淺談儲能技術在光伏電站並網中的應用

hth下载地址 陳聰

摘要：分析光伏發電接入給電網帶來的電壓波動、電能質量及繼電保護等影響。總結目前電力係統中機械、電磁、電化學等典型儲(chu) 能技術的發展與(yu) 應用現狀。深入研究儲(chu) 能技術的應用對改善光伏並網係統中電力調峰調穀、電能質量及電網保護等問題的重要作用。

關(guan) 鍵詞：儲(chu) 能技術；光儲(chu) 係統；光伏並網

0.引言

光伏並網發電係統的基本結構有：光伏電池陣列，蓄電池組，逆變器和配電網等多個(ge) 部分組成。光伏並網發電係統在一定程度上可以分為(wei) 兩(liang) 種，一種是可調度式並網光伏發電係統，另一種是不可調度式並網光伏發電係統。可調度式並網光伏發電係統可以設置儲(chu) 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，同時可調度式並網光伏發電係統還有益於(yu) 電網調峰。不可調度式並網光伏發電係統，在與(yu) 主電網斷開的情況下，係統自動停止供電工作。這兩(liang) 個(ge) 係統大的不同就是可調度式光伏發電係統可以持續不間斷供電工作，不會(hui) 停止；而不可調度式光伏發電係統，在與(yu) 主電網斷開的情況下，可以自動停止供電工作。逆變器在係統中具有重要的作用，它具有三大發展趨勢：（1）拓撲結構日趨簡單，生產(chan) 成本逐步降低，體(ti) 積逐步變小，節約成本是它發展的大優(you) 勢。（2）允許的大輸入電流電壓範圍逐步擴大，逐步加強對軟開關(guan) 技術的應用。（3）電網適應性不斷增強，各種保護更加完善，確保安全可靠。現

階段，一般的光伏並網發電係統具有三個(ge) 顯著的特點，一是受環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(hui) 存在不穩定性；二是受地域條件的限製，例如氣候以及地理條件的不同業(ye) 會(hui) 影響到光伏係統的發電效率。光伏係統的發電效率在光照條件較好的地區會(hui) 有更高的效率，除了上述的兩(liang) 個(ge) 特點之外，光伏係統的發電轉換效率不夠高，這也使得光伏發電難以形成一個(ge) 完整的係統，效率不高[1]。該係統采用了MPPT（大功率點跟蹤）技術，為(wei) 了滿足太陽能的使用要求，對光伏發電的吸收和利用要求相對較高，一般光伏發電係統采用並聯電壓相和聯通電流，係統本身隻提供有源電力。

1.儲(chu) 能技術在光伏並網發電係統中的應用

1.1　電力調峰

對電力峰值的功率的調整是為(wei) 了能夠更加有效的應對用電的高峰期，在用電的高峰期會(hui) 出現功率負載過大的情況，可以根據高峰期負載的情況，使用儲(chu) 能技術對其進行調整，可以依靠實際需求的改變，將係統產(chan) 生的能量儲(chu) 存在儲(chu) 能裝置中。當負載達到高峰時，儲(chu) 能裝置釋放儲(chu) 存的能量，提供負荷供電的電力，對提高供電的整體(ti) 運行的穩定性和可靠性有很大的幫助。

1.2　提高電網運行的經濟性和安全性

近年來，我國的西部地區有著嚴(yan) 重的棄光限電問題，這導致在西部地區會(hui) 有較多的光能沒有被有效地利用，使得光伏發電係統的發電效率不高，為(wei) 了對未被利用的光照問題進行解決(jue) ，可以通過儲(chu) 能器在光伏係統的發電能力不夠限電閾值的時候，來將其所儲(chu) 存的多餘(yu) 的功率運送至電網中，進而能夠解決(jue) 光照利用率低的問題，進一步的提高光伏發電係統的效率。

1.3　微電網

微電網是一種相對分散的獨立供配電能源係統，主要由負荷和多個(ge) 微電源組成[2]。係統采用了大量的電力技術以及能量管理控製技術，將汽柴油發電機或者風電、光伏發電及儲(chu) 能設備等裝置整合在一起，接入到用戶側(ce) 。微電網可在秒級甚至毫秒級動作，以提高負載供電的可靠性，同時對電網削峰填穀、降低線路損耗、穩定電網電壓起到重要作用，還可以提供不間斷電源滿足負載需求。在未來的供電係統中，微電網係統會(hui) 成為(wei) 一個(ge) 重要的發展方向，微電網係統的運用，將會(hui) 地提升當前電網的工作效率以及其穩定性與(yu) 安全性，因為(wei) 微電網係統可以在微電網與(yu) 發電係統分離的時候對負載進行獨立的供電，所以其穩定性會(hui) 更高。

1. 儲(chu) 能係統

2.1儲(chu) 能技術

用於(yu) 光伏並網發電的儲(chu) 能裝置通常在惡劣的環境下運行。此外，由於(yu) 光伏發電輸出的不穩定性，儲(chu) 能係統的充電和放電條件相對較差，有時需要頻繁的小周期充電和放電。根據光伏並網發電係統的特點以及儲(chu) 能裝置的發展現狀，應從(cong) 以下幾個(ge) 方麵發展和改進光伏並網發電儲(chu) 能技術：一是提高光伏發電係統的能量密度以及功率密度；二是對儲(chu) 能裝置的儲(chu) 能容量進行提高，同時延長儲(chu) 能裝置的使用壽命；三是提高充放電的速度；四是確保在各種環境中能夠安全可靠地運行；五，降低儲(chu) 能裝置的使用成本。

2.2控製技術

為(wei) 了能夠提高儲(chu) 能裝置的使用壽命，以及盡可能地提高儲(chu) 能裝置的輸出功率，提升儲(chu) 能裝置的工作效率，就需要對儲(chu) 能裝置的充放電情況進行詳細的分析，並以此來相應有針對性的儲(chu) 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間，所以在對鉛蓄電池在充電的時候盡可能選用較小的電流充電，防止其儲(chu) 電能力的下降，縮短蓄電池壽命。光伏發電的直流電作為(wei) 主要的儲(chu) 能裝置的充電電源，其具有不穩定性和波動性，使得其充電不夠穩定。所以，為(wei) 了解決(jue) 儲(chu) 能裝置的充放電問題，需要儲(chu) 能裝置管理控製係統和來保證在不破壞儲(chu) 能裝置的使用壽命的充放電策略，除此之外，不能使用工業(ye) 上的高頻交流電來對常見的儲(chu) 能裝置例如飛輪儲(chu) 能以及電池等儲(chu) 能裝置進行充電，所以在對這些儲(chu) 能裝置進行充電的時候需要功率轉換器來進行。

2.3綜合分析工具與(yu) 係統建模

隻有對用電區域做多方位的，綜合各種實際條件的分析，其中包括對係統的可靠性，經濟情況以及其運營情況進行分析，才能夠開發出合適以及好的光伏儲(chu) 能發電係統。現階段，我國的儲(chu) 能係統在光伏並網的係統中的應用還不是很成熟，應該根據現有的行業(ye) 標準來確定分析光伏能源儲(chu) 存係統的使用周期以及使用成本的方法，以此來衡量光伏能源儲(chu) 存係統的經濟性。所以，為(wei) 了提供光伏儲(chu) 能係統的更加準確的運行數據以及運行的數據，需要光伏儲(chu) 能係統的開發人員在設計光伏儲(chu) 能係統之初就用仿真以及建模的方法來綜合的分析光伏儲(chu) 能係統的運行情況。同時要求使用能夠盡量模擬真實的光伏儲(chu) 能係統的運行情況的分析軟件來進行分析。

2.4電化學儲(chu) 能方式

電化學的儲(chu) 能方式就是使用各種類型的電池來進行儲(chu) 能，電化學的儲(chu) 能可以根據電池所使用的化學物質的差異而分為(wei) 很多類型，例如，常見的電化學儲(chu) 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(jia) 格，高能量的密度的電化學儲(chu) 能是鉛酸蓄電池儲(chu) 能，被廣泛應用於(yu) 小型風力發電，中小型分布式供電係統，光伏發電係統等領域，已經是現階段成熟的儲(chu) 能技術了。

3.hth下载地址Acrel-2000ES儲能能量管理係統解決方案

3.1概述

hth下载地址Acrel-2000ES儲(chu) 能能量管理係統具有完善的儲(chu) 能監控與(yu) 管理功能，涵蓋了儲(chu) 能係統設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息，實現了數據采集、數據處理、數據存儲(chu) 、數據查詢與(yu) 分析、可視監控、報警管理、統計報表等功能。在高級應用上支持能量調度，具備計劃曲線、削峰填穀、需量控製、備用電源等控製功能。係統對電池組性能進行實時監測及曆史數據分析、根據分析結果采用智

能化的分配策略對電池組進行充放電控製，優(you) 化了電池性能，提高電池壽命。係統支持Windows操作係統，數據庫采用SQLServer。本係統既可以用於(yu) 儲(chu) 能一體(ti) 櫃，也可以用於(yu) 儲(chu) 能集裝箱，是專(zhuan) 門用於(yu) 儲(chu) 能設備管理的一套軟件係統平台。

3.2適用場合

係統可應用於(yu) 城市、高速公路、工業(ye) 園區、工商業(ye) 區、居民區、智能建築、海島、無電地區可再生能源係統監控和能量管理需求。

3.2.1工商業(ye) 儲(chu) 能四大應用場景

1）工廠與(yu) 商場：工廠與(yu) 商場用電習(xi) 慣明顯，安裝儲(chu) 能以進行削峰填穀、需量管理，能夠降低用電成本，並充當後備電源應急；

2）光儲(chu) 充電站：光伏自發自用、供給電動車充電站能源，儲(chu) 能平抑大功率充電站對於(yu) 電網的衝(chong) 擊；

3）微電網：微電網具備可並網或離網運行的靈活性，以工業(ye) 園區微網、海島微網、偏遠地區微網為(wei) 主，儲(chu) 能起到平衡發電供應與(yu) 用電負荷的作用；

4）新型應用場景：工商業(ye) 儲(chu) 能積極探索融合發展新場景，已出現在數據、5G基站、換電重卡、港口岸電等眾(zhong) 多應用場景。

3.3係統結構

3.4係統功能

3.4.1實時監測

微電網能量管理係統人機界麵友好，應能夠以係統一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各回路斷路器、隔離開關(guan) 等合、分閘狀態及有關(guan) 故障、告警等信號。其中，各子係統回路電參量主要有：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數、頻率和正向有功電能累計值；狀態參數主要有：開關(guan) 狀態、斷路器故障脫扣告警等。

係統應可以對分布式電源、儲(chu) 能係統進行發電管理，使管理人員實時掌握發電單元的出力信息、收益信息、儲(chu) 能荷電狀態及發電單元與(yu) 儲(chu) 能單元運行功率設置等。

係統應可以對儲(chu) 能係統進行狀態管理，能夠根據儲(chu) 能係統的荷電狀態進行及時告警，並支持定期的電池維護。

微電網能量管理係統的監控係統界麵包括係統主界麵，包含微電網光伏、風電、儲(chu) 能、充電樁及總體(ti) 負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據不同的需求，也可將充電，儲(chu) 能及光伏係統信息進行顯示。

圖2係統主界麵

子界麵主要包括係統主接線圖、光伏信息、風電信息、儲(chu) 能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統計列表等。

3.4.2光伏界麵

圖3光伏係統界麵

本界麵用來展示對光伏係統信息，主要包括逆變器直流側(ce) 、交流側(ce) 運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、並網櫃電力監測及發電量統計、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、輻照度/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對係統的總功率、電壓電流及各個(ge) 逆變器的運行數據進行展示。

3.4.3儲能界麵

圖4儲(chu) 能係統界麵

本界麵主要用來展示本係統的儲(chu) 能裝機容量、儲(chu) 能當前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖5儲(chu) 能係統PCS參數設置界麵

本界麵主要用來展示對PCS的參數進行設置，包括開關(guan) 機、運行模式、功率設定以及電壓、電流的限值。

圖6儲(chu) 能係統BMS參數設置界麵

本界麵用來展示對BMS的參數進行設置，主要包括電芯電壓、溫度保護限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。

圖7儲(chu) 能係統PCS電網側(ce) 數據界麵

本界麵用來展示對PCS電網側(ce) 數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數等。

圖8儲(chu) 能係統PCS交流側(ce) 數據界麵

本界麵用來展示對PCS交流側(ce) 數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數、溫度值等。同時針對交流側(ce) 的異常信息進行告警。

圖9儲(chu) 能係統PCS直流側(ce) 數據界麵

本界麵用來展示對PCS直流側(ce) 數據，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側(ce) 的異常信息進行告警。

圖10儲(chu) 能係統PCS狀態界麵

本界麵用來展示對PCS狀態信息，主要包括通訊狀態、運行狀態、STS運行狀態及STS故障告警等。

圖11儲(chu) 能電池狀態界麵

本界麵用來展示對BMS狀態信息，主要包括儲(chu) 能電池的運行狀態、係統信息、數據信息以及告警信息等，同時展示當前儲(chu) 能電池的SOC信息。

圖12儲(chu) 能電池簇運行數據界麵

本界麵用來展示對電池簇信息，主要包括儲(chu) 能各模組的電芯電壓與(yu) 溫度，並展示當前電芯的最小電壓、溫度值及所對應的位置。

3.4.4風電界麵

圖13風電係統界麵

本界麵用來展示對風電係統信息，主要包括逆變控製一體(ti) 機直流側(ce) 、交流側(ce) 運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、風速/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對係統的總功率、電壓電流及各個(ge) 逆變器的運行數據進行展示。

3.4.5充電樁界麵

圖14充電樁界麵

本界麵用來展示對充電樁係統信息，主要包括充電樁用電總功率、交直流充電樁的功率、電量、電量費用，變化曲線、各個(ge) 充電樁的運行數據等。

3.4.6視頻監控界麵

圖15微電網視頻監控界麵

本界麵主要展示係統所接入的視頻畫麵，且通過不同的配置，實現預覽、回放、管理與(yu) 控製等。

3.4..7發電預測

係統應可以通過曆史發電數據、實測數據、未來天氣預測數據，對分布式發電進行短期、超短期發電功率預測，並展示合格率及誤差分析。根據功率預測可進行人工輸入或者自動生成發電計劃，便於(yu) 用戶對該係統新能源發電的集中管控。

圖16光伏預測界麵

3.4.8策略配置

係統應可以根據發電數據、儲(chu) 能係統容量、負荷需求及分時電價(jia) 信息，進行係統運行模式的設置及不同控製策略配置。如削峰填穀、周期計劃、需量控製、有序充電、動態擴容等。

圖17策略配置界麵

3.4.9運行報表

應能查詢各子係統、回路或設備相應時間的運行參數，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。

圖18運行報表

3.4.10實時報警

應具有實時報警功能，係統能夠對各子係統中的逆變器、雙向變流器的啟動和關(guan) 閉等遙信變位，及設備內(nei) 部的保護動作或事故跳閘時應能發出告警，應能實時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護事件名稱、保護動作時刻；並應能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關(guan) 人員。

圖19實時告警

3.4.11曆史事件查詢

應能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數、電芯溫度（鋰離子電池）、壓力（液流電池）、光照、風速、氣壓越限等事件記錄進行存儲(chu) 和管理，方便用戶對係統事件和報警進行曆史追溯，查詢統計、事故分析。

圖20曆史事件查詢

3.4.12電能質量監測

應可以對整個(ge) 微電網係統的電能質量包括穩態狀態和暫態狀態進行持續監測，使管理人員實時掌握供電係統電能質量情況，以便及時發現和消除供電不穩定因素。

1）在供電係統主界麵上應能實時顯示各電能質量監測點的監測裝置通信狀態、各監測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度和正序/負序/零序電流值；

2）諧波分析功能：係統應能實時顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率、A/B/C三相電流總諧波畸變率、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率、偶次諧波電壓總畸變率、偶次諧波電流總畸變率；應能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率、2-63次諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電流含有率；

3）電壓波動與(yu) 閃變：係統應能顯示A/B/C三相電壓波動值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值；應能提供A/B/C三相電壓波動曲線、短閃變曲線和長閃變曲線；應能顯示電壓偏差與(yu) 頻率偏差；

4）功率與(yu) 電能計量：係統應能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應能顯示三相總有功功率、總無功功率、總視在功率和總功率因素；應能提供有功負荷曲線，包括日有功負荷曲線（折線型）和年有功負荷曲線（折線型）；

5）電壓暫態監測：在電能質量暫態事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發生時，係統應能產(chan) 生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關(guan) 人員；係統應能查看相應暫態事件發生前後的波形。

6）電能質量數據統計：係統應能顯示1min統計整2h存儲(chu) 的統計數據，包括均值、最小值、95%概率值、方均根值。

7）事件記錄查看功能：事件記錄應包含事件名稱、狀態（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續時間、事件發生的時間。

圖21微電網係統電能質量界麵

3.4.13遙控功能

應可以對整個(ge) 微電網係統範圍內(nei) 的設備進行遠程遙控操作。係統維護人員可以通過管理係統的主界麵完成遙控操作，並遵循遙控預置、遙控返校、遙控執行的操作順序，可以及時執行調度係統或站內(nei) 相應的操作命令。

圖22遙控功能

3.4.14曲線查詢

應可在曲線查詢界麵，可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

圖23曲線查詢

3.4.15統計報表

具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自係統正常運行以來任意時間段內各配電節點的用電情況，即該節點進線用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。對微電網與外部係統間電能量交換進行統計分析；對係統運行的節能、收益等分析；具備對微電網供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數等分析；具備對並網型微電網的並網點進行電能質量分析。

圖24統計報表

3.4.16網絡拓撲圖

係統支持實時監視接入係統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個(ge) 係統網絡結構；可在線診斷設備通信狀態，發生網絡異常時能自動在界麵上顯示故障設備或元件及其故障部位。

圖25微電網係統拓撲界麵

本界麵主要展示微電網係統拓撲，包括係統的組成內(nei) 容、電網連接方式、斷路器、表計等信息。

3.4.17通信管理

可以對整個(ge) 微電網係統範圍內(nei) 的設備通信情況進行管理、控製、數據的實時監測。係統維護人員可以通過管理係統的主程序右鍵打開通信管理程序，然後選擇通信控製啟動所有端口或某個(ge) 端口，快速查看某設備的通信和數據情況。通信應支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

圖26通信管理

3.4.18用戶權限管理

應具備設置用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控操作，運行參數修改等）。可以定義(yi) 不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為(wei) 係統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

圖27用戶權限

3.4.19故障錄波

應可以在係統發生故障時，自動準確地記錄故障前、後過程的各相關(guan) 電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力係統安全運行水平有著重要作用。其中故障錄波共可記錄16條，每條錄波可觸發6段錄波，每次錄波可記錄故障前8個(ge) 周波、故障後4個(ge) 周波波形，總錄波時間共計46s。每個(ge) 采樣點錄波至少包含12個(ge) 模擬量、10個(ge) 開關(guan) 量波形。

圖28故障錄波

3.4.20事故追憶

可以自動記錄事故時刻前後一段時間的所有實時掃描數據，包括開關(guan) 位置、保護動作狀態、遙測量等，形成事故分析的數據基礎。

用戶可自定義(yi) 事故追憶的啟動事件，當每個(ge) 事件發生時，存儲(chu) 事故前列個(ge) 掃描周期及事故後10個(ge) 掃描周期的有關(guan) 點數據。啟動事件和監視的數據點可由用戶相應和隨意修改。

圖29事故追憶

4.係統硬件配置清單

5.結語

本文分析了在發電網中接入光伏發電而帶來的一係列的影響，並且對各種有效的儲(chu) 能方式的應用進行了探討與(yu) 總結。同時，還對儲(chu) 能方式在光伏發電係統的應用而帶來的影響，除此之外本文還對新能源的應用和開發的進行了探討，以其對日後的工作產(chan) 生一定的參考作用。由於(yu) 電網受環境的影響較大，輸出具有不穩定性的特點。光伏發電對配電網的電壓波動、電能質量和繼電保護裝置都有不可避免的影響。隨著光伏發電和風力發電的蓬勃發展，電力係統儲(chu) 能技術得到了迅速發展，儲(chu) 能裝置能有效降低配電係統的峰值充填，降低電網的波動，控製電能質量，提供停電保護，光伏電網集成對電網的影響已經大大消除。

參考文獻

[1]周林.黃勇.郭珂.馮(feng) 玉.微電網儲(chu) 能技術研究綜述[J].

[2]王廣霞.獨立光伏發電混合儲(chu) 能係統能量管理研究[D].

[3]張興(xing) 科.光伏並網發電功率波動與(yu) 對策[J].

[4]安鵬.儲(chu) 能技術在光伏電站並網中的應用.

[5]hth下载地址企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) .2022.05版.