儲能技術(shù)在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

楊潤廣

（中廣核新能源遼寧分公司，遼寧 沈陽110000）

1 概述

從光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)來講，儲能單元是其中一個(gè)十分重要的組成部分，其主要作用在于維護(hù)系統(tǒng)整體的運(yùn)行可靠性、運(yùn)行安全性以及運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此，在對光伏發(fā)電系統(tǒng)的儲能單元進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，不僅要保證儲能單元具有性能優(yōu)越的特點(diǎn)，同時(shí)還需要針對儲能單元的實(shí)際運(yùn)行情況，建立具有較高有效性以及合理性的控制策略，使微網(wǎng)系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中其相關(guān)的要求能夠得到快速響應(yīng)，這也是現(xiàn)階段針對相關(guān)問題的研究過程中需要重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)方面。本次研究中，文章一方面考慮了光伏微網(wǎng)系統(tǒng)自身在工作過程中的情況，另一方面從儲能單元自身的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)出發(fā)進(jìn)行了考量，對儲能單元在不同工作模態(tài)之下所需要的充電控制策略以及放電控制策略進(jìn)行了具體探討。

2 光伏發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)運(yùn)行帶來的影響

2.1 運(yùn)行調(diào)度

光伏電源自身具有一定的可調(diào)度性，但是這種可調(diào)度性會在一定程度上受到外界天氣因素的影響，尤其是在一些天氣變化相對較快的城市或是海拔相對較高的地區(qū)，天空中的云層對于光伏電源可調(diào)度性的影響更加明顯。在電網(wǎng)運(yùn)行商的調(diào)度系統(tǒng)中，如果光伏電源的整體占比相對較高，且高于臨界比例，在進(jìn)行電力調(diào)度的過程中就需要采取一系列的保障措施，確保電網(wǎng)運(yùn)行過程中的可靠性以及安全性能夠切實(shí)得到保障[1]。除此之外，常規(guī)電價(jià)與光伏電價(jià)之間還普遍存在一定的差異，因此，在對電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)度的過程中也需要充分考慮經(jīng)濟(jì)性的相關(guān)問題，但是上述的所有操作都需要最大限度地避免給電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的安全帶來不利影響。

2.2 系統(tǒng)保護(hù)

光伏發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，如果遇到光照相對強(qiáng)烈的情況，那么電站在實(shí)際進(jìn)行輸出的過程中功率也會相應(yīng)增加，進(jìn)而引發(fā)一系列的連鎖反應(yīng)，最直接的表現(xiàn)就是短路電流的增加，進(jìn)而增加過流保護(hù)在配合過程中的難度，加大失誤問題的發(fā)生概率。除此之外，電站輸出功率的變化也會在一定程度上影響熔斷器的常規(guī)工作，進(jìn)而給電網(wǎng)系統(tǒng)的整體運(yùn)轉(zhuǎn)帶來十分不利的影響。若光伏發(fā)電系統(tǒng)在工作的過程中沒有正常接入配電網(wǎng)，支路潮流在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中則多數(shù)情況下是屬于單向性輸出，且這種單向性輸出缺乏必要的保護(hù)措施。而在光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，當(dāng)配電網(wǎng)接入之后，配電網(wǎng)絡(luò)自身的性質(zhì)也會相應(yīng)地發(fā)生變化，轉(zhuǎn)成多元配電網(wǎng)絡(luò)，但是在這一過程中，網(wǎng)絡(luò)潮流的流向則會體現(xiàn)出較強(qiáng)的隨機(jī)性特點(diǎn)，控制難度進(jìn)一步增加，為了保證系統(tǒng)整體的運(yùn)轉(zhuǎn)安全，則需要在系統(tǒng)中常規(guī)進(jìn)行方向性保護(hù)裝置的安裝。

2.3 電能質(zhì)量

光伏發(fā)電系統(tǒng)在日常開展發(fā)電工作的過程中，經(jīng)常會受到外界環(huán)境因素的影響，尤其是在陰雨天，空中巨大的云層，在一定程度上會遮擋住陽光，就會導(dǎo)致光伏電源的功率在短時(shí)間內(nèi)大幅度上升或是下降，尤其是對大型的光伏系統(tǒng)影響更為普遍，系統(tǒng)內(nèi)的電壓在短時(shí)間內(nèi)就有可能出現(xiàn)閃變，進(jìn)而出現(xiàn)較大的頻率波動，除此之外，也有部分類型的光伏發(fā)電系統(tǒng)是進(jìn)行直流電發(fā)電的，在進(jìn)行電網(wǎng)接入的過程中，如果采用的是逆變裝置法，那么，諧波的出現(xiàn)概率也會大幅度增加，進(jìn)而使電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)受到影響[2]。

2.4 線路潮流

電網(wǎng)支路在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，若其自身處在正常運(yùn)行的狀態(tài)之下，通過對其潮流狀態(tài)進(jìn)行分析則能夠發(fā)現(xiàn)，此時(shí)的電流支路潮流狀態(tài)往往是處于單向流動狀態(tài)之下的。光伏系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中的主要作用就在于進(jìn)行電壓支撐的提供，但是從光伏系統(tǒng)的本質(zhì)角度來進(jìn)行分析，可以將其看作是一種分散式的發(fā)電系統(tǒng)，在電網(wǎng)系統(tǒng)被接入電源之后，其線路的潮流也會相應(yīng)地發(fā)生變化，由之前的單向流動轉(zhuǎn)化為雙向潮流流動，并在以往的基礎(chǔ)上加入了短路電流。而在這一過程中，對電壓進(jìn)行調(diào)整的難度也會相應(yīng)增加，配電功率的波動幅度也會進(jìn)一步加大，進(jìn)而導(dǎo)致支路潮流在實(shí)際工作的過程中出現(xiàn)以下幾方面的情況：第一個(gè)方面的情況是三項(xiàng)不平衡，第二個(gè)方面的情況是節(jié)點(diǎn)電壓越限，第三個(gè)方面的情況是支路潮流越線，除此之外，還會出現(xiàn)頻率波動以及變壓器容量越限等方面的情況[3]。而在實(shí)際工作的過程中，如果需要對電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓進(jìn)行調(diào)整，那么則非常容易導(dǎo)致設(shè)備在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中出現(xiàn)異常響動，進(jìn)而給系統(tǒng)的正常供電帶來影響。線路潮流自身具有隨機(jī)性的特點(diǎn)，但是這種隨機(jī)性也會在一定程度上使機(jī)組正常的使用壽命受到影響，進(jìn)而導(dǎo)致電網(wǎng)在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中損耗增加。

3 儲能技術(shù)在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 在電力調(diào)峰的應(yīng)用

所謂電力調(diào)峰，主要操作的目的就在于使峰電時(shí)段電網(wǎng)負(fù)荷較大的時(shí)候，居民以及工廠的用電需求能夠最大限度地得到滿足，但是，要能夠在一定程度上對于用電進(jìn)行調(diào)控，使電網(wǎng)負(fù)荷的壓力能夠得到有效降低。從電網(wǎng)內(nèi)部儲存裝置自身的特點(diǎn)來講，其本質(zhì)上具有一定程度的靈活性，在電網(wǎng)功率負(fù)荷相對較低的階段，能夠?qū)⒐夥l(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際工作過程中產(chǎn)生的電能進(jìn)行存儲，存儲的電能主要是在負(fù)荷高峰時(shí)段進(jìn)行釋放，這樣的操作方式能夠使電網(wǎng)在實(shí)際進(jìn)行供電過程中的可靠性得到較大幅度的提升，使電網(wǎng)系統(tǒng)的常規(guī)運(yùn)行能夠真正保證穩(wěn)定，有效避免因電網(wǎng)負(fù)荷功率較大而導(dǎo)致的電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)故障問題出現(xiàn)，保證供電穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，使區(qū)域的用電需求能夠真正得以有效滿足[4]。

我國各個(gè)地區(qū)在不同時(shí)間段用電總量存在波峰以及波谷一直是一個(gè)普遍存在的問題，且這一問題一直以來都受到了社會各界的關(guān)注。尤其是在用電的波峰階段，由于需要加大發(fā)電量來保證電能供給，導(dǎo)致電網(wǎng)的負(fù)荷進(jìn)一步加大，此時(shí)一旦電網(wǎng)在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中出現(xiàn)故障，則會在一定程度上導(dǎo)致供電停止的問題，不僅會影響人民的生產(chǎn)以及生活，同時(shí)還會在一定程度上影響人民對于供電單位的信任，降低本單位自身的市場競爭力。由此可見，通過將儲能技術(shù)應(yīng)用到電力調(diào)峰的過程之中，不僅能夠有效減輕供電峰值時(shí)期電網(wǎng)所需要承擔(dān)的負(fù)荷，同時(shí)也能夠使在峰谷時(shí)期電網(wǎng)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而有效彌補(bǔ)波峰以及波谷不同時(shí)段因供電量調(diào)整而給電力系統(tǒng)帶來的沖擊，確保光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠維持穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，降低光伏發(fā)電系統(tǒng)故障問題的發(fā)生概率。

3.2 在電網(wǎng)電能質(zhì)量控制的應(yīng)用

在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，要想使電網(wǎng)電能的質(zhì)量能夠得到有效控制，儲能技術(shù)的合理應(yīng)用必不可少，通過在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中合理應(yīng)用儲能技術(shù)，使光伏電源在實(shí)際供電的過程中性能能夠得到最大限度的穩(wěn)定。在這一過程中，工作人員通常情況下會采取一系列的措施對光伏并網(wǎng)進(jìn)行逆變控制，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際工作的過程中，其所產(chǎn)生的電能質(zhì)量也能夠得到有效控制，而在這一過程中，最主要發(fā)揮作用的就是我們所說的儲能控制系統(tǒng)，通過充分發(fā)揮儲能系統(tǒng)自身的作用，不僅能夠?qū)τ性礊V波進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)還能起到穩(wěn)定電壓的作用，使相角能夠始終處在合理的范圍之內(nèi)，并在相角出現(xiàn)偏差的時(shí)候，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，保證電網(wǎng)的發(fā)電質(zhì)量。

以往，電力企業(yè)在對電網(wǎng)的電能質(zhì)量進(jìn)行控制的過程中，多數(shù)情況下采用的都是人工的手段，而在這一過程中，很多細(xì)節(jié)方面的問題很難被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，這也會在一定程度上導(dǎo)致供電質(zhì)量受到影響[5]。尤其是在用電波峰以及波谷的不同階段，雖然能夠通過人工的方式對供電量進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是，這樣的調(diào)節(jié)很難保證完全準(zhǔn)確。而通過將儲能技術(shù)應(yīng)用在電網(wǎng)電能質(zhì)量控制之中，則能夠有效解決上述問題，這樣的操作方式能夠有效避免電網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中由于在短時(shí)間內(nèi)供電量的大幅度調(diào)整而給電網(wǎng)系統(tǒng)自身造成的沖擊。最大限度地保證供電的穩(wěn)定性，同時(shí)也能在一定程度上降低因電網(wǎng)運(yùn)行故障而導(dǎo)致的區(qū)域停電的情況出現(xiàn)，使人民的用電需求能夠切實(shí)得到滿足，實(shí)現(xiàn)整體供電質(zhì)量的提升。

3.3 在負(fù)荷轉(zhuǎn)移中的應(yīng)用

在實(shí)際將儲能技術(shù)應(yīng)用在光伏發(fā)電系統(tǒng)的過程中，負(fù)荷轉(zhuǎn)移技術(shù)與前文中提到的電力調(diào)峰技術(shù)在運(yùn)轉(zhuǎn)原理方面有一定的相似之處，但是相比于電力調(diào)峰技術(shù)來說，負(fù)荷轉(zhuǎn)移技術(shù)具有更高的靈活性。在負(fù)荷的低谷階段，光伏發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際進(jìn)行發(fā)電的過程中如果產(chǎn)生了多余的電能，為了有效減少能源的浪費(fèi)，則能夠根據(jù)實(shí)際情況對多余的電能進(jìn)行儲存。而在負(fù)荷的高峰階段，由于用電需求的增加，光伏發(fā)電系統(tǒng)在發(fā)電的過程中所釋放出的電能則很難滿足實(shí)際需要，此時(shí)，儲能系統(tǒng)就可以將自身在之前儲存的多余的電能釋放出來，使電網(wǎng)在供電的過程中能夠最大限度地保證穩(wěn)定。通過將儲能系統(tǒng)與光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合使用，兩者在相互配合的過程中，則能夠有效減少光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在高功率負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中根據(jù)波峰以及波谷用電量的不同而調(diào)整發(fā)電量給系統(tǒng)帶來的沖擊，使高峰階段市電的需求能夠得到有效減少，在保證用戶用電的基礎(chǔ)之上，減少用戶的用電支出，不僅保障了供電系統(tǒng)自身的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也在一定程度上保障了用戶的用電需求。

從另外的一個(gè)角度來講，通過在光伏發(fā)電系統(tǒng)中合理應(yīng)用儲能技術(shù)，使負(fù)荷轉(zhuǎn)移技術(shù)最大限度的發(fā)揮作用，能夠有效減少光伏發(fā)電系統(tǒng)因外部沖擊而導(dǎo)致壽命縮短的情況，最大限度的延長光伏發(fā)電系統(tǒng)整體的質(zhì)量，通過負(fù)荷轉(zhuǎn)移，使光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律能夠最大限度地維持穩(wěn)定，保障其運(yùn)轉(zhuǎn)效益的基礎(chǔ)之上，提升其運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。

3.4 在負(fù)荷響應(yīng)時(shí)的應(yīng)用

電網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，為了最大限度地保證運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，減少故障問題的發(fā)生概率，往往會針對一些高功率的負(fù)荷進(jìn)行自動控制并調(diào)整，在負(fù)荷的高峰階段，不同部分的電網(wǎng)往往會交替運(yùn)作，進(jìn)而確保負(fù)荷高峰階段電網(wǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)能夠真正保證安全以及正常。而通過在電力用戶中應(yīng)用光伏儲能系統(tǒng)，則能夠最大限度地保證針對用戶的供電穩(wěn)定，但是在這一過程中，相關(guān)人員需要重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)問題就是光伏儲能電站以及電網(wǎng)之間在與負(fù)荷響應(yīng)控制系統(tǒng)進(jìn)行連接的過程中，至少有一條通信線路能夠正常工作，這樣的操作方式能夠最大限度地避免一些高功率設(shè)備給光伏發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)帶來的不利影響，真正實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的高質(zhì)量響應(yīng)。

在將負(fù)荷響應(yīng)技術(shù)應(yīng)用到光伏發(fā)電系統(tǒng)的過程中，通過對不同電網(wǎng)選擇性的交替應(yīng)用，能夠有效降低光伏發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中故障的發(fā)生率，通過負(fù)荷響應(yīng)，及時(shí)對高功率的負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，使其能夠在臨界值范圍之內(nèi)進(jìn)行工作，保證供電穩(wěn)定的基礎(chǔ)之上，還能在一定程度上減少調(diào)整供電量過程中給電網(wǎng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)帶來的不利影響，確保電網(wǎng)能夠穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而最大限度地保證整體的供電質(zhì)量。

3.5 復(fù)合型儲能光伏并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

傳統(tǒng)的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)所需要應(yīng)用的儲能技術(shù)十分簡單，而且其功率運(yùn)行并不十分穩(wěn)定，所以在此基礎(chǔ)上，通過技術(shù)升級并使用復(fù)合技術(shù)，就能保證復(fù)合儲能型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用可以真正實(shí)現(xiàn)提高當(dāng)前并網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用效率。在我國的電力系統(tǒng)當(dāng)中，這種復(fù)合型技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，其中很多企業(yè)在建設(shè)復(fù)合儲能型光伏電網(wǎng)的應(yīng)用時(shí)，可以使用超級電容器加蓄電池的組合方式，這樣通過蓄能就能保證在系統(tǒng)運(yùn)動時(shí)，可以有效降低整體網(wǎng)流的諧波含量，這也可以保障電網(wǎng)功率輸出的穩(wěn)定性獲得有效提升。同時(shí)，這種系統(tǒng)還可以搭載變轉(zhuǎn)器和光伏陣列等其他電子元件，實(shí)現(xiàn)利用超級容器和蓄電池之間的優(yōu)勢互補(bǔ)來確保在進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中可以使功率波動問題得到有效緩解，還能真正實(shí)現(xiàn)對并網(wǎng)電流波的質(zhì)量進(jìn)行調(diào)整，這樣就能確保通過此方式來提高光伏電站的整體應(yīng)用性能。此外，通過可調(diào)度性的提升，也可以降低系統(tǒng)本身所存在的受外界干擾問題，這樣也可以大大提高光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用穩(wěn)定性。值得注意的是，由于該方式的應(yīng)用具有復(fù)雜性，所以在具體進(jìn)行建設(shè)時(shí)，也需要根據(jù)不同企業(yè)的實(shí)際需要來進(jìn)行有效應(yīng)用，這樣才能保證該方式的應(yīng)用可以真正實(shí)現(xiàn)提高電網(wǎng)的運(yùn)行效率，并為電網(wǎng)建設(shè)工作起到良好的保障作用。

4 結(jié)束語

綜上所述，從光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)自身的特點(diǎn)來進(jìn)行分析，儲能技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠有效提升電網(wǎng)在實(shí)際工作過程中的穩(wěn)定性和安全性，同時(shí)還能有效發(fā)揮電網(wǎng)自身在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的經(jīng)濟(jì)效益，使用戶常規(guī)的用電需求能夠切實(shí)得到保證，進(jìn)而有效解決以往電網(wǎng)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中容易受到光伏并網(wǎng)影響的情況，使我國社會可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略能夠切實(shí)得到落實(shí)。而從我國現(xiàn)階段的情況來看，儲能技術(shù)雖然在一定程度上得到了發(fā)展，現(xiàn)階段光伏發(fā)電系統(tǒng)中所使用的儲能技術(shù)相較于以往已經(jīng)有了較大幅度的進(jìn)步，但是，研究人員還需要進(jìn)一步開發(fā)新的儲能裝置，使我國光伏并網(wǎng)發(fā)電能夠真正得到發(fā)展，使其應(yīng)用范圍能夠真正得到擴(kuò)大，讓太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)能夠真正使我國的更多人民受益，使發(fā)電能夠真正做到綠色環(huán)保，進(jìn)而有效減少以往火力發(fā)電給環(huán)境帶來的不利影響。