儲能型光伏并網發電系統應用研究

孫 靜

（新鄉職業技術學院信息工程學院，河南 新鄉 453006）

隨著工業化進程的加快，化石燃料的消耗問題越來越嚴重。為此，世界各國不斷開發新能源，試圖以可再生能源取代傳統能源。太陽能作為分布廣泛、來源充足的可再生能源，借助光伏被轉變為電能，環保無污染，由此成為當前重點開發的能源之一。近年來，隨著光伏組件成本的降低，光伏電站建設規模不斷擴大，但從實踐情況來看，光伏并網發電受到多種因素影響，存在運行不穩定、儲能效率不高等問題，亟須通過技術優化改善發電系統的儲能性能。

1 光伏并網發電系統

光伏并網發電系統主要由光伏陣列、最大功率點追蹤裝置、儲能裝置、逆變器及變壓器等構成。光伏并網發電的基礎是光伏陣列，通過串并聯方式將電池連接并固定在支架上，以實現太陽能向電能的轉化。通常而言，光伏并網發電系統具備以下特征。其一，作為依賴太陽能的發電形式，光伏并網發電易受到溫度、光照強度、天氣等自然因素的影響，導致發電輸出功率波動性變化，難以保障穩定的供電效果。其二，光伏并網供電時需借助逆變器進行電能輸出方式的切換，以實現并網的目的。但在并網過程中會因頻繁切換產生諧波干擾，通常要求總諧波必須低于15%，但過于頻繁的波動造成整個電網負荷增加，各種電流設備的壽命受到威脅。其三，光伏并網發電系統中電能接收端數量增加，很容易因電網故障或維修而發生跳脫，導致末端電器設備處于停滯狀況而被孤立，從而導致檢測失靈現象的產生。

2 光伏并網發電系統對電網的影響

2.1 供電質量

光伏并網發電過程中，云層、陰雨天氣會遮擋太陽，直接影響光伏發電效率，導致光伏并網發電出現頻閃、大波動等問題；部分發電系統在直流電轉換時，諧波干擾概率增加，導致電網運轉受影響。其一，針對天氣變化造成的光伏并網發電質量下降問題，可通過新能源智能微網進行調節，或借助補償設備予以調度。一方面，分布式光伏并網發電系統主要為當地用戶服務，通過并網實現電能的補償或外送。為減少單一太陽能發電帶來的不穩定性因素，可與風能發電組成新能源網，以解決光伏電網系統運行問題。另一方面，集中式光伏并網發電系統則因設置補償發電設備，以增強電能波動時的調頻能力。其二，隨著光伏并網發電比例的增加，諧波干擾問題愈發嚴重。其中，直流電在轉變為交流電的過程匯總會產生諧波，若電網中同時存在多個諧波，還可能出現高頻諧振。為此，除有效檢測光伏并網發電系統中的諧波外，還要通過以下兩種方式對諧波干擾加以控制。一方面，在逆變器中設計諧波抑制電路或校正電路，對產生的諧波干擾進行處理。另一方面，在光伏并網發電系統末端增加處理裝置，對流入的諧波及畸變電流進行過濾處理。

2.2 供電保護

光伏并網發電系統在太陽光過強時，輸出功率顯著增加，很可能因電流過載引發保護實效問題。而且，特殊雷暴天氣下，外露的太陽能板可能遭受雷擊。同時，孤島現象帶來的維修風險，將進一步增加光伏并網發電系統的保護成本。其一，光伏發電系統在并網前，支路潮流為單向流動，過載保護也不存在方向限制；而當光伏系統并網后，電網潮流呈現不確定性，此時需要借助方向保護裝置，避免系統因過載造成設備故障。其二，為避免雷擊對電力設備的損壞，可在光伏并網發電系統的重要部位安裝防雷裝置。一方面，對于光伏電池組等室外裸露裝置，可單獨設置環形防雷帶，以保護重要組件的使用安全。另一方面，對于變壓器類用電設備則可采用外接地線的方式，為整個光伏并網發電系統提供安全保障。其三，光伏并網發電系統引發的孤島現象，不僅會造成供電管理混亂，還可能造成人身財產安全問題。因此，優化孤島效應檢測機制能將危險因素降至最低。一方面，主動式檢測是在光伏并網發電系統中加入擾動信號，系統在正常運行時，因平衡作用擾動信號檢測不到；而當孤島干擾出現時，擾動信號對不斷累積并超過標準范圍，進而觸發抗孤島效應保護電路。另一方面，被動式檢測則通過逆變器輸出檢測，將其與并網標準進行比對，從而判斷是否出現孤島效應。

3 儲能型光伏并網發電系統的應用

對于大規模的光伏發電站，為減少各種影響因素的干擾，進一步提升發電效率，需要增加智能調節裝置或儲能裝置，以提升電網的輸電效能。而且，儲能型光伏并網發電系統還能通過調控充放電過程，確保電量的穩定輸出，減少不良運行引發的各類問題。

3.1 在緩解電網壓力中的應用

不同地區、城鄉之間的用電需求及時段不同，為降低供電系統壓力，最大限度滿足不同群體的用電需求，可采用儲能型光伏并網發電系統。儲存型光伏并網發電系統本質上是在電網負載較低時儲存電能，而在負載高端時進行釋放。“低儲高放”的儲能方式不僅保障了用電高峰時的電力供應，而且降低了波峰波谷供電對供電系統的沖擊，保障了光伏發電系統的平穩運作。此外，微電網的設置進一步提升了供電系統的穩定性。在供電正常狀況下，微電網可與光伏并網發電系統向分離，微電網處于獨立運作模式，能高效完成供電任務；而當光伏供電壓力過大時，光伏電池組成的微電網可發揮儲能優勢，保障整個系統的安全運行。

3.2 在降低供電故障中的應用

光伏并網發電系統在運行時，為降低事故發生概率，需要具備一定的負荷調控能力。特別是在供電負荷高峰時，不同電網之間需要實現交替運作，以確保電網的安全正常運作。儲能型光伏并網發電系統運行時，能確保至少有一條線路響應負荷，以避免高功率運作對設備的影響。不同電網的交替使用不僅實現了信息傳輸的高效共享，而且降低了供電調整造成的電網運行不穩定問題，將電能供應控制在合理范圍內。此外，電能負荷轉移與電路調峰類似，能在需求少時儲存電能，在高峰時釋放電能，以實現電能資源的合理配置。儲能型光伏并網發電系統的負荷轉移功能，減少了電能供應不足帶來的不良影響。

3.3 在保障電能質量中的應用

在光伏并網發電系統中，儲能技術的創新應用實現了電能質量的精準調控，并通過相角、濾波及電壓控制，進一步增加供電穩定性。其一，以往電能供應質量采用人工手段進行調控，細節問題容易被忽略，且用電壓力波動性變化時，人工調控準確性難以保障。而儲能型光伏并網發電系統能避免電量供應波動造成的供電質量下降，避免了電網運行問題造成的局部停電問題，滿足居民的正常用電需求。其二，儲能型光伏并網發電系統不僅滿足了用戶高品質的用電需求，而且能在電力故障或存在用電隱患時，為用戶提供自動斷電保護服務，并將斷電后釋放的電能加以儲存。其三，儲存型光伏并網發電系統具備良好的逆變控制能力，不僅能控制有源濾波，使供電電壓保持穩定，而且能及時調整相角偏差，保障相角維持在合理范圍內。

4 復合型儲能光伏并網系統

儲能型光伏并網系統的運行仍存在一些障礙，而復合技術的推廣應用進一步優化了光伏并網發電系統的供電效率。以“超級電容+蓄電池”的復合型儲能光伏并網發電系統為例，這種儲能方式能減少運行過程中的諧波干擾，還能與光伏陣列、轉化器等元件進行組合，以超級電容與蓄電池的優勢互補達到緩解供電效率波動的效果。此外，復合型儲能發電方式具備良好的調度性，提升了抗外界干擾的能力，也讓整個發電系統更加穩定。

5 結 語

光伏并網發電作為新能源利用方式，在科技的推動下，使用范圍不斷擴大。但受到電能質量、供電穩定性及安全性等因素的影響，光伏供電效果欠佳，甚至可能給電力設備帶來安全隱患。儲能型光伏并網發電系統的應用不僅提升了供電的穩定性，而且實現了用電峰值波動時電能供應的優化配置，滿足了人們多樣化的用電需求。雖然儲能型光伏并網發電系統已經在原有技術上實現了突破，但研究人員仍需不斷優化儲能技術，拓展光伏發電應用領域，擺脫火力發電的能源依賴，真正實現綠色環保能源的高效利用，讓太陽能發電惠及更多群眾。