光伏發電係統與儲能裝置的協調運行分析

hth下载地址 陳聰

摘要：本文圍繞光伏發電係統與(yu) 儲(chu) 能裝置協調運行與(yu) 控製進行分析，解決(jue) 以往存在的並網點電壓越限問題，通過仿真研究提出多種儲(chu) 能協調控製策略的實用性以及可行性，經比對後發現，站在降低儲(chu) 能容量的角度進行考慮，實現電壓運行的動態把控，是目前效果*佳的協調控製方式，但其餘(yu) 方式也有一定優(you) 勢，在應用時可結合實際情況選擇。

關(guan) 鍵詞：光伏發電係統；儲(chu) 能裝置；控製電壓運行

0引言

光伏發電是指結合光生伏*效應，借助太陽電池，將太陽光能轉化為(wei) 電能，但因為(wei) 太陽能輻射本身具有波動性，難以避免地會(hui) 導致光伏發電係統輸出不可控的問題，進而對光伏滲透率產(chan) 生影響。為(wei) 解決(jue) 此類問題，需提出應用儲(chu) 能裝置提高光伏發電係統的可控性，通過承擔功率差額的方式，降低對敏感電荷的不良影響，提高供電品質。

1電壓越限問題

本文將以包含儲(chu) 能裝置的分布式光伏發電係統作為(wei) 研究對象，並闡述針對性的協調控製策略。

分布式光伏發電係統大多與(yu) 配電網相連，因此不可忽視配電網內(nei) 的線路電阻，配電網內(nei) 的電壓分布與(yu) 線路傳(chuan) 輸功率存在直接聯係，而在不包含光伏發電係統的配電網中，電壓幅值會(hui) 沿線路不斷減少。當配電網內(nei) 接入光伏發電係統，此時，係統的輸出功率（P1）高於(yu) 負荷功率（P0），至於(yu) 超出的部分，則會(hui) 送入電網，以此形成反向功率流。該功率流的出現會(hui) 造成電網末端的電壓出現大幅度增長，直至其達到一定限值，便會(hui) 出現電壓越限的問題。一旦光伏發電係統並網點電壓越限，必然會(hui) 造成係統難以向電網完成電能輸出的問題，此時，輸出功率將會(hui) 受到嚴(yan) 重限製，導致係統電能出現大量損失，影響光伏係統的利用率。

2製定完善的協調控製策略

為(wei) 了解決(jue) 上述光伏發電係統與(yu) 儲(chu) 能裝置協調運行時產(chan) 生的電壓越限問題，切實消除輸出功率限製狀況，需要利用儲(chu) 能裝置完成並網功率的調節，儲(chu) 存係統無法輸出的光伏功率，確保光伏電池能夠實現*大化輸出。在引入儲(chu) 能裝置後，為(wei) 了更好地實現兩(liang) 者的協調控製，可采用下述4種控製策略。

（1）限製反向功率流的運行，其主要目的在於(yu) *大程度避免光伏係統向電網輸出功率，其主要原理為(wei) 當P1＞P0時，相關(guan) 儲(chu) 能模塊會(hui) *一時間進入充電狀態，而當P1＜P0，儲(chu) 能模塊則會(hui) *一時間轉變為(wei) 放電狀態，以此補充光伏輸出功率的不足與(yu) 缺額。

（2）計劃運行控製，其目的在於(yu) 維持儲(chu) 能電池功率恒定，原理為(wei) 當P1＞P0，則儲(chu) 能模塊同樣會(hui) 進入充電狀態，直至充電功率低於(yu) 限值，當P1＜P0時，則儲(chu) 能模塊會(hui) 進入放電狀態，從(cong) 而補足光伏輸出功率。

（3）削峰運行控製，是指保證反向功率流不會(hui) *高於(yu) 限值，控製原理為(wei) 當P1＞P0，同時可以維持既定的反向功率流時，則儲(chu) 能模塊會(hui) 進入充電狀態。反之儲(chu) 能模塊則會(hui) 進入放電狀態。

（4）控製電壓運行，其主要目的在於(yu) 保證光伏係統接入點電壓始終不超出容許範圍，至於(yu) 控製原理則表現為(wei) ：當接入點電壓超過限值時，儲(chu) 能模塊會(hui) 迅速轉變為(wei) 充電狀態，反之，則會(hui) 進入放電狀態，保證從(cong) 電網獲取的功率始終低於(yu) 限值。

3仿真實現

3.1算法設計

具備儲(chu) 能裝置的分布式光伏發電係統如圖1所示。

圖1 具備儲(chu) 能設備的光伏發電係統

由於(yu) 有功功率具有可調控的特點，因此上文闡述的儲(chu) 能協調控製策略均可將其作為(wei) 應用前提，借助設計與(yu) 之對應的算法來得到有功功率參考值（P2）。

3.1.1反向功率流限製

根據其控製原理，可設計下述算法獲取有功功率參考值，當P1＜P0，若儲(chu) 能並未處於(yu) 充電狀態，則要設定P2=P1，從(cong) 而將儲(chu) 能裝置的全部輸出傳(chuan) 遞至負荷，達到供電的目的。如果裝置完成充電，則要設定P2=P0，借助光伏電池與(yu) 儲(chu) 能設備一同完成負荷功率提供。當P1＞P0，若儲(chu) 能不滿，則設置P2=P0，借助光伏電池提供負荷功率，其餘(yu) 光伏輸出則需通過儲(chu) 能設備進行吸收。若儲(chu) 能設備已滿，則設置P2=P1，實現光伏功率的全部輸出。

3.1.2計劃運行控製

假設充電功率限值為(wei) P3，設計以下算法來獲取光伏並網功率的參考值。當P1＜P0，儲(chu) 能未充電，設置P2=P1，此時光伏功率將全部輸出到負荷供電。若儲(chu) 能裝置完成充電，則設置P2=P0，利用光伏電池與(yu) 儲(chu) 能設備提供負荷功率。當P0＜P1＜P0+P3，若儲(chu) 能未滿，設置P2=P0，借助光伏電池提供負荷功率，至於(yu) 剩餘(yu) 的光伏輸出，則會(hui) 利用儲(chu) 能裝置完成吸收。此時，儲(chu) 能裝置的充電功率不超過預設值，若儲(chu) 能裝置完成充電，則設置P2=P1，完成光伏功率的全部輸出。當P3+P0＜P1，則設定P2=P1-P3，儲(chu) 能設備將會(hui) 以恒定功率完成充電。若儲(chu) 能設備已滿，則要設置P2=P1，並將光伏功率全部輸出。

3.1.3削峰運行控製

設定反向功率流限值P4，根據以下算法獲取有功功率參考值。當P1＜P0時，若儲(chu) 能未實現充電，則設定P2=P1，實現光伏功率的全部輸出。若儲(chu) 能設備已完成充電，則設定P2=P0，借助光伏電池與(yu) 儲(chu) 能設備一同提供負荷功率。若P0＜P1＜P0+P4，則設定P2=P1，完成光伏功率的輸出。當P0+P4＜P1時，若儲(chu) 能未充滿，則設P2=P0+P4，借助光伏電池提供相應負荷功率，同時能夠保持反向功率流限值不變，其餘(yu) 功率則通過儲(chu) 能設備進行吸收。如果儲(chu) 能設備維處於(yu) 充滿電的狀態，則設定P2=P4，完成光伏功率的輸出。

3.1.4控製電壓運行

預設並網點的電壓限值為(wei) V0，設定由電網獲取的功率限值為(wei) P5，設計以下算法獲取有功功率參考值。當P1＜P0時，若儲(chu) 能未充電，則設定P2=P1，輸出全部光伏功率。若儲(chu) 能完成充電，則P2=MAX（P0-P5，P1），以此確保由電網獲取的功率不超過限值。若P0-P5＞P1，且儲(chu) 能為(wei) 放電狀態，需要補充光伏輸出功率。當P0＜P1時，若儲(chu) 能完成充電，則設定P2=P1，輸出全部光伏功率。若儲(chu) 能尚未充滿，則要設定P2=P1，結合電壓控製裝置完成功率限值的獲取。因為(wei) P5＜P1時，剩餘(yu) 光伏功率將會(hui) 被儲(chu) 能設備所吸收。根據電壓控製器的設計，若並網點電壓不超過並網點電壓限值，則P5的輸出限值應為(wei) P1。當並網點電壓超過並網點電壓限值時，則要適當減小預定值，以此降低反向功率，更好地完成電壓調節。綜上所述，利用電壓控製器可以更好地維持並網點電壓不超過並網點電壓限值。

3.2仿真驗證

為(wei) 了進一步驗證相關(guan) 協調控製策略的有效性以及可行性，可建立仿真模型（如圖2所示），並將光伏電池的額定功率設定為(wei) 13kwp，假設鉛酸蓄電池充電狀態的工作範圍在0.2～0.8之間，用阻抗值代表線路參數，並保證在仿真時電壓恒定不變。本次仿真實驗共分5組。圖2 仿真實驗模型

3.2.1無儲(chu) 能

該組仿真為(wei) 參照組，仿真過程無儲(chu) 能裝置，因此，光伏電池功率全部輸出，且由於(yu) 光伏電池功率的輸出，當其低於(yu) 負荷時，並網的有功功率為(wei) 負值，證明由電網獲取功率。當光伏電池功率高於(yu) 負荷時，則有功功率為(wei) 正值，產(chan) 生反向功率值，且由於(yu) 反向功率流相對較高，因此在一定時間內(nei) 會(hui) 出現電壓超過限值的問題。

3.2.2反向功率流的限製

該組實驗主要用於(yu) 驗證反向功率流的算法設計是否可行，當P1＞P0時，係統隻能夠輸出滿足實際需要的功率，此時，儲(chu) 能裝置為(wei) 充電狀態，可以接收多餘(yu) 負荷。如果儲(chu) 能裝置處於(yu) 滿電狀態，則光伏電池功率全部輸出，伴有反向功率流。如果P1＜P0時，且儲(chu) 能處於(yu) 滿電狀態，則由儲(chu) 能裝置以及光伏電池滿足負荷功率，直至儲(chu) 能耗盡。由此可知，本文所采用的設計算法可以更好地完成反向功率流的限製，同時由於(yu) 反向功率流被限製，並網點電壓數值較低，直至儲(chu) 能充滿後，才會(hui) 產(chan) 生一定的電壓上升勢頭。若儲(chu) 能容量足夠，則可切實解決(jue) 電壓越限問題。

3.2.3計劃運行控製

本次仿真實驗需要設置兩(liang) 組，並分別將充電功率限值設定為(wei) 3kW和1.5kW。當P1＞P0時，光伏係統會(hui) 迅速滿足負荷功率，儲(chu) 能裝置轉變為(wei) 充電狀態，如果充電功率低於(yu) 限值，則會(hui) 吸收多餘(yu) 功率。若充電功率與(yu) 限值一致，則會(hui) 以恒定功率完成充電。如果儲(chu) 能達到滿電狀態，則由儲(chu) 能與(yu) 光伏電池輸出負荷功率，直至儲(chu) 能耗盡。簡單來說，計劃運行方式的反向功率流較低，電壓較弱，儲(chu) 能充電功率限值設置越高，則對儲(chu) 能容量要求也會(hui) 出現相應提升。

3.2.4削峰運行控製

當P1＞P0時，光伏係統會(hui) *一時間滿足負荷功率，並形成反向功率流。當反向功率流達到限值時，儲(chu) 能充電，會(hui) 始終保持恒定的反向功率流。當P1＜P0，則與(yu) 上述提出的計劃運行控製現象一致。

4協調控製策略的對比分析

協調控製策略的比對探究需要從(cong) 以下兩(liang) 方麵進行。一方麵，是電壓越限問題的處理效率，前文闡述的四種儲(chu) 能協調控製策略中，反功率流限製策略為(wei) 了更好地保證電壓不越限，需要保證較高的儲(chu) 能容量。而計劃運行控製為(wei) 了防止電壓越限，需采用適合的儲(chu) 能充電功率限值。至於(yu) 削峰運行控製為(wei) 了避免電壓越限，則要選取適合的反向功率流限值。而控製電壓運行能夠確保並網點不超過設定範圍。至於(yu) 其他兩(liang) 種控製方法均可對並網點的電壓保持優(you) 良的改善效果，也能防止受電網電壓水平等因素的影響，至於(yu) 其餘(yu) 兩(liang) 種控製方法做會(hui) 受負荷以及光伏電池輸出影響，難以有效確定儲(chu) 能充電功率限值以及反向功率流限值。綜上所述，若站在避免低壓越限的層麵進行思考，控製電壓運行以及反功率流限製是*優(you) 的協調控製方法。

另一方麵，是儲(chu) 能容量的要求，四種儲(chu) 能控製策略。

中反功率流限製的電池充電狀態變化*大，證明該運行方式對儲(chu) 能容量要求偏高，因為(wei) 此類運行方式會(hui) 在一定程度上限製反向功率流。而計劃運行控製對儲(chu) 能容量的要求大小則主要與(yu) 充電功率限值有關(guan) ，其數值越高，則儲(chu) 能容量要求越大。至於(yu) 削峰運行控製方式同樣由反向功率限值決(jue) 定儲(chu) 能容量要求，兩(liang) 者呈現正比關(guan) 係。而控製電壓運行方式對儲(chu) 能容量的要求大小，則與(yu) 電壓限值有關(guan) ，電壓限值越小則儲(chu) 能容量要求越高。雖然後三種方式需要根據運行參數來決(jue) 定對儲(chu) 能容量的要求情況，但根據分析後發現，其對容量的要求均不超過反向功率流限製，由此可知，站在儲(chu) 能容量角度進行考慮，三種方式的應用效果更佳。此外，在不考慮儲(chu) 能容量限值的基礎上，反向功率流的限製是*佳的電壓越限控製方法。若進行綜合考慮，以降低儲(chu) 能容量要求為(wei) 基礎，滿足並網電壓要求，則電壓運行控製是*佳協調控製策略。由此可知，在實際運行時，需要結合多方麵的因素進行綜合考慮，以此選擇*佳的運行方式。

5hth下载地址Acrel-2000MG微電網能量管理係統

5.1概述

Acrel-2000MG 儲(chu) 能能量管理係統是hth下载地址專(zhuan) 門針對工商業(ye) 儲(chu) 能 電站研製的本地化能量管理係統，可實現了儲(chu) 能電站的數據采集、數 據處理、數據存儲(chu) 、數據查詢與(yu) 分析、可視化監控、報警管理、統計報表、策略管理、曆史曲線等功能。其中策略管理，支持多種控製策 略選擇，包含計劃曲線、削峰填穀、需量控製、防逆流等。該係統不 僅(jin) 可以實現下級各儲(chu) 能單元的統一監控和管理，還可以實現與(yu) 上級調 度係統和雲(yun) 平台的數據通訊與(yu) 交互，既能接受上級調度指令，又可以 滿足遠程監控與(yu) 運維，確保儲(chu) 能係統安全、穩定、可靠、經濟運行。

5.2應用場景

適用於(yu) 工商業(ye) 儲(chu) 能電站、新能源配儲(chu) 電站。

5.3係統結構

5.4係統功能

（1）實時監管

對微電網的運行進行實時監管，包含市電、光伏、風電、儲(chu) 能、充電樁及用電負荷，同時也包括收益數據、天氣狀況、節能減排等信息。

（2）智能監控

對係統環境、光伏組件、光伏逆變器、風電控製逆變一體(ti) 機、儲(chu) 能電池、儲(chu) 能變流器、用電設備等進行實時監測，掌握微電網係統的運行狀況。

（3）功率預測

對分布式發電係統進行短期、超短期發電功率預測，並展示合格率及誤差分析。

（4）電能質量

實現整個(ge) 微電網係統範圍內(nei) 的電能質量和電能可靠性狀況進行持續性的監測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩態數據和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態數據進行監測分析及錄波展示，並對電壓、電流瞬變進行監測。

（5）可視化運行

實現微電網無人值守，實現數字化、智能化、便捷化管理;對重要負荷與(yu) 設備進行不間斷監控。

（6）優(you) 化控製

通過分析曆史用電數據、天氣條件對負荷進行功率預測，並結合分布式電源出力與(yu) 儲(chu) 能狀態，實現經濟優(you) 化調度，以降低尖峰或者高峰時刻的用電量，降低企業(ye) 綜合用電成本。

（7）收益分析

用戶可以查看光伏、儲(chu) 能、充電樁三部分的每天電量和收益數據，同時可以切換年報查看每個(ge) 月的電量和收益。

（8）能源分析

通過分析光伏、風電、儲(chu) 能設備的發電效率、轉化效率，用於(yu) 評估設備性能與(yu) 狀態。

（9）策略配置

微電網配置主要對微電網係統組成、基礎參數、運行策略及統計值進行設置。其中策略包含計劃曲線、削峰填穀、需量控製、新能源消納、逆功率控製等。

6硬件及其配套產品

7結語

通過對配電網線路特點開展分析討論，闡述電壓越限問題的處理手段，闡述4種儲(chu) 能協調控製策略，並設計相應算法，借助仿真驗證相關(guan) 設計算法的可行性與(yu) 可靠性。同時也證明了各類儲(chu) 能協調控製策略均可解決(jue) 電壓越限問題，之後對多種協調控製策略實施定性比對，從(cong) 符合並網電壓要求的角度進行考慮，*終得出控製電壓運行是現階段*優(you) 的協調控製策略。

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