儲能協同的分布式光伏電站系統集成技術的研究

分布式光伏電站憑借清潔、高效的供能優勢，受到了高度關注，并得到了廣泛應用。但是，光伏發電存在間歇性和不穩定性問題，很容易影響電網的正常運行。因此，研究儲能協同的分布式光伏電站系統集成技術，對分布式光伏電站的穩定運行具有重要意義。

一、概述分布式光伏電站

（一）分布式光伏發電原理

分布式光伏發電基于光伏效應運行。半導體材料（如硅）受光子照射時，光子能量被吸收，促使電子從價帶躍遷至導帶，形成電子一空穴對。在PN結內建電場的作用下，電子、空穴分別向N型、P型半導體區域移動，進而產生電勢差。一旦外部電路連通，電流隨即產生[1]。以單晶硅太陽能電池為例，其光電轉換效率處于 15% 至 25% 區間，實際效率會受材料品質、光照強度、環境溫度等因素影響。

分布式光伏電站主要由光伏電池組件、逆變器、支架、電纜等組成。光伏電池組件將太陽能轉化為直流電，逆變器則將直流電轉換為交流電。支架用于固定光伏電池組件，使其能夠獲得最佳的光照角度。在布局方面，分布式光伏電站可以安裝在建筑物屋頂、空閑土地等地方。例如，對于屋頂分布式光伏電站，需要考慮屋頂的朝向、面積、承載能力等因素，以保障電站的安全和高效運行。

（二）分布式光伏電站的輸出特性

在實際運行過程中，分布式光伏電站的電力輸出呈現出明顯的間歇性和波動性特征。這類電站的發電效能完全依賴日照條件，在陰天、夜晚等缺乏日照或光照強度不足的情況下，電站的輸出功率會大幅下降，甚至完全停止發電。以北方地區為例，冬季日照時間短且光照強度較弱，這使得分布式光伏電站的發電量僅能達到夏季發電量的 60% 至80‰ （20

即便處于日照時段，光伏電站的輸出功率也并非穩定不變。云層移動遮擋陽光、大氣透明度變化等因素，都會致使電站輸出功率出現快速波動。這種不穩定的功率輸出，會對電網的電壓、頻率等關鍵參數產生干擾，增加了電網調度工作的難度[2]。

二、儲能技術在分布式光伏電站中的作用

（一）電能存儲與削峰填谷

儲能系統的運行基于能量轉化原理，它能夠將電能轉化為化學能、機械能等其他形式的能量進行儲存，在需要用電時，再將儲存的能量重新轉換回電能。以鋰離子電池儲能系統為例，在充電過程中，鋰離子從正極材料嵌入負極材料，在放電過程中，鋰離子從負極脫嵌，重新回到正極，通過鋰離子的這種定向移動，實現了電能的存儲與釋放。

在分布式光伏電站的實際應用場景中，儲能系統可以有效實現削峰填谷。當光伏發電處于高峰時段，產生多余電能時，儲能系統會及時將這些電能儲存起來；而在光伏發電低谷期，如夜間或陰天等光照不足的時段，儲能系統會釋放儲存的電能。通過這種方式，儲能系統能夠有效平滑光伏電站的輸出功率曲線，減少電站輸出功率波動對電網造成的沖擊。

（二）提高電能質量

電網運行中，電壓和頻率的穩定性是保障電力可靠供應的關鍵指標。分布式光伏電站輸出功率的較大波動，經常導致電網電壓和頻率脫離正常區間，影響電力系統穩定運行。儲能系統憑借快速響應能力，在這一環節發揮著“穩定器”的作用。當監測到電網電壓或頻率出現異常波動時，儲能系統能迅速做出反應，通過精準控制電能的吸收或釋放，促使電壓和頻率重新回歸穩定狀態。在多地分布式光伏電站的實際運行數據中，儲能系統將電壓波動嚴格控制在±2% 以內，頻率波動維持在 ±0.05Hz 以內，顯著提升了電網的穩定性和可靠性。

除穩定電壓頻率外，儲能系統還承擔著改善電能質量的重要任務。光伏發電系統中的逆變器在將直流電轉換為交流電過程中，不可避免會產生諧波電流。這些諧波電流注入電網后，會干擾電力設備正常運行。儲能系統通過內置的智能控制策略，能夠有效抑制諧波污染。以搭載有源電力濾波器（APF）功能的儲能系統為例，其利用實時監測技術捕捉諧波電流，通過產生反向電流抵消諧波成分，實現高次諧波的精準濾除。在實際應用場景中，此類儲能系統可使電網諧波含量大幅降低，將電能質量提升至符合國家標準的水平，為用戶提供更穩定的電力供應。

三、儲能協同的分布式光伏電站系統集成關鍵技術

（一）功率控制技術

在分布式光伏電站的運行體系中，提升發電效率是重要目標之一，最大功率點跟蹤技術（MPPT）正是實現這一目標的核心手段。該技術通過精準控制光伏電池的工作點，促使其持續、穩定地在最大功率點附近運轉，以此最大化利用太陽能資源，提高電站整體發電效能。當構建儲能協同的分布式光伏電站系統時，MPPT控制器的工作模式需與儲能系統的功率控制相互深度配合。

儲能系統的功率調節是保障整個系統穩定運行的重要環節。它并非隨意調整，而是基于多重因素進行動態決策。光伏電站實時的輸出功率、電網當下的用電需求以及儲能系統自身的荷電狀態（SOC），都是功率調節決策的重要依據。儲能系統會綜合分析這些參數，智能調整自身的充電和放電功率，實現系統內能源的合理分配與高效利用，維持整個系統的穩定運行。例如，可以采用比例-積分-微分（PID）控制器來實現儲能系統的功率調節，其控制公式為：

其中，u（t）為控制器的輸出（即儲能系統的功率調節指令）， 為誤差信號（如光伏電站輸出功率與目標功率之間的差值）， （204號 k_d 分別為比例、積分、微分系數。通過合理調整這些系數，可以實現儲能系統的精確功率調節。

（二）能量管理系統

儲能協同的分布式光伏電站系統中，能量管理系統（EMS）承擔著核心控制職能。EMS具備多項重要功能，負責對光伏電站和儲能系統開展實時監測，完成數據采集工作，同時評估系統運行狀態，執行功率控制與能量調度任務。EMS的架構由多個層級構成，各層級分工明確、協同運作。數據采集層主要采集光伏電站與儲能系統的運行數據，涵蓋功率、電壓、電流以及儲能系統荷電狀態等信息；采集的數據傳輸至數據處理層，該層對數據進行深度分析與處理，為后續控制決策提供支撐；控制決策層依據系統實時運行狀態和既定目標，制定科學的功率控制與能量調度策略；執行層則將控制決策轉化為具體操作指令，實現對光伏電站和儲能系統的精準控制[3]。

EMS采用的控制策略主要分為兩類：其一，基于規則的控制策略依據預先設定的規則，對功率和能量進行調控。比如，當光伏電站輸出功率高于特定閾值，且儲能系統荷電狀態低于設定值時，系統啟動儲能充電流程。其二，基于優化算法的控制策略通過構建數學模型，以系統經濟性、可靠性等作為目標函數，運用遺傳算法、粒子群算法等優化算法，求解功率控制與能量調度的最優方案。例如，在以最小化系統運行成本為目標的優化模型中，目標函數可以表示為：

C=C_pv+C_es+C_grid

其中，C為系統運行總成本， ΔC_PV 為光伏電站的運行成本（包括設備折舊、維護等費用）， C_es 為儲能系統的運行成本， C_grid 為與電網交互的成本（如購電或售電成本）。通過優化算法求解該目標函數，可以得到最優的功率控制和能量調度方案，提高系統的經濟性。

（三）系統的安全與保護技術

儲能系統在進行充放電操作時，一旦發生過充或過放情況，會對儲能設備的性能和使用壽命造成嚴重損害。為避免此類問題發生，過充過放保護技術的應用非常重要。以鋰離子電池儲能系統為例，電池管理系統（BMS）發揮著關鍵作用，BMS持續監測電池的電壓、電流以及荷電狀態，當電池電壓觸及充電上限或SOC達到 100% 時，BMS立即下達指令停止充電；若電池電壓低于放電下限或SOC降至安全閾值（如 20% ）以下，BMS也會迅速終止放電過程，以此保障儲能設備的安全。

gt;gt;圖片來源于網絡。

在儲能協同的分布式光伏電站系統中，構建完善的故障診斷與隔離機制不可或缺，這有助于及時發現并處理系統故障。目前，常見的故障診斷方法包括基于模型的診斷方式和基于數據驅動的診斷策略。其中，基于數據驅動的故障診斷方法是通過深入分析系統運行數據的變化規律，借助支持向量機、神經網絡等機器學習算法，構建精準的故障診斷模型。當系統出現異常狀況時，該模型能夠快速、準確地判斷故障類型和故障發生位置，并及時采取隔離措施，有效防止故障范圍擴大，為系統安全穩定運行提供堅實保障。

四、結束語

儲能協同的分布式光伏電站系統集成技術是提升分布式光伏發電穩定性、可靠性以及能源利用率的核心技術。通過應用功率控制、能量管理及安全保護等關鍵技術，實現光伏與儲能設備的深度協同?？茖W的系統集成設計能夠顯著優化電站電能輸出特性，降低對電網的不利影響，展現出了廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]李澤陽、鮑健強、苗陽、孫大鵬。中國光伏產業面臨的5大困境與對策研究[J].太陽能，2025，（04）：5-11.

[2]胡越冀、劉瀚舒。淺析光伏系統在鐵路房屋中的應用一以濟陽站為例[J].鐵道勘察，1-6.

[3]周君可。分布式光伏電站運維中的能源管理與優化調度研究[J].裝備維修技術，2025，（02）：74-77.作者單位：上海巨日新能源科技有限公司