功率損耗分布式光伏-儲能系統出力優化及容量配置方法

徐欣慰 陸志欣 馬鋒

摘要：接入配電網后光伏電源可通過分布式光伏與儲能（PV-BES）轉換為可控電源，從而達到減小功率以及提升電壓穩定性與高壓水平的作用。文章將配電網功率損耗的數值變換作為建立功率損耗分布式光伏-儲能系統出力優化及容量配置可行性的判定條件，對配電網光伏位置及合理配置的條件以及分布式光伏對配電網電壓及損耗的影響做出了具體分析，最后通過對分布式光伏-儲能系統做出的經濟性評價，總體驗證了本系統優化后的功率耗損量具有較強的經濟效益。

關鍵詞：分布式儲能;經濟性;儲能容量

基金項目：

廣東電網有限責任公司科技項目

項目編號：030600KK52170106，科技編碼：GDKJXM20173241）

0引言

我國處于光伏發電（Photovoltaic generation）迅猛發展的階段，太陽能作為一種環保性質的生態能源，為人類的生產生活方式提供了新的形態[1]。太陽能應用過程中的光伏發電由于其工作的間歇性對電網的電壓、頻率等方面產生了諸多不利因素。傳統單一輻射網絡的電源組成結構較為繁雜，并伴隨一定的能量損失，影響了我國電網用戶用電的穩定性。在當前配電網應用階段對分布式光伏接入配電對損耗及電壓影響的研究已獲取階段性的研究成果。本文基于已產生的研究成果對光伏接入系統的損耗影響進行進一步的探究具體解決了分布式光伏發電應用過程中所導致的電壓越限的問題，并對系統成本的經濟性進行了創新配置[2]。

1研究進展與階段成果

1.1光伏發電研究進展

太陽能儲能系統是將光伏具體結合轉換為可控的電源減少光伏能量不穩定對配電網運行帶來的實質影響。我國分布式光伏處于上升式發展階段，主要對儲能技術進行了深化探究，并將儲能技術與光伏進行了合并研發[3]。在對光伏發電的實際探索中發現，電池等其他儲蓄介質的應用成本較高，所以在對這兩者的實際合理配置研究中應該將能量損失與經濟損失進行充分考慮。在本文中對功率損耗分布式光伏-儲能系統出力優化及容量配置的經濟性研究是主要方向，對這一領域的能源結構調整對優化我國能源結構具有重要的研究價值。

1.2光伏位置及合理配置的條件

1.2.1節點電壓

在配電網中接入分布式光伏電源，會整體提升系統的節點電壓，并且隨著研究者對電壓的深入探究可發現在配電網中的電壓分布中具有以下三個特點。首先，接入點電壓的提升速度在整個配電網的節點分布中具有主要代表性;其次，在分布式光伏接近線路末端的區域配電網的提升效果最佳;最后，在傳統的光伏電源分散點進行多點接入相較于集中于一點進行接入會導致電壓不穩的狀況出現。

1.2.2系統損耗

光伏電源在配電網的滲透率大小可改變系統損耗量，具體有以下規律：當光伏電源所應用的功率較大時會導致系統能量耗損的增加[4];當系統能量耗損增加時，應將分布式光伏系統的電源接入處配置于后方盡可能減少網絡損耗;當光伏系統的電源注入功率在前期的設置范圍內，則對系統網絡消耗可以相較最初減少69%。

2構建分布式光伏-儲能并網發電系統

2.1分布式光伏-儲能并網發電系統模型

在對分布式光伏-儲能并網發電系統進行構建時，可使間歇性的光伏電源轉化為連續性的能量介質（見圖1）。本文設置的分布式光伏-儲能并網發電系統模型內部主要設有光伏陣列、單向轉變器、雙向轉變器、并網逆變器和蓄電池蓄能系統。通過光伏與儲能相結合的系統設定，可實現系統內部的功率雙向流動。在出現光伏發電系統功率高于實際負荷需要的情況時，可使用多余電量將蓄電池進行儲存。

光伏系統可根據Beta 概率密度函數進行照度建模，最后通過光伏組件對最終的參數進行確定。在系統負荷較小的時間段，光伏系統可通過儲能系統地方負荷進行供電，實現供電系統的全天負荷供電。

2.2分布式光伏對配電網電壓及損耗的影響分析

分布式光伏電源可通過改變配電網的電荷分布形式，對流入的電源進行散射性的輸出，保證用戶可得到配電穩定性。分布式光伏-儲能并網發電系統可對配電網內部的電壓輸出大小、方向進行控制，將電網的多元化配置進行合理應用。由于本文所提出的分布式光伏-儲能并網發電系統的運轉依靠于太陽能，容易受天氣條件以及氣候等客觀原因影響，致使光伏電源的運作具有不穩定性和間歇性[5]。所以，光伏電源在并網的過程中會產生氣候所導致的電路潮濕短路、網線耗損等問題。因此，合理安排分布式光伏-儲能并網發電系統的并網形式是對電源以及配電網電壓接入的具體應用表現。

2.2.1光伏發電系統輸出功率模型

光伏電池板以隊列組成形式構成了光伏發電系統，光伏發電系統的輸出功率跟隨隊列排序的多樣化形成了不同的光照強度。依據其不確定性和對以往的數據分析，可將相同時間段內的光照輻射度按照貝塔分布（Beta Distribution）。可得出的光照強度（S）的光伏電源預測模型為：

P（s）=P_0 （s）?f_b （s）

2.2.2分布式光伏電源接入對配電網電壓的影響

相較于傳統配電網的節點電壓，各節點的電壓部分會跟隨電流負荷的增加兒產生相應的波動。在具有隨機性質的分布式光伏并網的電壓波動范圍內，各節點的電壓波動性相較于配電網的反應會更為激烈。當配電網的電源或得穩定性后，則本文所研究系統的各節點電壓則可以隨之得以改善，提升相應的電壓控制水平。

3分布式光伏-儲能系統經濟性評估

本文提出的分布式光伏-儲能系統獨具分散性的特點。并網式分布式光伏系統在安裝獨立發電裝置后，可由用戶對于負荷的需要，自行設置優先使用光伏輸出的功率。當光伏輸出不能滿足用戶需求時，可協同當地的電網企業進行用戶電能的需求統計，為區域內的用戶提供指向性的供電服務。剩余的電量可為蓄電池進行充電續航[6]。當出現光伏輸出不能滿足用戶需求情況出現時，蓄電池的內部的電量可優先向用戶進行輸入。在此種模式的用電供給模式下，居民可優先享受系統中的電量，投資方在電力輸出的過程中，應按照當地收電標準作為電費收取標準，保證居民的合法權益。供應不及的用電量由當地電網企業進行攻擊，便于后期價格的核算以及標桿電價。投資者則可以或得全電量的政府補貼，包括電網收益、政府補貼收益、取電往收益、降低網損收益四個部分。

4結語

本文構建的分布式光伏-儲能并網發電系統模型可以使配電網的損失率降為最低，采用的模型以系統運行經濟性最優為目標，根據供電區域內可再生能源與負荷情況，采用混合整數線性規劃方法求解儲能最佳容量。為實現分布式光-儲系統成本提供了變革方向，且以明顯的經濟效益為儲能分布式光伏系統容量配置提供借鑒。

參考文獻：

[1]陸懷谷，褚國偉，張偉，葛樂. 面向配電網優化的混合儲能系統控制策略[J]. 可再生能源，2019，37（12）：1816-1825.

[2]劉國靜，呂風波，趙宏大，李冰潔，貢曉旭，史梓男. 基于N-1準則的變電站儲能容量優化配置模型及方法[J]. 電網與清潔能源，2019，35（12）：54-59.

[3]李樹林，戴嘉彤，董海鷹，沈渭程，馬喜平. 考慮相關性的風光抽蓄互補發電系統優化運行[J]. 電力系統及其自動化學報，2019，31（11）：92-102.

[4]于東霞，張建華，王曉燕，高源. 并網型風光儲互補發電系統容量優化配置[J]. 電力系統及其自動化學報，2019，31（10）：59-65.

[5]余夢澤，賈林莉，朱浩駿，丁伯劍，史正軍. 平抑出力波動的風光儲聯合發電系統容量優化配置方法[J]. 電氣應用，2014，33（21）：44-48.

[6]靳雯皓，劉繼春，劉俊勇. 平抑風電功率波動的新型儲能系統控制策略[J]. 電測與儀表，2018，55（24）：78-87.