光伏儲(chǔ)能電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)

陳 其 高忠旭 施海峰 顧華東

（國(guó)網(wǎng)浙江海寧市供電有限公司，浙江 海寧 314400）

分布式發(fā)電在當(dāng)前的環(huán)境中是非常新型的，考慮到其對(duì)于資源的整合利用以及轉(zhuǎn)化效率的可靠性和質(zhì)量都非常高，同時(shí)還能在很大程度上滿足不同環(huán)境對(duì)于用電的需求，因此在日常的建設(shè)中得到了很廣泛的運(yùn)用。但是由于這種發(fā)電模式在工作運(yùn)行中也會(huì)存在一些問題，比如控制模式在操作性上非常復(fù)雜，同時(shí)成本投入也會(huì)相對(duì)比較高，技術(shù)基礎(chǔ)在發(fā)展方面還不太成熟，在并網(wǎng)的過程階段，其還會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的電壓以及電流頻率等特性產(chǎn)生一定的沖擊，因此，光伏發(fā)電所帶來(lái)的一些負(fù)面結(jié)果，嚴(yán)重影響到了其實(shí)際的運(yùn)用特性。微網(wǎng)技術(shù)的全面發(fā)展，為解決這其中所存在的根本性問題提供了有效的方法以及途徑，本文對(duì)此展開了相應(yīng)的介紹。

1 光伏儲(chǔ)能微電網(wǎng)運(yùn)行模型分析

一般光伏儲(chǔ)能微電網(wǎng)的發(fā)展與成本投入有關(guān)，通過對(duì)這些運(yùn)行模式進(jìn)行合理的運(yùn)營(yíng)計(jì)劃和更改制定，不僅僅可以減少整個(gè)系統(tǒng)在投資上的成本，它還可以降低使用設(shè)備的更換頻率。下文對(duì)光伏微電網(wǎng)優(yōu)化模型進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析，以研究最優(yōu)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效益為主要目標(biāo)。

1.1 光伏儲(chǔ)能微電網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成分析

現(xiàn)今光伏儲(chǔ)能微電網(wǎng)系統(tǒng)的整體組成包含發(fā)電、配電、蓄電以及逆變器等幾個(gè)部分，同時(shí)負(fù)載也是其主要的組成分支。發(fā)電和蓄電模塊會(huì)分別對(duì)逆變器進(jìn)行接通，然后再經(jīng)過一些導(dǎo)線的連接和變壓，通過這樣來(lái)流到系統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)上。這種電網(wǎng)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)電能從光伏模塊轉(zhuǎn)移到公共的光伏發(fā)電負(fù)載模塊，同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)蓄電和公共電網(wǎng)之間在能量方面的雙向流動(dòng)效果。如果系統(tǒng)處于離網(wǎng)運(yùn)行模式，在公網(wǎng)離線時(shí)，就可以利用光伏發(fā)電在充足的陽(yáng)光下為其提供電能量，并通過向負(fù)載供電將剩余的能量?jī)?chǔ)存在整個(gè)電池組中。如果室外日照不足，則可利用光伏和電池結(jié)構(gòu)為負(fù)載供電，以保持負(fù)載設(shè)備的正常運(yùn)行。如果系統(tǒng)的運(yùn)行方式接入電網(wǎng)，公共電網(wǎng)可以為電池和其他負(fù)荷同時(shí)供電，也可以將剩余電池出售給電網(wǎng)，以獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。從整體上來(lái)看，在高峰時(shí)期，可以利用光伏發(fā)電模塊來(lái)為公共配網(wǎng)提供一定的負(fù)載供電，這在經(jīng)濟(jì)效益方面表現(xiàn)非常良好。

1.2 系統(tǒng)組成單元的基本特性

整個(gè)系統(tǒng)單元的組成包括電池板、蓄電池、逆變器三個(gè)部分。對(duì)于電池板而言，其工作原理在于利用光電的復(fù)合效應(yīng)來(lái)間接地把太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)換成一定的電量形式，然后再傳輸?shù)椒€(wěn)定的發(fā)電裝置上。電池板輸出功率的水平與其自制材料和受熱面積等方面有直接的關(guān)系，在相同的光照強(qiáng)度條件下，電池板的短路電流基本上會(huì)維持穩(wěn)定的數(shù)值，但此時(shí)的開路電壓就會(huì)隨著溫度的升高而出現(xiàn)一定程度的下降，因此，從這樣可以得出結(jié)論：光伏電池的輸出功率與光照強(qiáng)度成一定的正比關(guān)系，同時(shí)還與其所受到的溫度面積呈一定的負(fù)比例關(guān)系。對(duì)于蓄電池而言，其是整個(gè)微網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)最常見的儲(chǔ)能單元，在微網(wǎng)的系統(tǒng)建設(shè)上使用非常廣泛。對(duì)于蓄電池的組成結(jié)構(gòu)而言，其不僅可以抑制光伏在表現(xiàn)工作故障時(shí)的一些缺陷，同時(shí)還可以確保整個(gè)供電系統(tǒng)對(duì)于輸電能力的水平有著穩(wěn)定的保障。對(duì)于逆變器的組成結(jié)構(gòu)，由于與蓄電池的結(jié)構(gòu)上有相似的特征，因此所接入的電流形式均為直流電流。常見的直流電流的工作接入無(wú)法與交流進(jìn)行直接的搭建，這樣就可以借助逆變器的輔助功能來(lái)保障直流和交流的連接可以有良好的效果。在對(duì)逆變器的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行配置時(shí)，主要考慮其輸出的功率和整機(jī)的效率等方面的參數(shù)，通過這樣來(lái)把控逆變器在轉(zhuǎn)變方面的實(shí)際效果。

2 光伏儲(chǔ)能微電經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的設(shè)計(jì)優(yōu)化案例

本文通過對(duì)某工程的示范實(shí)例進(jìn)行結(jié)合，對(duì)其中的發(fā)電系統(tǒng)以及控制管理系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)進(jìn)行了一定的介紹和分析。

2.1 整體的方案設(shè)計(jì)

在開展設(shè)計(jì)工作時(shí)，主要采用的是并網(wǎng)式的設(shè)計(jì)理念。已知某節(jié)能單元樓住樓的負(fù)荷為65 000 W，由于需要考慮其設(shè)計(jì)的余量，因此，在微電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)中要使其容量足夠大。再根據(jù)實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行情況，對(duì)剩余余量進(jìn)行詳細(xì)的劃分，可以將其分解為四個(gè)相同的并網(wǎng)發(fā)電工作單元，每一個(gè)單元都通過逆變器來(lái)接入到一定的交流電網(wǎng)系統(tǒng)上。

2.2 發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

光伏電池的發(fā)電主要采用多晶硅為材料來(lái)進(jìn)行發(fā)電，這種電池在日常工作時(shí)所表現(xiàn)的共組和開路電壓是不同的，因此，在輸出的電壓范圍上水平也不太相同。在對(duì)每一個(gè)電池組列進(jìn)行串聯(lián)并網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要把相同的電池組列串聯(lián)到一起來(lái)進(jìn)行分析。對(duì)于一個(gè)電池組的串聯(lián)系統(tǒng)而言，其需要配備四個(gè)并列的電池組結(jié)構(gòu)。對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的并聯(lián)效果而言，其成為四個(gè)并網(wǎng)系列單元工作效果的組合。

2.3 儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在對(duì)整棟建筑樓進(jìn)行電能供應(yīng)時(shí)，必須考慮電能供應(yīng)的可靠和輸電穩(wěn)定性，一般所采用的輸電方式為光伏和儲(chǔ)能相混合使用的一種方法。從整體上來(lái)看，就是在整棟建筑樓供電正常的情況下，通過借助光伏發(fā)電來(lái)為整棟樓房進(jìn)行額外的負(fù)荷電能供應(yīng)，一旦整棟樓出現(xiàn)斷電的故障，那么此時(shí)就可以轉(zhuǎn)變?yōu)閮?chǔ)能系統(tǒng)來(lái)為整棟樓進(jìn)行其他的電能供應(yīng)。

2.4 系統(tǒng)運(yùn)行說(shuō)明

在整棟樓的供電處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)的工作模式為并網(wǎng)的工作狀態(tài)。對(duì)于與電能相接且主要的運(yùn)行過程表現(xiàn)為：與并網(wǎng)控制系統(tǒng)的檢測(cè)控制系統(tǒng)發(fā)揮著自身的檢測(cè)功能，同時(shí)與電能的相應(yīng)開關(guān)連接起到了一種輔助連接的作用。如果此時(shí)對(duì)應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備處于正常的工作檢測(cè)范圍，那么并網(wǎng)的開關(guān)就會(huì)自動(dòng)閉合。光伏逆變器如果處于市電工作的正常狀態(tài)，此時(shí)一般會(huì)借助相應(yīng)的參數(shù)設(shè)定來(lái)為光伏的其他輔助系統(tǒng)進(jìn)行操作，通過這樣來(lái)保證這些輔助設(shè)備的正常運(yùn)行，來(lái)為額外的負(fù)載來(lái)供電。當(dāng)系統(tǒng)處在并網(wǎng)運(yùn)行模式時(shí)，PCS 的狀態(tài)將會(huì)設(shè)定為充電狀態(tài)。

3 結(jié)語(yǔ)

一般情況下，光伏儲(chǔ)能微電網(wǎng)是可以實(shí)現(xiàn)分布式光伏發(fā)電，并實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行工作，突顯出智能微網(wǎng)能量?jī)?yōu)化調(diào)度控制的效能。