摘要：分析光伏發(fā)電接入給電網(wǎng)帶來(lái)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(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀。深入研究?jī)?chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用對(duì)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(wèn)題的重要作用。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能技術(shù)；光儲(chǔ)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(chǔ)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(kāi)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(kāi)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(shì)：（1）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)日趨簡(jiǎn)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(shì)。（2）允許的大輸入電流電壓范圍逐步擴(kuò)大，逐步加強(qiáng)對(duì)軟開(kāi)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(mǎn)足太陽(yáng)能的使用要求，對(duì)光伏發(fā)電的吸收和利用要求相對(duì)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(chǔ)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(duì)電力峰值的功率的調(diào)整是為了能夠更加有效的應(yīng)對(duì)用電的高峰期，在用電的高峰期會(huì)出現(xiàn)功率負(fù)載過(guò)大的情況，可以根據(jù)高峰期負(fù)載的情況，使用儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)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?jī)?chǔ)存在儲(chǔ)能裝置中。當(dāng)負(fù)載達(dá)到高峰時(shí)，儲(chǔ)能裝置釋放儲(chǔ)存的能量，提供負(fù)荷供電的電力，對(duì)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(lái)，我國(guó)的西部地區(qū)有著嚴(yán)重的棄光限電問(wèn)題，這導(dǎo)致在西部地區(qū)會(huì)有較多的光能沒(méi)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(duì)未被利用的光照問(wèn)題進(jìn)行解決，可以通過(guò)儲(chǔ)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(lái)將其所儲(chǔ)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(wèn)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(duì)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(chǔ)能設(shè)備等裝置整合在一起，接入到用戶(hù)側(cè)。微電網(wǎng)可在秒級(jí)甚至毫秒級(jí)動(dòng)作，以提高負(fù)載供電的可靠性，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)削峰填谷、降低線(xiàn)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(mǎn)足負(fù)載需求。在未來(lái)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(chǔ)能系統(tǒng)

2.1儲(chǔ)能技術(shù)

用于光伏并網(wǎng)發(fā)電的儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)的充電和放電條件相對(duì)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(chǔ)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(chǔ)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(duì)儲(chǔ)能裝置的儲(chǔ)能容量進(jìn)行提高，同時(shí)延長(zhǎng)儲(chǔ)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(chǔ)能裝置的使用成本。

2.2控制技術(shù)

為了能夠提高儲(chǔ)能裝置的使用壽命，以及盡可能地提高儲(chǔ)能裝置的輸出功率，提升儲(chǔ)能裝置的工作效率，就需要對(duì)儲(chǔ)能裝置的充放電情針對(duì)性的儲(chǔ)能裝置充放電策略。例如，鉛蓄電池在充電是往往需要更長(zhǎng)的充電時(shí)間，所以在對(duì)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)能裝置的充放電問(wèn)題，需要儲(chǔ)能裝置管理控制系統(tǒng)和來(lái)保證在不破壞儲(chǔ)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(lái)對(duì)常見(jiàn)的儲(chǔ)能裝置例如飛輪儲(chǔ)能以及電池等儲(chǔ)能裝置進(jìn)行充電，所以在對(duì)這些儲(chǔ)能裝置進(jìn)行充電的時(shí)候需要功率轉(zhuǎn)換器來(lái)進(jìn)行。

2.3綜合分析工具與系統(tǒng)建模

只有對(duì)用電區(qū)域，綜合各種實(shí)際條件的分析，其中包括對(duì)系統(tǒng)的可靠性，經(jīng)濟(jì)情況以及其運(yùn)營(yíng)情況進(jìn)行分析，才能夠開(kāi)發(fā)出合適以及好的光伏儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)?，F(xiàn)階段，我國(guó)的儲(chǔ)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(lái)確定分析光伏能源儲(chǔ)存系統(tǒng)的使用周期以及使用成本的方法，以此來(lái)衡量光伏能源儲(chǔ)存系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。所以，為了提供光伏儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)人員在設(shè)計(jì)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)之初就用仿真以及建模的方法來(lái)綜合的分析光伏儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行情況的分析軟件來(lái)進(jìn)行分析。

2.4電化學(xué)儲(chǔ)能方式

電化學(xué)的儲(chǔ)能方式就是使用各種類(lèi)型的電池來(lái)進(jìn)行儲(chǔ)能，電化學(xué)的儲(chǔ)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(lèi)型，例如，常見(jiàn)的電化學(xué)儲(chǔ)能類(lèi)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(chǎng)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(chǔ)能是鉛酸蓄電池儲(chǔ)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(chǔ)能技術(shù)了。

3.安科瑞Acrel-2000ES儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)解決方案

3.1概述

安科瑞Acrel-2000ES儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)具有完善的儲(chǔ)能監(jiān)控與管理功能，涵蓋了儲(chǔ)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(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢(xún)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(jí)應(yīng)用上支持能量調(diào)度，具備計(jì)劃曲線(xiàn)、削峰填谷、需量控制、備用電源等控制功能。系統(tǒng)對(duì)電池組性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(duì)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(kù)采用SQLServer。本系統(tǒng)既可以用于儲(chǔ)能一體柜，也可以用于儲(chǔ)能集裝箱，是專(zhuān)門(mén)用于儲(chǔ)能設(shè)備管理的一套軟件系統(tǒng)平臺(tái)。

3.2適用場(chǎng)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(wú)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(chǔ)能四大應(yīng)用場(chǎng)景

1）工廠(chǎng)與商場(chǎng)：工廠(chǎng)與商場(chǎng)用電習(xí)慣明顯，安裝儲(chǔ)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(chǔ)充電站：光伏自發(fā)自用、供給電動(dòng)車(chē)充電站能源，儲(chǔ)能平抑大功率充電站對(duì)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(chǔ)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(chǎng)景：工商業(yè)儲(chǔ)能積極探索融合發(fā)展新場(chǎng)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(chǎng)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(cè)

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(guān)顯示各電氣回路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(kāi)關(guān)等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。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(wú)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(kāi)關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對(duì)分布式電源、儲(chǔ)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(chǔ)能荷電狀態(tài)及發(fā)電單元與儲(chǔ)能單元運(yùn)行功率設(shè)置等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(lái)展示對(duì)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(cè)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(cè)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(cè)、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對(duì)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(chǔ)能界面

圖4儲(chǔ)能系統(tǒng)界面

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

圖5儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS參數(shù)設(shè)置界面

本界面主要用來(lái)展示對(duì)PCS的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，包括開(kāi)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(chǔ)能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)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(duì)直流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

圖10儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)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(chǔ)能電池狀態(tài)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)BMS狀態(tài)信息，主要包括儲(chǔ)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(chǔ)能電池的SOC信息。

圖12儲(chǔ)能電池簇運(yùn)行數(shù)據(jù)界面

本界面用來(lái)展示對(duì)電池簇信息，主要包括儲(chǔ)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(duì)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(lái)展示對(duì)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(cè)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(cè)、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時(shí)對(duì)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(lái)展示對(duì)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(xiàn)、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(huà)面，且通過(guò)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(cè)

系統(tǒng)應(yīng)可以通過(guò)歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、未來(lái)天氣預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)分布式發(fā)電進(jìn)行短期、超短期發(fā)電功率預(yù)測(cè)，并展示合格率及誤差分析。根據(jù)功率預(yù)測(cè)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(hù)對(duì)該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。

圖16光伏預(yù)測(cè)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(chǔ)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。