光伏電站和風電場儲能容量配置的技術經濟研究

馬永峰

摘 要：風電系統具有間歇性、波動性的輸出特性，嚴重影響了電力系統的安全穩定運行。現階段，光伏儲能系統的容量配置方法是實際儲能工程建設中的重要研究方向，許多學者都在相關領域作出研究，針對大型分布式風電光伏儲能系統調峰負荷瓶頸問題，提出了容量優化配置方法。

關鍵詞：光伏電站;風電場儲能容量配置;技術經濟研究

引言

近年來，我國的綜合國力的發展迅速，隨著我國經濟的快速發展，社會用電量不斷增長，用戶對電能質量的要求也越來越高。由于光伏具有不確定性和間歇性等特點，其大規模接入對配電網的安全穩定運行帶來諸多挑戰，例如功率潮流倒送、新能源出力消納困難、節點電壓越限等。目前，儲能技術的研究領域主要包括蓄電池儲能、機械儲能、電磁儲能等。其中，憑借具有高能量密度和快速充放電能力特點，蓄電池儲能系統可為上述問題的解決提供指導思路，因此BESS的優化配置對于配電網規劃運行具有重要研究意義。

1原因分析

（1）臺區電壓偏高。一是分布式光伏發電設備廠家與產品多而雜，不同品牌的光伏設備質量參差不齊，出現了逆變器變壓不穩等問題。二是臺區負荷低時，光伏發電高峰時段（如在10時至14時）造成臺區電壓偏高。（2）變壓器重過載。臺區改造受項目儲備立項、批復周期的限制而非常緩慢，導致很多臺區都是先接入分布式光伏發電項目后進行改造。分布式光伏接入的速度遠高于目前配電網改造的速度。而當前可采用的運維手段有限，不能夠徹底消除變壓器重過載運行狀況。（3）設備設施發熱。分布式光伏發電并網接入后，當負荷電流大于設備運行的額定電流，長期運行便會造成設備連接處等薄弱環節發熱。

2諧波特性與交互影響

2.1諧波特性分析

光伏發電通過電力電子器件接入系統，而其含有的逆變器等電力電子器件是含光伏發電系統的電網的主要諧波產生器件，對電網中諧波特點進行分析，是采取相應諧波解決措施、保證系統安全穩定運行的前提。光伏發電為諧波電壓源，主要產生3次、5次及與開關頻率有關的高次諧波。諧波電壓傳播的穿透力與電壓等級有關，從高電壓等級向低電壓等級傳播具有較強的穿透力;諧波在同一電壓等級中滲透與其相互距離有關，距離越遠時，其穿透力越弱。多個分布式光伏系統并聯，或單個分布式光伏系統受配電網中阻抗的影響，其諧波明顯呈現寬頻域特性。分布式電源接入電網首端時諧波含量較高，接入末端或中端時諧波含量較低。隨著接入電網的分布式電源容量的逐漸增加，電網中的諧波污染也會越嚴重。分布式電源接入時，需通過諧波抑制裝置并網。諧波對電網的影響取決于各諧波分量的相位角，由于連接的設備多種多樣，因此畸變指數不會以簡單的加法方式表現出來。諧波問題的分布式光伏并網更好，負載阻抗過高時分布式光伏不適合并網的結論。

2.2諧波交互影響

傳統的諧波分析技術利用諧波源模型進行諧波源定位或諧波源責任劃分，僅側重于負荷側或諧波源側，未考慮二者間的諧波交互影響。逆變器等電力電子設備廣泛使用，使光伏電站諧波輸出具有高頻次、寬頻域的特性，以往光伏系統在電網中滲透率較低，產生的諧波電流含量較少，對電網影響在可接受范圍，而光伏系統逆變器較多，在某些區域電網中滲透率已足夠高，光伏系統產生的諧波與輸配電系統的交互耦合也愈加復雜。諧波在阻抗網絡的傳輸中，往往會有一定頻率范圍的諧波產生放大。一方面是由于系統中固有的諧波電壓，另一方面是由于光伏系統接入產生的諧波電流。二者可能會產生諧波交互影響，導致電能質量加劇惡化，當多逆變器并聯時，諧波交互影響加劇。（1）建立分布式光伏發電并網溝通協調機制。加強光伏專責與分布式光伏用戶的溝通協調，定期召開溝通協調會，就如何選用質量過硬的并網設備，使用合格的逆變器，如何將逆變器的電壓調整至合理范圍之內進行討論。同時，開展好內部協調工作，對能通過調節變壓器分接開關解決問題的，及時安排臺區經理進行調節，滿足人們對高質量高可靠性供電的需求。（2）實施多維度臺區負荷優化治理。開展現場勘察，掌握好現場第一手資料，做好臺區改造項目的儲備和優化調整，按照輕重緩急推動改造項目有效實施。運用好運維手段，將同一個村內不同臺區負荷情況摸清楚，以便通過調節重過載臺區負荷至輕載臺區的方式，解決過負荷問題。合理地輪換變壓器或增容變壓器，解決分布式光伏發電并網造成的重過載問題。

3控制策略

3.1系統控制流程

光伏電站完成路徑優化和裝備優化后，場站存在兩套具備暫態和穩態控制的無功源，在光伏電站并網點功率執行站側直采電壓，測量場站對電力系統的阻抗，設定穩態和暫態電壓門限值（可在線變更），功率執行站實時跟蹤電壓波動，當光伏電站電壓越過暫態電壓門限值時，實時計算容性或感性無功調節量，根據無功源裕度實時下發無功遙調指令群控場站無功源，實現場站級暫態電壓支撐，同時，暫態控制狀態機接收調度電壓控制指令，響應新的目標電壓值，從而完成場站級穩態電壓調節。

3.2光伏電站無功電壓控制模式

考慮光伏電站運行工況，本方案可實現3種控制模式：經濟運行模式、SVG檢修模式和發電檢修模式。（1）經濟運行模式是指在正常發電工況下，功率執行站優先將光伏逆變器作為場站的無功電壓調節對象，SVG作為容量補充，降低SVG運行損耗，提高光伏電站經濟性。（2）SVG檢修模式是指功率執行站能實時監測SVG運行狀態，當SVG設備因故障檢修而離線時，功率執行站只將逆變器作為無功電壓調節對象;當SVG重新上線后，可自動切換為經濟運行模式。（3）發電檢修模式是指功率執行站能實時監測光伏逆變器運行狀態，當部分光伏逆變器因檢修而離線時，功率執行站能智能識別無功可調節裕度，保障發電檢修過程中光伏電站無功電壓的持續性。隨著世界能源產業結構的調整和人類對環境問題的重視，太陽能憑借資源豐富、布局靈活的優勢，成為當今新能源發展的主流，當前越來越多的光伏電站投入運營。光伏電站的可靠運行，需要匯流箱、逆變器等設備在無故障狀態下運行，對光伏設備的狀態監測十分重要。目前，光伏電站主要采用人工定期檢查、網絡化監控的方式對設備進行監測。由于人力資源有限及傳統光伏監測系統智能化不足，這兩種方式都存在光伏陣列監測不足、遇到故障時無法快速定位的問題。

結語

大數據下分布式風電光伏儲能容量配置通過將廣泛分布的終端用戶儲能設備匯集到分布式風電光伏儲能中，實現電網與用戶的雙向交互，當總容量不變時，可降低高功率儲能系統的應用容量，從而降低建設成本，增加輔助服務的收益。雖然從解決配電網安全問題的角度考慮儲能設備的選址和容量分配，但是忽略了儲能建設成本對容量配置的影響，成本是制約儲能系統在實際應用中大規模推廣的主要因素，也是今后研究工作需要綜合考慮的重點。

參考文獻

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