儲(chǔ)能技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

丁科宇

摘要：光伏電源不同于傳統(tǒng)電源，它的輸出功率隨光照強(qiáng)度、溫度等環(huán)境因素的改變而劇烈變化，而且具有不可控性，因此，光伏發(fā)電若要取代傳統(tǒng)能源實(shí)現(xiàn)大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電，它對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊影響是不可忽視的，并且，隨著光伏系統(tǒng)在電網(wǎng)中所占比例的不斷增大，它對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)的影響必須得到有效地治理以保證供電的安全可靠性。

關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng);儲(chǔ)能技術(shù);應(yīng)用

一、光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響

1.1線路潮流

正常運(yùn)行中的電網(wǎng)支路潮流狀態(tài)是單向流動(dòng)的。光伏系統(tǒng)提供電壓支撐，但光伏系統(tǒng)是一種分散式的發(fā)電系統(tǒng)，電源接入電網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)中潮流會(huì)變成雙向潮流，增加了短路電流。電壓調(diào)整的難度加大，配電功率不斷波動(dòng)下，可能會(huì)出現(xiàn)支路潮流出現(xiàn)越限、三相不平衡、變壓器容量越限、頻率波動(dòng)、節(jié)點(diǎn)電壓越限等狀況，電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓調(diào)整設(shè)備也會(huì)出現(xiàn)異響，影響了系統(tǒng)的供電。潮流的隨機(jī)性，降低了機(jī)組的使用壽命，加大了電網(wǎng)的損耗。

1.2系統(tǒng)保護(hù)

當(dāng)光照強(qiáng)烈時(shí)電站輸出功率的增加導(dǎo)致短路電流的加大，會(huì)出現(xiàn)過(guò)流保護(hù)配合失誤情況，還會(huì)對(duì)熔斷器正常工作造成影響，影響整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)。當(dāng)配電網(wǎng)沒(méi)接入光伏發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，支路潮流通常是沒(méi)有保護(hù)的單向性輸出。在配電網(wǎng)接入光伏發(fā)電系統(tǒng)后，配電網(wǎng)絡(luò)就成了多源網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)潮流的具體流向也出現(xiàn)隨機(jī)性，所以必須要求系統(tǒng)中裝了方向性保護(hù)裝置。

1.3電能質(zhì)量

在日常發(fā)電中，巨大云層的遮擋，讓光伏電源的發(fā)出功率短時(shí)間內(nèi)升或降的幅度太大，讓大型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的電壓產(chǎn)生閃變、頻率波動(dòng)較大。還有光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能是直流電，在通過(guò)逆變裝置接入電網(wǎng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生諧波，影響電網(wǎng)的使用。

1.4電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行

光伏電源的功率輸出受天氣影響而不穩(wěn)定，當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行后，要保證系統(tǒng)的調(diào)頻和調(diào)峰等能力，就必須添加有合適容量的旋轉(zhuǎn)備用，增加了供電成本。但光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在給電網(wǎng)供電時(shí)加大了系統(tǒng)的損耗，降低使用壽命，加大投資商的資金投入，違背了電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行。在經(jīng)濟(jì)性方面還要需要考慮到旋轉(zhuǎn)備用產(chǎn)生的耗能與排放。

1.5運(yùn)行調(diào)度

光伏電源的可調(diào)度性受到變化莫測(cè)的天氣影響，特別是高原地區(qū)的云層。電網(wǎng)運(yùn)行商在系統(tǒng)中光伏電源的比例到達(dá)一定程度時(shí)，就必須考慮好電力調(diào)度要如何才能安全可靠的進(jìn)行。并且光伏電價(jià)與常規(guī)電價(jià)的不同，要多考慮電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性調(diào)度，還要滿足電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

二、儲(chǔ)能技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1電網(wǎng)層面

2.1.1電力調(diào)峰

電力調(diào)峰就是為了減少在峰電時(shí)段大功率負(fù)荷時(shí)電能的需求，減少電網(wǎng)負(fù)荷壓力。電網(wǎng)中的儲(chǔ)能裝置有較大的靈活性，能夠在負(fù)荷較低時(shí)儲(chǔ)存好光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能，在負(fù)荷高峰時(shí)段再釋放出電能，這些負(fù)荷供電提高了電網(wǎng)供電的可靠性，提高電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.1.2微電網(wǎng)

微電網(wǎng)并網(wǎng)在未來(lái)的輸配電系統(tǒng)中是重要的發(fā)展趨勢(shì)，它能夠提高電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。系統(tǒng)與微電網(wǎng)分離時(shí)，微電網(wǎng)運(yùn)動(dòng)處于孤島模式，微電網(wǎng)電源可以獨(dú)立承擔(dān)好電網(wǎng)的供電任務(wù)。微電網(wǎng)中光伏電源的構(gòu)成，讓儲(chǔ)能系統(tǒng)在負(fù)載情況下提高了安全與穩(wěn)定供電。

2.1.3電網(wǎng)電能質(zhì)量控制

儲(chǔ)能技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中可以控制電網(wǎng)電能質(zhì)量，可穩(wěn)定光伏電源的供電性能。通過(guò)合理的逆變控制措施，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的電能質(zhì)量可以得到儲(chǔ)能系統(tǒng)的有效控制，能調(diào)整相角、穩(wěn)定電壓、有源濾波等。

2.2光伏電站層面

2.2.1負(fù)荷響應(yīng)

電網(wǎng)會(huì)自動(dòng)選取并控制一些高功率的負(fù)荷，在負(fù)荷高峰階段能交替工作，保證負(fù)荷高峰階段電網(wǎng)還能正常、安全的運(yùn)行。當(dāng)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用在這些電力用戶時(shí)，還要保證電網(wǎng)與光伏儲(chǔ)能電站間至少有一條通信線路連接負(fù)荷響應(yīng)控制系統(tǒng)，那么負(fù)荷響應(yīng)策略對(duì)那些高功率設(shè)備帶來(lái)的影響就可以避免。

2.2.2負(fù)荷轉(zhuǎn)移

負(fù)荷轉(zhuǎn)移與電力調(diào)峰應(yīng)用技術(shù)類似，具有靈活性。在負(fù)荷低谷時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)將根據(jù)情況儲(chǔ)存發(fā)電產(chǎn)生的多余電能。在負(fù)荷高峰期時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)再釋放多余電能，提高電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與儲(chǔ)能系統(tǒng)的配合使用，減少高功率負(fù)荷交替運(yùn)行的不良影響，減少在高峰時(shí)市電的需求，提高用戶的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2.3斷電保護(hù)

光伏儲(chǔ)能技術(shù)中還能給用戶提供斷電保護(hù)功能，當(dāng)正常市電供電停止供電或者無(wú)法提供時(shí)，光伏系統(tǒng)可以直接提供所需電能。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或用電存在危險(xiǎn)隱患時(shí)，光伏系統(tǒng)能自動(dòng)斷電，斷電后發(fā)出的電能通過(guò)儲(chǔ)能技術(shù)還能自動(dòng)儲(chǔ)存。這種電力孤島技術(shù)對(duì)電網(wǎng)與用戶都是有利的，可以保證用戶在沒(méi)有市電供電時(shí)還能正常工作，電網(wǎng)系統(tǒng)在用電高峰時(shí)減輕部分電力負(fù)荷。

三、儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)展需求

3.1控制技術(shù)

根據(jù)儲(chǔ)能裝置的使用特點(diǎn)設(shè)置合理的充放電控制裝置，可以讓儲(chǔ)能裝置發(fā)揮出最大的能量輸出，讓儲(chǔ)能裝置使用效率與使用壽命達(dá)到最佳。如傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池，它就需要長(zhǎng)時(shí)間的低電流充電，防止電池鉛版形成結(jié)晶，如充電電流太大，會(huì)降低電池儲(chǔ)電能力與電池使用壽命。儲(chǔ)能裝置中的充電電源光伏電池的充電環(huán)境較差，頻繁的充電、放電，電流功率忽大忽小，影響電池的適應(yīng)壽命。那么需要研發(fā)先進(jìn)的儲(chǔ)能裝置控制管理系統(tǒng)，讓儲(chǔ)能裝置的充電、放電問(wèn)題能有效地解決。但是工頻交流電在目前的儲(chǔ)能設(shè)備還不能直接使用，配套的電能轉(zhuǎn)化裝置還需要研制與開(kāi)發(fā)。

3.2儲(chǔ)能技術(shù)

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中儲(chǔ)能裝置的工作環(huán)境較差，是由于儲(chǔ)能系統(tǒng)經(jīng)常處于充電、放電的循環(huán)中，電流功率忽大忽小，充放電工作不規(guī)律影響儲(chǔ)能裝置的使用，減少電池的使用壽命。根據(jù)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的特性與儲(chǔ)能技術(shù)需進(jìn)行一些改進(jìn)：研究與提升功率密度與能量密度;研究并延伸儲(chǔ)能裝置在不同環(huán)境下的運(yùn)行，保證具有安全、可靠性;不斷提高儲(chǔ)能裝置的充電、放電速度;針對(duì)儲(chǔ)能裝置的使用壽命進(jìn)行研究，盡量延長(zhǎng)其循環(huán)壽命;還要控制好儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用成本。

3.3系統(tǒng)建模全面分析

要想讓光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)研制的科學(xué)、合理，還需對(duì)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)全面的綜合分析，包含系統(tǒng)運(yùn)行管理、運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性等方面。需要依據(jù)光伏行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，分析光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用周期與經(jīng)濟(jì)性。需要研發(fā)者根據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行建模，模擬光伏并網(wǎng)電站中儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用，全面分析光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行情況，不斷分析與改進(jìn)，促進(jìn)儲(chǔ)能系統(tǒng)在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)合理的應(yīng)用，讓儲(chǔ)能系統(tǒng)成熟、合理的發(fā)展，提高光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用效果與價(jià)值。

四、結(jié)論

儲(chǔ)能技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用，為解決光伏發(fā)電對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)的不良影響提供了可行性方案，并且，它的應(yīng)用無(wú)論是在用戶側(cè)還是在電網(wǎng)側(cè)都將帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。因此，儲(chǔ)能技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的的應(yīng)用將成為今后的一個(gè)重要研究方向。光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的迅猛發(fā)展為儲(chǔ)能技術(shù)提供了新的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展方向，而儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展、突破也將進(jìn)一步促進(jìn)光伏并網(wǎng)發(fā)電的實(shí)用化進(jìn)程。

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