基于儲能的光伏發(fā)電系統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)分析

陳林

（湖南動(dòng)力源電力勘測設(shè)計(jì)有限公司 湖南 長沙 410021）

引言

伴隨當(dāng)下我國新能源及太能能轉(zhuǎn)化技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用日益創(chuàng)新，將一種新型調(diào)頻技術(shù)及儲能系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行植入十分關(guān)鍵，光伏發(fā)電系統(tǒng)一度受諸多外部因素干擾，導(dǎo)致其功率輸出等存在較大波動(dòng)性。因此，如何利用儲能系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)頻至關(guān)重要。然而有關(guān)基于儲能的光伏發(fā)電系統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)等相對研究較少，基于該問題現(xiàn)狀，要求行之有效的措施對其進(jìn)行分析研究，如結(jié)合實(shí)際需求與現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行技術(shù)分析、集中式儲能光伏發(fā)電系統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)、提升技術(shù)人員專業(yè)素質(zhì)及創(chuàng)新意識、加強(qiáng)日常管理與工作監(jiān)督科學(xué)合理配置。本次研究對基于儲能的光伏發(fā)電系統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)進(jìn)行分析，有十分重要的理論意義。

1 光伏發(fā)電系統(tǒng)在能源開發(fā)應(yīng)用中的重要性

隨著當(dāng)下我國市場經(jīng)濟(jì)建設(shè)迅速發(fā)展，傳統(tǒng)能源開發(fā)手段已經(jīng)無法滿足當(dāng)下需求。能源開發(fā)及消耗降低的緊迫性，促使我國在能源開發(fā)及應(yīng)用領(lǐng)域上必須升級創(chuàng)新。其中，光伏發(fā)電系統(tǒng)作為光能轉(zhuǎn)化利用主要核心，其作用意義頗深。將光伏發(fā)電系統(tǒng)在能源開發(fā)應(yīng)用中的重要意義、特點(diǎn)原理等進(jìn)行研究重點(diǎn)，對其中注意事項(xiàng)及方式方法進(jìn)行闡明，具體如下：

1.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)組成及原理概述

光伏發(fā)電系統(tǒng)主要以太陽能利用為主，將太陽能電池作為能量轉(zhuǎn)變工具，將其太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋９夥l(fā)電系統(tǒng)不是單一片面的簡單流程，而是通過相關(guān)設(shè)備及組織的系統(tǒng)布局。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括：逆變裝置、太陽能電池、控制設(shè)備等。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要原理是能量轉(zhuǎn)化，是對太陽能變成電能的轉(zhuǎn)化過程。主要以光生伏特效應(yīng)為主，從光伏發(fā)電系統(tǒng)種類中發(fā)現(xiàn)，其主要以獨(dú)立型太陽能系統(tǒng)、并網(wǎng)太陽能系統(tǒng)、分布太陽能系統(tǒng)三大為主。在實(shí)際應(yīng)用過程中光伏發(fā)電系統(tǒng)也會隨著時(shí)代創(chuàng)新、環(huán)境不同而變化。

1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用特點(diǎn)及優(yōu)勢

通過對光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用分析后發(fā)現(xiàn)，其特點(diǎn)及優(yōu)勢相對比較明顯，非常適合當(dāng)下我國能源緊缺及再生能源利用。特點(diǎn)如下：第一、光伏發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性受外部因素干擾，且可靠性、穩(wěn)定性較弱，從故障發(fā)生率及風(fēng)險(xiǎn)率方面，相對其他能源利用較高。第二、周期壽命較長，通過對個(gè)別案例及應(yīng)用實(shí)踐分析。光伏發(fā)電系統(tǒng)周期壽命較長，不會造成短期停用及壽命縮短，非常適合在特殊環(huán)境下的長期應(yīng)用。第三、不會對環(huán)境造成污染，在其過程中光伏發(fā)電系統(tǒng)主要以太陽能為主，太陽能本身就具有一定的環(huán)保性。所以，對自然生態(tài)建設(shè)及維護(hù)起到積極促進(jìn)作用。第四、實(shí)現(xiàn)獨(dú)立發(fā)電與并網(wǎng)運(yùn)行模式。獨(dú)立發(fā)電對快速應(yīng)用及設(shè)備要求降低十分必要，并網(wǎng)運(yùn)行則提升該系統(tǒng)的綜合性、配合性。對各組織及相關(guān)企業(yè)單位的選擇應(yīng)用打下基礎(chǔ)，其前景及應(yīng)用發(fā)展領(lǐng)域較寬，非常具有發(fā)展性。主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在工作點(diǎn)在具體變化中速度較快。主要是因該系統(tǒng)受外部因素影響較大，如外部溫度、光照效應(yīng)等。

綜上所述，通過對光伏發(fā)電系統(tǒng)原理及特點(diǎn)進(jìn)行分析，將該系統(tǒng)的特點(diǎn)、優(yōu)勢、原理及發(fā)展前景進(jìn)行闡明。隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)不斷普及應(yīng)用，很多新形式及新種類也層出不窮。其中，基于儲能的光伏發(fā)電系統(tǒng)逐漸成為其主流，在對相關(guān)研究中也偏重于儲能效應(yīng)，將光伏發(fā)電系統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)剖析，利用其日后研究與實(shí)踐應(yīng)用。

2 儲能效應(yīng)在光伏發(fā)電系統(tǒng)調(diào)頻中應(yīng)用必然性

當(dāng)下我國新能源利用發(fā)展速度已經(jīng)超出常人想象，很多新能源項(xiàng)目及開放工程如井噴式增長。以光伏發(fā)電為實(shí)例，其發(fā)展速度已經(jīng)相對時(shí)效與創(chuàng)新。但光伏發(fā)電在發(fā)展過程中也同樣面臨諸多挑戰(zhàn)。最為常見的就是光伏發(fā)電的波動(dòng)性，這種極不穩(wěn)定的波動(dòng)反應(yīng)，則會導(dǎo)致電網(wǎng)在一定時(shí)間、周期內(nèi)發(fā)生能量失衡，如不對其進(jìn)行有效處理，這種情況將持續(xù)增加[1]。對電網(wǎng)系統(tǒng)中的頻率穩(wěn)定及安全運(yùn)行造成一定波及。經(jīng)過實(shí)踐及分析后發(fā)現(xiàn)，儲能在該方面具有較高功能，且主要體現(xiàn)在較好的調(diào)頻性能方面。對調(diào)頻穩(wěn)定及可靠性給予明確，同時(shí)儲能 應(yīng)用也能對其響應(yīng)時(shí)間縮短起到積極作用，且響應(yīng)速度與時(shí)間相對較快。因此，將儲能效應(yīng)應(yīng)用到光伏發(fā)電系統(tǒng)調(diào)頻中十分必要。

3 基于儲能光伏發(fā)電系統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)分析

3.1 結(jié)合實(shí)際需求與現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行技術(shù)分析

在對光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)頻中應(yīng)對其實(shí)際需求、現(xiàn)場環(huán)境等進(jìn)行側(cè)重分析。儲能技術(shù)具有一定的廣泛涉及性，對電源的能量儲備、調(diào)頻及相關(guān)需求都可進(jìn)行針對性滿足。本章節(jié)主要對不同需求光伏發(fā)電系統(tǒng)調(diào)頻要求進(jìn)行概述，將儲能光伏發(fā)電系統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)進(jìn)行簡單分析。例如：很多配電網(wǎng)都會需進(jìn)行夜間供電，且24小時(shí)持續(xù)供電，這種情況在工業(yè)生產(chǎn)及加工中較為常見，而大供電及快速配電必然會造成電網(wǎng)自身壓力加重。基于這種情況就需對光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)調(diào)頻。利用儲能技術(shù)獎(jiǎng)配電網(wǎng)形成的壓力進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，極大減輕其自身壓力。相反也對相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)備、設(shè)施建設(shè)投入起到降低或推遲作用。在進(jìn)行光伏發(fā)電系統(tǒng)調(diào)頻中應(yīng)掌握好頻率的穩(wěn)定性、可靠性，不能讓其頻率產(chǎn)生大幅度波動(dòng)。同時(shí)，隨著太陽能發(fā)電形式普及率越來越高，在儲能技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)對調(diào)頻步驟及方法進(jìn)行規(guī)范，以降低消耗與持續(xù)能源供給為主，結(jié)合實(shí)際需求最大限度提升調(diào)頻質(zhì)量[2]。

3.2 集中式儲能光伏發(fā)電系統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)

通過分析后發(fā)現(xiàn)，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中并網(wǎng)應(yīng)用及開展過程對諸多電網(wǎng)造成較大影響[3]。主要以系統(tǒng)保護(hù)缺乏、個(gè)別線路潮濕、供電能量質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)性價(jià)比失衡為主。特別是在電能質(zhì)量方面，存在嚴(yán)重不可靠、不穩(wěn)定等情況。主要是受外部云層遮擋及相關(guān)因素干擾。這就造成功率在發(fā)射方面產(chǎn)生一定波動(dòng)性。最為明顯的就是頻率波動(dòng)，這種波動(dòng)性對供電質(zhì)量造成較大影響。在該過程中利用儲能進(jìn)行科學(xué)調(diào)頻，可將該問題進(jìn)行解決。以集中式儲能為主，對大型光伏電站拓?fù)渲黧w進(jìn)行分析。

集中式儲能系統(tǒng)主要位于發(fā)電布局中的輸出端口。在該系統(tǒng)有功平穩(wěn)供給方面，主要以儲能系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合作用為主。但受客觀因素及環(huán)境問題影響，擬定對該系統(tǒng)進(jìn)行加入儲能技術(shù)[4]。并對控制及監(jiān)控方式進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而到達(dá)利用儲能技術(shù)對該光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行各種功率、頻率波動(dòng)等控制調(diào)節(jié)。保證該光伏發(fā)電系統(tǒng)以平滑、穩(wěn)定的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)行發(fā)電[5]。

最后，在集中式儲能技術(shù)應(yīng)用中需強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的完整性，對DC、AC，即逆變控制器等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。并結(jié)合實(shí)際需求及設(shè)計(jì)布局，進(jìn)行數(shù)學(xué)建模等。主要從優(yōu)化儲能系統(tǒng)及技術(shù)在發(fā)功率波動(dòng)頻率調(diào)節(jié)中的作用入手，全面提升其功能作用[6]。

3.3 分布式儲能光伏發(fā)電系統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)

互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新智慧能源方式已成為過主要實(shí)施戰(zhàn)略，通過對部分微型分布式系統(tǒng)進(jìn)行分析[7]。其光伏在發(fā)射后會受外部諸多因素影響，這樣輸出功率就會發(fā)生間歇性間斷。同時(shí)，電網(wǎng)頻率也會出現(xiàn)較大波動(dòng)性，如起伏、跌落等。這就需要一種調(diào)頻手段，如缺乏有效調(diào)頻則會對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中的并網(wǎng)工作造成沖擊。所以，基于此采用儲能技術(shù)對該系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)頻十分關(guān)鍵。該分布式儲能裝置主要與該發(fā)電系統(tǒng)的逆變直流接觸點(diǎn)相連接。主要通過對功率跟蹤算法完成該光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率發(fā)送。

通過科學(xué)手段有效提升光伏發(fā)電系統(tǒng)中的穩(wěn)壓調(diào)頻。在該調(diào)頻技術(shù)應(yīng)用中一樣需要結(jié)合數(shù)學(xué)建模與設(shè)計(jì)完善，這樣才能發(fā)揮最大功效及作用[8]。

綜上所述，在儲能技術(shù)應(yīng)用過程中要做好相關(guān)結(jié)合工作，并對光伏發(fā)電系統(tǒng)各參數(shù)、指標(biāo)等進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。將波動(dòng)性與不穩(wěn)定性進(jìn)行明確，這樣才能有利于下一步工作開展，也對光伏發(fā)電系統(tǒng)調(diào)頻穩(wěn)定起到積極作用。當(dāng)然在具體工作開展中也要從多方面、多角度入手，對儲能技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行規(guī)范管理、人才培養(yǎng)等，這些都是其主要發(fā)展方向[9]。在進(jìn)行儲能系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)應(yīng)用過程中或多或少會一定阻礙，必須強(qiáng)調(diào)其對內(nèi)部、外部因素的分析研究，強(qiáng)化解決問題的實(shí)際能力。

4 提升儲能技術(shù)下光伏發(fā)電系統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)質(zhì)量措施

4.1 提升技術(shù)人員專業(yè)素質(zhì)及創(chuàng)新意識

當(dāng)下我國能源開發(fā)正處在大變革時(shí)期，新技術(shù)、新形式不斷出現(xiàn)。光伏發(fā)電已經(jīng)成為一種生產(chǎn)常態(tài)，從電能供給及能量轉(zhuǎn)為層面都具有價(jià)值意義。針對光伏發(fā)電系統(tǒng)功率的波動(dòng)性，對其功率及相關(guān)頻率進(jìn)行合理控制至關(guān)重要。將儲能技術(shù)進(jìn)行充分發(fā)揮與作用體現(xiàn)，應(yīng)以人的作用決定為主。工作技術(shù)人員是其工作步驟中的主要核心。在基于儲能技術(shù)下光伏發(fā)電系統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)質(zhì)量提升方面，全面開展技術(shù)人才隊(duì)伍建設(shè)，是當(dāng)下最為棘手任務(wù)[10]。具體如下：第一、加強(qiáng)專業(yè)知識培訓(xùn)，主要以光伏發(fā)電相關(guān)專業(yè)知識為主，對各種電能轉(zhuǎn)變技術(shù)、專業(yè)原理等進(jìn)行講解。讓更多的工作技術(shù)人員掌握基礎(chǔ)原理。可采用校企合作方式，讓高校專業(yè)教師及學(xué)生進(jìn)入企業(yè)，對太陽能及調(diào)頻專業(yè)知識等進(jìn)行傳授。同時(shí)，也可通過傳幫帶方式。老技術(shù)人員將自身能力與調(diào)頻技巧進(jìn)行對新人傳授。第二、提升創(chuàng)新意識，當(dāng)下新能源與環(huán)保要求逐漸提到國家發(fā)展議程。針對此，在進(jìn)行儲能技術(shù)應(yīng)用中對技術(shù)核心進(jìn)行創(chuàng)新，將更為環(huán)保、綠色的光伏發(fā)電系統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)進(jìn)行研發(fā)。將功率發(fā)射的穩(wěn)定性與可靠性進(jìn)行明確，這樣才能為日后全面發(fā)展光伏發(fā)電系統(tǒng)普及應(yīng)用奠定基礎(chǔ)[11]。

4.2 加強(qiáng)日常管理與工作監(jiān)督科學(xué)合理配置

在對光伏發(fā)電系統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)應(yīng)用中一定要從管理、監(jiān)督層面入手。電網(wǎng)企業(yè)在運(yùn)行發(fā)展中必然會遇到諸多問題。在儲能技術(shù)、調(diào)頻技術(shù)融合應(yīng)用中只有對各規(guī)章制度、項(xiàng)目需求等進(jìn)行明確，這樣才能發(fā)揮到最佳效果。具體如下：第一、加強(qiáng)日常管理，在日常管理總應(yīng)對光伏發(fā)電系統(tǒng)整個(gè)布局、規(guī)范等進(jìn)行控制，對各設(shè)備及技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行合理化分析[12]。并將儲能技術(shù)融合的必要性、重要性進(jìn)行詮釋。規(guī)范儲能技術(shù)的應(yīng)用步驟與設(shè)計(jì)流程。在實(shí)際應(yīng)用中一定要層理論結(jié)合實(shí)際角度出發(fā)，將數(shù)學(xué)模型與設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行完善。從功率發(fā)射干擾影響及實(shí)際解決困難角度出發(fā)。第二、提高相關(guān)工作監(jiān)督管控，在對光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)頻過程中應(yīng)做好監(jiān)督管控工作，主要是強(qiáng)化整個(gè)調(diào)頻中實(shí)時(shí)監(jiān)控，將各調(diào)頻數(shù)據(jù)及相關(guān)信息進(jìn)行匯總分析，并以報(bào)告形式呈現(xiàn)出來，通過數(shù)據(jù)監(jiān)測及系統(tǒng)分析，讓整個(gè)調(diào)頻步驟變得更為直觀透明。如在該過程中發(fā)生人為或管理問題，一定要第一時(shí)間進(jìn)行處理，防止更多風(fēng)險(xiǎn)及隱患發(fā)生。第三、將光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行成本進(jìn)行降低，在系統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)應(yīng)用中以儲能系統(tǒng)為主，將無必要能源消耗及成本投入進(jìn)行最大化控制，在該過程中應(yīng)以成本優(yōu)化、降低污染為主。讓綠色供電及環(huán)保轉(zhuǎn)化作為主要工作核心。這樣才能實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益最大化[13]。

5 結(jié)論

綜上所述，通過對基于儲能的光伏發(fā)電系統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)進(jìn)行分析研究，主要包括：結(jié)合實(shí)際需求與現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行技術(shù)分析、集中式儲能光伏發(fā)電系統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)、提升技術(shù)人員專業(yè)素質(zhì)及創(chuàng)新意識、加強(qiáng)日常管理與工作監(jiān)督科學(xué)合理配置等，從不同方面及角度對光伏發(fā)電系統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)在儲能系統(tǒng)下的方法應(yīng)用，質(zhì)量提升措施進(jìn)行闡明，為下一步工作開展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。