區域能源互聯網技術下分布式光伏儲能系統的優化配置

陳會周

（安徽送變電工程有限公司，安徽 合肥 230022）

0 引 言

隨著全球能源需求的不斷增長和環境問題的日益突出，可再生能源逐漸成為解決能源供應和環境可持續性發展的重要選擇。分布式光伏發電系統和儲能系統作為重要的可再生能源技術，具有安裝靈活、低碳排放和地方化供能等優勢。然而，分布式光伏發電系統和儲能系統存在規模分散、波動性強、與傳統電網的互聯互通不暢等問題，在實際應用中仍面臨一些挑戰。

目前，區域能源互聯網技術的興起為分布式光伏發電系統與儲能系統的優化配置提供了新的機遇。區域能源互聯網技術通過智能化的能源管理和調度，實現了分布式能源系統的協同運行和優化配置。通過有效整合分布式光伏發電系統和儲能系統，可以提高能源利用效率、降低能源損耗，為電網運行的可靠性和穩定性提供支持。

1 分布式光伏儲能系統相關技術

1.1 分布式光伏發電技術

分布式光伏發電技術是將光伏發電系統設立在用戶側或建筑物上，實現近距離供能和電力自給自足。該技術具有以下特點：第一，安裝靈活。分布式光伏發電系統可以根據不同的用電需求和場所條件定制設計和安裝方案。第二，低碳排放。光伏發電系統利用太陽能發電，無須燃燒化石燃料，從根本上減少了二氧化碳等溫室氣體的排放。第三，發電裝置分布在多個地方，實現了分散化供能，減少了能源輸送損耗和電網的負荷壓力[1]。

1.2 儲能技術

儲能技術是將能量轉化為其他形式進行儲存，并在需要時釋放的技術。儲能技術在區域能源互聯網中扮演著重要角色。常見的儲能系統包括鋰離子電池儲能系統、超級電容器儲能系統和儲熱系統。其中鋰離子電池儲能系統具有高能量密度、長壽命、快速響應等優點，是最常用的儲能技術之一。除此之外，還有一些其他的儲能技術，如壓縮空氣儲能、重力儲能、流電池儲能等。不同儲能技術的特點和適用范圍也有所不同，儲能技術的選擇取決于具體的應用場景、能量需求和經濟因素等。隨著技術的不斷進步和創新，儲能技術在實現可持續能源和能源轉型方面發揮的作用越來越重要。

2 分布式光伏儲能系統的優化配置方法

2.1 系統優化目標與約束條件

2.1.1 優化目標

優化目標通常包括最大化能源利用效率、最小化成本、提高系統穩定性以及對環境友好。首先，最大化能源利用效率是通過合理配置光伏儲能系統，盡可能多地利用太陽能發電，將太陽能轉化為電能并存儲起來，以最大限度地利用可再生能源[2]。其次，最小化分布式光伏儲能系統的建設、運維、維護成本，通過優化配置策略降低總體成本。再次，提高系統穩定性是確保能源供應的穩定和可靠的關鍵，通過對系統的優化配置來平衡能源供需，減少系統波動性。最后，要對環境友好，在進行分布式光伏儲能系統的優化配置時，最大限度地提高土地利用率、加大對景觀的保護力度，減少對生態環境的影響。

2.1.2 約束條件

系統的優化配置會受到約束條件的限制。第一，可用資源限制。系統的優化配置可能會受到可用資源的限制。例如，在太陽能光伏儲能系統中的太陽能資源利用率，系統需要根據太陽能的輻射情況來確定光伏電池板的布局和容量。第二，儲能系統的容量限制。系統需要根據可用的儲能技術和成本來確定合適的儲能容量。第三，網絡接入限制。即分布式光伏儲能系統必須接入電網才能進行能量交互。第四，電網的限制。電網容量和技術要求會對系統的優化配置產生影響，因此系統的規模和技術要求必須符合電網的建設規模和建設要求，以確保系統能夠順利接入并與電網協調運行。第五，系統的安全限制。優化系統的配置必須確保系統的安全性和可靠性，即系統能夠在各種操作條件下正常運行，避免潛在的安全風險和故障。例如，監測系統運行狀態，預防潛在的故障情況，設立故障應對措施等。

2.2 分布式光伏系統優化配置策略

分布式光伏系統的優化配置策略包括安裝位置與角度的優化、光伏容量的配置、儲能系統的選擇和容量確定。首先，安裝位置與角度優化策略需要考慮太陽的高度角和方位角，用于確定光伏板的安裝方向，避免光伏板受遮擋物的影響，調整光伏板傾角使太陽輻射接收效果最大化。其次，光伏容量配置策略需要綜合考慮負荷需求和天氣數據等信息，并考慮光照變化的因素，確定合理的光伏容量范圍，以滿足用戶的用電需求。最后，儲能系統選擇與容量確定策略包括選擇適合的儲能技術和確定合適的儲能容量，以平衡能源供需，滿足系統需求。分布式光伏系統優化配置如表1所示。

表1 分布式光伏系統優化配置

2.3 儲能系統優化配置策略

儲能系統的優化配置策略包括選擇合適的儲能類型、確定合理的儲能容量等。第一，選擇儲能類型，需要考慮不同技術的優勢與限制，如鋰離子電池、鈉硫電池或流電池等。第二，確定儲能容量，需考慮負荷需求和電網情況，以平衡和調節能源供需。第三，充放電策略方面，制定合理策略，如在太陽能過剩時充電，在負荷高峰時放電。第四，引入智能能量管理系統，優化充放電策略，提高能源利用效率和系統穩定性。這些優化策略支持分布式光伏系統和儲能系統的協同運行，能夠有效促進區域能源互聯網的發展。

3 區域能源互聯網技術在系統優化中的應用

3.1 能源互聯網與系統集成

能源互聯網是一種智能化能源系統，可以將分布式能源系統、傳統能源系統與其他能源資源進行高效整合和協同運行。能源互聯網技術在分布式光伏儲能系統的優化配置中，發揮著重要作用。第一，能源流動管理。即通過能源互聯網技術，實現光伏發電系統和儲能系統之間的能量流動管理，根據實際需求和供給情況，實現能源的高效利用和調度，減少能源浪費。第二，系統集成與優化。能源互聯網技術將光伏發電系統、儲能系統、電網系統等進行集成，通過智能化的系統優化算法，對各個子系統進行協同控制和優化配置，以提高整體能源系統的工作效率和運行穩定性。第三，能源交易與共享。能源互聯網技術提供了能源交易和共享的平臺，允許分布式光伏發電系統與儲能系統之間進行能源交易，實現了能源的靈活配置和共享，促進能源的可持續發展和碳減排[3]。

3.2 分布式能源預測與調度

分布式能源預測與調度是能源互聯網系統優化的關鍵環節。第一，天氣預測與光伏發電預測。通過分析天氣、太陽輻射等數據，結合機器學習和統計模型，進行光伏發電的預測，準確估計光伏發電量和發電時間，為能源調度提供依據。第二，負荷預測與能源供需平衡。通過分析用戶負荷數據、歷史用電模式等信息進行負荷預測，并結合光伏發電預測結果，實現能源供需的平衡調度，以滿足用戶用電需求、提高能源利用效率。第三，能源調度策略。基于能源預測結果和系統優化目標，利用智能調度算法調整光伏發電系統和儲能系統的運行狀態，實現能源的平衡分配、平抑負荷高峰和低谷，確保系統的穩定運行。

3.3 智能能源管理系統的構建

智能能源管理系統是實現區域能源互聯網技術下分布式光伏儲能系統優化配置的關鍵。首先，數據采集與監測。通過傳感器、智能電表等設備，采集光伏發電系統、儲能系統、負荷需求等數據，并將測得的數據實時傳輸到能源管理系統中進行監測和分析。其次，數據分析與決策支持。利用大數據分析技術、人工智能等技術，對采集的數據進行處理和分析，提取有價值的信息，為系統的優化決策提供支持。再次，運行控制與優化。基于數據分析和決策支持，智能能源管理系統能夠實時監控與控制光伏發電系統、儲能系統、負荷需求，并提出優化運行策略，以提高能源利用效率和系統穩定性。最后，用戶參與與反饋。智能能源管理系統提供用戶參與平臺，使用戶能實時了解能源使用情況、參與能源調度決策，并提供反饋意見，以提高用戶的參與度，培養用戶的節約意識。

4 實際案例分析與仿真

4.1 案例選擇

為驗證分布式光伏儲能系統優化配置方案的有效性，選取了一個實際的區域能源互聯網案例。選取的案例是一個位于某地區的分布式光伏儲能系統，由多個光伏發電站和分布式儲能設施組成，設備連接在一個虛擬能源互聯網平臺上，實現了光伏發電系統、儲能系統與電網的協同運行與優化配置。

4.2 模型建立與數據獲取

為了進行優化配置方案的仿真與分析，建立基于實際案例的仿真模型，并獲取相關數據。建立的模型包括光伏發電模型、儲能系統模型和負荷模型。其中，光伏發電模型的建立要考慮光伏電池特性、溫度影響和光照強度等因素，以準確預測光伏發電量；儲能系統模型要考慮儲能效率、充放電速率等因素，以評估儲能系統的性能；負荷模型則基于用戶的實際用電負荷數據和用電模式，以預測負荷的變化規律和峰谷差異。

檢測模型建成后，監測光伏發電站和儲能設施的實際運行數據，包括光伏發電功率、儲能系統的充放電狀態和用戶負荷數據等。除此之外，還獲取了天氣數據、電網電價等外部環境數據與系統調度策略和運行參數等內部數據。通過綜合分析監測數據，能夠模擬和分析光伏發電儲能系統的實際情況，從而有效地進行優化、評估和改進配置方案。部分監測數據如表2所示。

表2 相關數據情況

表2中光伏發電功率、儲能系統充電狀態、用戶負荷數據均包含3組數據，用來展示不同情景下的優化配置情況，方便進行比較分析。如光伏發電功率設置為0.25 MW、0.35 MW、0.42 MW，代表分布式光伏發電系統不同的額定功率。通過分析不同功率級別下系統的性能和效益，可以評估系統優化配置方案的合理性。

4.3 優化配置方案仿真與分析

基于模型和監測到的數據，進行優化配置方案的仿真與分析。首先，對獲取的數據進行預處理。預處理包括數據清洗、異常值處理和數據對齊等，以確保數據的準確性和一致性。其次，根據系統實際運行情況和研究目標，設定目標函數和約束條件。目標函數包括最大化系統能源利用效率、最小化能源成本、最小化碳排放等，約束條件包括光伏發電容量、儲能系統容量、充放電效率等。最后，基于設定的優化配置方案進行系統的仿真運行[4]。

5 分布式光伏儲能系統應用建議

首先，政府和相關部門制定相關的政策和法規，以促進分布式光伏儲能系統的部署和應用。其中包括優惠的購電價政策、配額制度、提供貸款和補貼等，以降低系統的投資成本和經營成本。其次，鼓勵企業和機構在建筑物、工業園區、農村地區等合適的場所建設分布式光伏儲能系統。通過與當地電網的互聯互通，實現本地清潔能源的自給自足，提高區域能源的可靠性和可持續性。再次，加強技術培訓和人才培養，提高分布式光伏儲能系統的設計、安裝、運維以及管理水平。通過建立專業的培訓機構和認證體系，培養具備相關技能和知識的專業人才，以推動該系統的推廣和應用[5]。最后，鼓勵開展示范項目和實地案例。通過分享分布式光伏儲能系統的應用效果和經驗教訓的方式，增加公眾對該技術的認知和接受度，尋求更多的投資和合作機會，推動技術的進一步發展和應用。

6 結 論

文章深入研究了區域能源互聯網技術下的分布式光伏儲能系統的優化配置，并分析了分布式光伏儲能系統作為可再生能源解決方案在能源領域的重要作用，特別是在可持續發展和應對能源挑戰方面。區域能源互聯網技術為實現智能能源的管理和資源協同利用提供了新途徑。在優化配置中必須綜合考慮能源供需匹配、經濟性和環境效益等因素，促進系統的推廣和應用。同時，進行技術培訓和公眾知識普及，促進系統的長期穩定運行和廣泛應用，推動分布式光伏儲能系統在能源領域的發展，實現能源的可持續利用和保護環境等目標。