置方案。