光伏儲能控制系統節能環保技術研究

摘 "要：本文以光伏儲能控制系統為研究對象，以節能減排為目標，探討了設計原則以及節能環保技術在電源系統、電池管理系統、儲能雙向變流器、電能質量管理等方面中的應用，同時從內外環控制、輸出控制和自動化運行模式控制三個角度討論了光伏儲能控制策略。通過研究光伏儲能控制系統節能環保技術，增強光伏儲能控制系統運行的節能效應。

關鍵詞：光伏儲能；節能環保；系統設計

與傳統的化學發電模式不同，光伏發電更加清潔環保，電能轉化效率更高。為保證光伏發電合理，在認識光伏發電優勢和意義的基礎上，結合實際需求，落實系統設計和性能優化，進一步推廣光伏發電技術，平衡電能應用與生態環境保護之間的關系，并促進供電電網穩定運行[1]。

1.光伏儲能控制系統的節能環保設計原則

第一，完善的多電源系統。除了要設計光伏發電單元和儲能單元外，還需要設計其他電源，比如電池管理單元、電能質量檢測與治理單元等。

第二，光伏儲能控制系統需要保障高精密儀器保持平穩運行的狀態，因此，在設計時，讓系統具備孤島運行、離網切換等功能。

第三，智能協調性。在設計時，強調儲能系統、分布式供電電源之間具有智能協調性，保障控制調度。

第四，考慮光伏儲能控制策略是否具有可行性、合理性和可靠性，強調系統開源的把控以及系統的可拓展性。

第五，考慮分布式電源、儲能電池的使用效能，以發揮最大使用效能為目標設計，保障系統的經濟效益。

2.光伏儲能控制系統節能環保技術的應用研究

2.1電源系統的節能設計

多電源系統設計是光伏儲能控制系統節能環保技術的具體應用體現，同時也是系統的重要構件，需要注重多電源模塊的功能性設計。多電源模塊包括但不限于光伏電池板、儲能器件、控制器。

2.1.1電路設計

采用模塊化設計原則，考慮如何合理化控制多電源模塊內的功率輸出。

2.1.2控制器設計

針對控制器，要考慮運行環境、運行負荷等因素，進一步優化控制策略，提升多電源系統的運行效率。設計多電源模塊時，要考慮光伏儲能控制系統的運行環境，比如，通過合理化控制多電源串聯狀態下的負荷分配或應用剩余電能，減少整個系統的運行壓力以及能源流失等[2]。

2.1.3光伏部分設計

在多電源模塊中，光伏部分是關鍵。該部分利用太陽能光伏技術滿足系統發電需求和建筑的用電需求，可操作性強。光伏發電既可以自用，也可以應用到其他業務上，如商業用電、工業用電、公共設施以及應急備用電源等。要采用安全固定措施處理相關組件，根據前期用電負荷可采用不同的安裝工藝，比如，采用分步安裝工藝應對前期用電負荷相對較低的運行狀態。安裝時，考慮將一期光伏組件的裝置功率維持在400kwp左右。

在設計光伏部分時，還需要考慮以下幾點：

第一，考慮載荷承重能力。采用鋼結構罩棚設計滿足分布式光伏儲能節能系統相關組件部署時的載荷承重需求。考慮到太陽能采集和轉換效果，在實際安裝時，可將太陽能電池板的安裝角度控制在15°左右。

第二，考慮光伏組件的支架設計。選用熱鍍鋅薄壁卷鋼材質支架。根據光伏組件的實際情況，制定配置方案?？紤]支架結構的強度，判斷其是否符合要求；關注支架結構的抗風性能、耐久性等，評估支架結構的使用壽命，通常情況下，需要將支架結構的使用壽命控制在25年以上。選用標準化骨架配件以及連接結構等。

第三，考慮監控系統的安裝。為保障信息流暢傳輸，設計時需要考慮接口設計，使其能夠滿足對光伏儲能系統相關設備運行狀態的監測需求。

2.1.4儲能系統設計

一是考慮系統規格以及電池模塊等。以選用壽命長、安全性高、成本相對較低的高密度鋰電池為主。二是考慮儲能模塊優化設計?；ミB設計儲能模塊和前端設備，利用前端設備，反饋充放電信息數據，接收指令要求，并反向調控儲能模塊，實現合理分配和對光伏儲能系統的有效控制，從而降低系統的運行風險。

2.2電池管理系統的優化設計

第一，分析整體設計思路。針對某運行場景下的光伏儲能控制系統，它以使用單體串聯電池為主，基于SBCU系統實現了對電池組相關信息的采集以及控制。

第二，分析低壓供電模式并優化設計，秉承獨立供電原則優化系統設計，采用不間斷電源為終端提供電能，提升供電的穩定性[3]。

第三，優化控制策略設計。光伏儲能控制系統具有多元化的特征，設計時，評估該系統的控制邏輯、策略等是否符合相關要求，是否滿足差異化需求。常見的電池管理系統的控制策略有兩種，一種是自動運行模式，一種是維護模式。在正常運行條件下，系統多采用自動運行模式，相關策略包括上電檢測電池簇具體數量、總壓差、控制預充均衡、充放電管理、系統維護等。

第四，具備剩余電量估算和絕緣檢測功能。電池管理系統通過估算剩余電量，可調節用電和儲能并實現節能，實現剩余電量的最優化利用。電流積分法是一種常見的動態余電量計算方法。在電池滿電狀態下，通過匹配單體電壓參數，校正剩余電量。分時技術是電池管理系統經常采用的絕緣檢測技術。

第五，安裝顯示屏，設計交互機制，電池管理系統能夠顯示本地數據，如系統電壓、電流、告警信息、剩余電量等。

2.3儲能雙向變流器

儲能雙向變流器類似于一種連接媒介，連接電能儲能設備、電網，控制充電、回饋電能。具有較強的適應能力、交互功能，支持在多樣化充放電控制模式中運行。在實際應用時，通過調節各項參數，恒定功率、電壓等參數，改善充放電速度。

2.4電能質量管理設計

采用全方位跟蹤與監控技術實時掌握光伏發電情況，分析是否出現諧波現象、無功電流問題，針對已經出現以及存在的其他問題，應及時采取措施處理，以提高光伏儲能控制系統的運行穩定性，降低或杜絕電能質量問題，使系統節能運行。

3.光伏儲能控制策略分析

采用探測技術檢測控制中心是否存在電網。若接入電網，則需要調整系統運行狀態，此時，系統也處于并網運行狀態；若未接入電網，則要求系統處于脫網運行狀態。之后，參考光伏輸入、電網負荷等選擇合適的工作模式。

因系統在實際運行期間，負載節點電壓會出現波動，受電網影響，易出現短期電壓驟降等問題，影響光伏儲能控制系統的使用，所以，要通過內外環控制進行改善。

3.1內外環控制

第一，內環控制策略。采用內環控制策略，由光伏儲能控制電池輸出功率，其目的是平衡系統動態變化，滿足運行期間電力系統的局部負載需求。內環控制要求的實現是依靠變壓器具體工作模式下開關器件的脈沖信號，具體內容如圖2所示。

第二，外環控制策略。與內環控制策略不同，外環控制策略主要利用光伏儲能裝置的輸出功率，平衡系統波動和局部荷載，最終滿足本地負載要求。受光伏儲能控制系統電力系統功率因素影響，局部負載具有一定的波動性。要想保障輸出電力始終滿足負載要求，則需要均衡有功功率和無功功率，使電力始終保持均衡狀態。

3.2輸出控制

光伏儲能控制系統的輸出控制策略是一種以功率命令為基礎的方法，可有效控制系統誤差。

若蓄能電池的狀態接近于滿負荷、光伏發電功率過高，則需要限制輸入，并明確電壓區間、縮小區間范圍、確定功率點位置。各光電單元輸出級協同工作既能夠將母線電壓控制在特定范圍內，又能夠下垂控制組串間、串聯各PBU功率控制、降低電感紋波等。

應用并聯組串下垂控制，有效控制光伏儲能控制系統輸出功率。針對負荷增大、母線電壓下降，控制變流器的最大輸出功率、輸出端電壓下降[4]。串聯各PBU功率控制，控制光伏儲能控制系統輸出功率分配，調制脈沖寬度。

3.3自動化運行模式控制

在自動化運行模式控制中，預測系統、控制系統相互配合，自動化調整系統運行模式，保障供電穩定，流程如圖3所示。

第一，光伏儲能控制系統自動化運行模式，具備從光伏組件、儲能電池等相關設備中采集關鍵參數并借助通信手段傳輸數據到控制系統的能力。數據采集與傳輸應具備實時性和精準性，能夠為控制系統決策提供最新的參考數據。

第二，控制系統的狀態監測功能實時監測系統的運行狀態，包括監測各組件的工作狀態、系統功率流向、剩余電量等?？膳袛嘞到y運行狀態是否正常，是否需要調整控制策略等。

第三，光伏儲能控制系統可根據采集到的數據，結合用戶需求、既定的運行策略等，智能化調度發電功率、充放電功率、供電功率等，實現系統的穩定運行，并保障能源的最優化利用。

第四，通過預測未來光照情況，光伏儲能控制系統可提前調整充電策略，以保障儲能電池狀態良好，實現光照資源的最優化利用。

第五，自動化運行模式控制使得光伏儲能控制系統具備故障診斷功能，可實時定位故障，提供處理方案。

第六，自動化運行模式使得光伏儲能控制系統具備安全防護與預警功能，搭配實時監測系統，可在發現故障隱患時，及時預警，并采取有效的防護措施，如斷開故障設備等，以降低故障風險對光伏儲能控制系統的影響。

第七，自動化運行模式控制使得光伏儲能控制系統可根據歷史數據、實時數據等信息，分析和預測能源需求變化、供應情況等，提供相對應的能源管理操作，如儲能電池充放電策略等，以確保光伏儲能控制系統實現能源的最大利用。

4.結語

總的來說，光伏儲能控制系統節能環保技術以多能源系統為核心，最大限度地提升了系統運行的環保性，使其符合節能減排的環保要求。推動了新能源和可再生資源的利用，促進了相關研究的深入發展，同時也強化了光伏儲能控制系統的功能，滿足了自給自足和建筑的應用需求。

參考文獻：

[1]邊博偉。太陽能光伏發電儲能控制研究[J].產品可靠性報告，2023（8）：43-44

[2]呂中華，亓斌。光伏儲能控制系統節能環保技術芻議[J].城市情報，2023（15）：0151-0153

[3]梁靖。光伏儲能控制系統的設計[J].低碳世界，2023，13（2）：109-111

[4]胡智穎。基于新能源發展趨勢下的光伏儲能控制系統設計[J].電力設備管理，2022（16）：84-86

作者單位：TCL空調器（中山）有限公司