摘要：分析光伏發(fā)電接入給電網(wǎng)帶來的電壓波動(dòng)、電能質(zhì)量及繼電保護(hù)等影響?？偨Y(jié)目前電力系統(tǒng)中機(jī)械、電磁、電化學(xué)等典型儲能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀。深入研究儲能技術(shù)的應(yīng)用對改善光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中電力調(diào)峰調(diào)谷、電能質(zhì)量及電網(wǎng)保護(hù)等問題的重要作用。

關(guān)鍵詞：儲能技術(shù)；光儲系統(tǒng)；光伏并網(wǎng)

0.引言

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)有：光伏電池陣列，蓄電池組，逆變器和配電網(wǎng)等多個(gè)部分組成。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在一定程度上可以分為兩種，一種是可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，另一種是不可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)?？烧{(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)可以設(shè)置儲能裝置。除此之外，還有不間斷的電源以及能夠做到源濾波的功能，同時(shí)可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)還有益于電網(wǎng)調(diào)峰。不可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，在與主電網(wǎng)斷開的情況下，系統(tǒng)自動(dòng)停止供電工作。這兩個(gè)系統(tǒng)大的不同就是可調(diào)度式光伏發(fā)電系統(tǒng)可以持續(xù)不間斷供電工作，不會(huì)停止；而不可調(diào)度式光伏發(fā)電系統(tǒng)，在與主電網(wǎng)斷開的情況下，可以自動(dòng)停止供電工作。逆變器在系統(tǒng)中具有重要的作用，它具有三大發(fā)展趨勢：（1）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)日趨簡單，生產(chǎn)成本逐步降低，體積逐步變小，節(jié)約成本是它發(fā)展的大優(yōu)勢。（2）允許的大輸入電流電壓范圍逐步擴(kuò)大，逐步加強(qiáng)對軟開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用。（3）電網(wǎng)適應(yīng)性不斷增強(qiáng)，各種保護(hù)更加完善，確保安全可靠?，F(xiàn)

階段，一般的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有三個(gè)顯著的特點(diǎn)，一是受環(huán)境因素例如氣候以及灰塵的影響，受氣候影響侯其輸出的功率會(huì)存在不穩(wěn)定性；二是受地域條件的限制，例如氣候以及地理?xiàng)l件的不同業(yè)會(huì)影響到光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率。光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率在光照條件較好的地區(qū)會(huì)有更高的效率，除了上述的兩個(gè)特點(diǎn)之外，光伏系統(tǒng)的發(fā)電轉(zhuǎn)換效率不夠高，這也使得光伏發(fā)電難以形成一個(gè)完整的系統(tǒng)，效率不高[1]。該系統(tǒng)采用了MPPT（大功率點(diǎn)跟蹤）技術(shù)，為了滿足太陽能的使用要求，對光伏發(fā)電的吸收和利用要求相對較高，一般光伏發(fā)電系統(tǒng)采用并聯(lián)電壓相和聯(lián)通電流，系統(tǒng)本身只提供有源電力。

1.儲能技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.1　電力調(diào)峰

對電力峰值的功率的調(diào)整是為了能夠更加有效的應(yīng)對用電的高峰期，在用電的高峰期會(huì)出現(xiàn)功率負(fù)載過大的情況，可以根據(jù)高峰期負(fù)載的情況，使用儲能技術(shù)對其進(jìn)行調(diào)整，可以依靠實(shí)際需求的改變，將系統(tǒng)產(chǎn)生的能量儲存在儲能裝置中。當(dāng)負(fù)載達(dá)到高峰時(shí)，儲能裝置釋放儲存的能量，提供負(fù)荷供電的電力，對提高供電的整體運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性有很大的幫助。

1.2　提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性

近年來，我國的西部地區(qū)有著嚴(yán)重的棄光限電問題，這導(dǎo)致在西部地區(qū)會(huì)有較多的光能沒有被有效地利用，使得光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率不高，為了對未被利用的光照問題進(jìn)行解決，可以通過儲能器在光伏系統(tǒng)的發(fā)電能力不夠限電閾值的時(shí)候，來將其所儲存的多余的功率運(yùn)送至電網(wǎng)中，進(jìn)而能夠解決光照利用率低的問題，進(jìn)一步的提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率。

1.3　微電網(wǎng)

微電網(wǎng)是一種相對分散的獨(dú)立供配電能源系統(tǒng)，主要由負(fù)荷和多個(gè)微電源組成[2]。系統(tǒng)采用了大量的電力技術(shù)以及能量管理控制技術(shù)，將汽柴油發(fā)電機(jī)或者風(fēng)電、光伏發(fā)電及儲能設(shè)備等裝置整合在一起，接入到用戶側(cè)。微電網(wǎng)可在秒級甚至毫秒級動(dòng)作，以提高負(fù)載供電的可靠性，同時(shí)對電網(wǎng)削峰填谷、降低線路損耗、穩(wěn)定電網(wǎng)電壓起到重要作用，還可以提供不間斷電源滿足負(fù)載需求。在未來的供電系統(tǒng)中，微電網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)成為一個(gè)重要的發(fā)展方向，微電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)用，將會(huì)地提升當(dāng)前電網(wǎng)的工作效率以及其穩(wěn)定性與安全性，因?yàn)槲㈦娋W(wǎng)系統(tǒng)可以在微電網(wǎng)與發(fā)電系統(tǒng)分離的時(shí)候?qū)ω?fù)載進(jìn)行獨(dú)立的供電，所以其穩(wěn)定性會(huì)更高。

儲能系統(tǒng)

2.1儲能技術(shù)

用于光伏并網(wǎng)發(fā)電的儲能裝置通常在惡劣的環(huán)境下運(yùn)行。此外，由于光伏發(fā)電輸出的不穩(wěn)定性，儲能系統(tǒng)的充電和放電條件相對較差，有時(shí)需要頻繁的小周期充電和放電。根據(jù)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)以及儲能裝置的發(fā)展現(xiàn)狀，應(yīng)從以下幾個(gè)方面發(fā)展和改進(jìn)光伏并網(wǎng)發(fā)電儲能技術(shù)：一是提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量密度以及功率密度；二是對儲能裝置的儲能容量進(jìn)行提高，同時(shí)延長儲能裝置的使用壽命；三是提高充放電的速度；四是確保在各種環(huán)境中能夠安全可靠地運(yùn)行；五，降低儲能裝置的使用成本。

2.2控制技術(shù)

為了能夠提高儲能裝置的使用壽命，以及盡可能地提高儲能裝置的輸出功率，提升儲能裝置的工作效率，就需要對儲能裝置的充放電情針對性的儲能裝置充放電策略。例如，鉛蓄電池在充電是往往需要更長的充電時(shí)間，所以在對鉛蓄電池在充電的時(shí)候盡可能選用較小的電流充電，防止其儲電能力的下降，縮短蓄電池壽命。光伏發(fā)電的直流電作為主要的儲能裝置的充電電源，其具有不穩(wěn)定性和波動(dòng)性，使得其充電不夠穩(wěn)定。所以，為了解決儲能裝置的充放電問題，需要儲能裝置管理控制系統(tǒng)和來保證在不破壞儲能裝置的使用壽命的充放電策略，除此之外，不能使用工業(yè)上的高頻交流電來對常見的儲能裝置例如飛輪儲能以及電池等儲能裝置進(jìn)行充電，所以在對這些儲能裝置進(jìn)行充電的時(shí)候需要功率轉(zhuǎn)換器來進(jìn)行。

2.3綜合分析工具與系統(tǒng)建模

只有對用電區(qū)域，綜合各種實(shí)際條件的分析，其中包括對系統(tǒng)的可靠性，經(jīng)濟(jì)情況以及其運(yùn)營情況進(jìn)行分析，才能夠開發(fā)出合適以及好的光伏儲能發(fā)電系統(tǒng)?，F(xiàn)階段，我國的儲能系統(tǒng)在光伏并網(wǎng)的系統(tǒng)中的應(yīng)用還不是很成熟，應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)有的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來確定分析光伏能源儲存系統(tǒng)的使用周期以及使用成本的方法，以此來衡量光伏能源儲存系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。所以，為了提供光伏儲能系統(tǒng)的更加準(zhǔn)確的運(yùn)行數(shù)據(jù)以及運(yùn)行的數(shù)據(jù)，需要光伏儲能系統(tǒng)的開發(fā)人員在設(shè)計(jì)光伏儲能系統(tǒng)之初就用仿真以及建模的方法來綜合的分析光伏儲能系統(tǒng)的運(yùn)行情況。同時(shí)要求使用能夠盡量模擬真實(shí)的光伏儲能系統(tǒng)的運(yùn)行情況的分析軟件來進(jìn)行分析。

2.4電化學(xué)儲能方式

電化學(xué)的儲能方式就是使用各種類型的電池來進(jìn)行儲能，電化學(xué)的儲能可以根據(jù)電池所使用的化學(xué)物質(zhì)的差異而分為很多類型，例如，常見的電化學(xué)儲能類型有液流電池，鎳金屬氫電池，鉛酸電池、鋰離子電池、以及、硫化鈉電池等。目前市場上，有一種具有種種低廉的價(jià)格，高能量的密度的電化學(xué)儲能是鉛酸蓄電池儲能，被廣泛應(yīng)用于小型風(fēng)力發(fā)電，中小型分布式供電系統(tǒng)，光伏發(fā)電系統(tǒng)等領(lǐng)域，已經(jīng)是現(xiàn)階段成熟的儲能技術(shù)了。

3.安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)解決方案

3.1概述

安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)具有完善的儲能監(jiān)控與管理功能，涵蓋了儲能系統(tǒng)設(shè)備(PCS、BMS、電表、消防、空調(diào)等)的詳細(xì)信息，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視監(jiān)控、報(bào)警管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能。在高級應(yīng)用上支持能量調(diào)度，具備計(jì)劃曲線、削峰填谷、需量控制、備用電源等控制功能。系統(tǒng)對電池組性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測及歷史數(shù)據(jù)分析、根據(jù)分析結(jié)果采用智

能化的分配策略對電池組進(jìn)行充放電控制，優(yōu)化了電池性能，提高電池壽命。系統(tǒng)支持Windows操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫采用SQLServer。本系統(tǒng)既可以用于儲能一體柜，也可以用于儲能集裝箱，是專門用于儲能設(shè)備管理的一套軟件系統(tǒng)平臺。

3.2適用場合

系統(tǒng)可應(yīng)用于城市、高速公路、工業(yè)園區(qū)、工商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、智能建筑、海島、無電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。

3.2.1工商業(yè)儲能四大應(yīng)用場景

1）工廠與商場：工廠與商場用電習(xí)慣明顯，安裝儲能以進(jìn)行削峰填谷、需量管理，能夠降低用電成本，并充當(dāng)后備電源應(yīng)急；

2）光儲充電站：光伏自發(fā)自用、供給電動(dòng)車充電站能源，儲能平抑大功率充電站對于電網(wǎng)的沖擊；

3）微電網(wǎng)：微電網(wǎng)具備可并網(wǎng)或離網(wǎng)運(yùn)行的靈活性，以工業(yè)園區(qū)微網(wǎng)、海島微網(wǎng)、偏遠(yuǎn)地區(qū)微網(wǎng)為主，儲能起到平衡發(fā)電供應(yīng)與用電負(fù)荷的作用；

4）新型應(yīng)用場景：工商業(yè)儲能積極探索融合發(fā)展新場景，已出現(xiàn)在數(shù)據(jù)、5G基站、換電重卡、港口岸電等眾多應(yīng)用場景。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.4系統(tǒng)功能

3.4.1實(shí)時(shí)監(jiān)測

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機(jī)界面友好，應(yīng)能夠以系統(tǒng)一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開關(guān)等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。其中，各子系統(tǒng)回路電參量主要有：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、頻率和正向有功電能累計(jì)值；狀態(tài)參數(shù)主要有：開關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對分布式電源、儲能系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電管理，使管理人員實(shí)時(shí)掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲能單元運(yùn)行功率設(shè)置等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對儲能系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)告警，并支持定期的電池維護(hù)。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面包括系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)光伏、風(fēng)電、儲能、充電樁及總體負(fù)荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節(jié)能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據(jù)不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統(tǒng)信息進(jìn)行顯示。

3.4.2光伏界面

圖3光伏系統(tǒng)界面

本界面用來展示對光伏系統(tǒng)信息，主要包括逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測及報(bào)警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計(jì)、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)、發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)、碳減排統(tǒng)計(jì)、輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

3.4.3儲能界面

圖4儲能系統(tǒng)界面

本界面主要用來展示本系統(tǒng)的儲能裝機(jī)容量、儲能當(dāng)前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖5儲能系統(tǒng)PCS參數(shù)設(shè)置界面

本界面主要用來展示對PCS的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，包括開關(guān)機(jī)、運(yùn)行模式、功率設(shè)定以及電壓、電流的限值。

圖9儲能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時(shí)針對直流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

圖10儲能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面

本界面用來展示對PCS狀態(tài)信息，主要包括通訊狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、STS運(yùn)行狀態(tài)及STS故障告警等。

圖11儲能電池狀態(tài)界面

本界面用來展示對BMS狀態(tài)信息，主要包括儲能電池的運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)信息、數(shù)據(jù)信息以及告警信息等，同時(shí)展示當(dāng)前儲能電池的SOC信息。

圖12儲能電池簇運(yùn)行數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對電池簇信息，主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當(dāng)前電芯的最小電壓、溫度值及所對應(yīng)的位置。

3.4.4風(fēng)電界面

圖13風(fēng)電系統(tǒng)界面

本界面用來展示對風(fēng)電系統(tǒng)信息，主要包括逆變控制一體機(jī)直流側(cè)、交流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測及報(bào)警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)、發(fā)電收益統(tǒng)計(jì)、碳減排統(tǒng)計(jì)、風(fēng)速/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個(gè)逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

3.4.5充電樁界面

圖14充電樁界面

本界面用來展示對充電樁系統(tǒng)信息，主要包括充電樁用電總功率、交直流充電樁的功率、電量、電量費(fèi)用，變化曲線、各個(gè)充電樁的運(yùn)行數(shù)據(jù)等。

3.4.6視頻監(jiān)控界面

圖15微電網(wǎng)視頻監(jiān)控界面

本界面主要展示系統(tǒng)所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實(shí)現(xiàn)預(yù)覽、回放、管理與控制等。

3.4..7發(fā)電預(yù)測

系統(tǒng)應(yīng)可以通過歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實(shí)測數(shù)據(jù)、未來天氣預(yù)測數(shù)據(jù)，對分布式發(fā)電進(jìn)行短期、超短期發(fā)電功率預(yù)測，并展示合格率及誤差分析。根據(jù)功率預(yù)測可進(jìn)行人工輸入或者自動(dòng)生成發(fā)電計(jì)劃，便于用戶對該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。

圖16光伏預(yù)測界面

3.4.8策略配置

系統(tǒng)應(yīng)可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、儲能系統(tǒng)容量、負(fù)荷需求及分時(shí)電價(jià)信息，進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行模式的設(shè)置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計(jì)劃、需量控制、有序充電、動(dòng)態(tài)擴(kuò)容等。