安科瑞电气股份有限公司

浅谈储能技术在光伏电站并网中的应用

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：分析光伏发电接入给电网带来的电压波动、电能质量及继电保护等影响。总结目前电力系统中机械、电磁、电化学等典型储能技术的发展与应用现状。深入研究储能技术的应用对改善光伏并网系统中电力调峰调谷、电能质量及电网保护等问题的重要作用。

关键词：储能技术；光储系统；光伏并网

0.引言

光伏并网发电系统的基本结构有：光伏电池阵列，蓄电池组，逆变器和配电网等多个部分组成。光伏并网发电系统在一定程度上可以分为两种，一种是可调度式并网光伏发电系统，另一种是不可调度式并网光伏发电系统。可调度式并网光伏发电系统可以设置储能装置。除此之外，还有不间断的电源以及能够做到源滤波的功能，同时可调度式并网光伏发电系统还有益于电网调峰。不可调度式并网光伏发电系统，在与主电网断开的情况下，系统自动停止供电工作。这两个系统大的不同就是可调度式光伏发电系统可以持续不间断供电工作，不会停止；而不可调度式光伏发电系统，在与主电网断开的情况下，可以自动停止供电工作。逆变器在系统中具有重要的作用，它具有三大发展趋势：（1）拓扑结构日趋简单，生产成本逐步降低，体积逐步变小，节约成本是它发展的大优势。（2）允许的大输入电流电压范围逐步扩大，逐步加强对软开关技术的应用。（3）电网适应性不断增强，各种保护更加完善，确保安全可靠。现

阶段，一般的光伏并网发电系统具有三个显著的特点，一是受环境因素例如气候以及灰尘的影响，受气候影响侯其输出的功率会存在不稳定性；二是受地域条件的限制，例如气候以及地理条件的不同业会影响到光伏系统的发电效率。光伏系统的发电效率在光照条件较好的地区会有更高的效率，除了上述的两个特点之外，光伏系统的发电转换效率不够高，这也使得光伏发电难以形成一个完整的系统，效率不高[1]。该系统采用了MPPT（大功率点跟踪）技术，为了满足太阳能的使用要求，对光伏发电的吸收和利用要求相对较高，一般光伏发电系统采用并联电压相和联通电流，系统本身只提供有源电力。

1.储能技术在光伏并网发电系统中的应用

1.1　电力调峰

对电力峰值的功率的调整是为了能够更加有效的应对用电的高峰期，在用电的高峰期会出现功率负载过大的情况，可以根据高峰期负载的情况，使用储能技术对其进行调整，可以依靠实际需求的改变，将系统产生的能量储存在储能装置中。当负载达到高峰时，储能装置释放储存的能量，提供负荷供电的电力，对提高供电的整体运行的稳定性和可靠性有很大的帮助。

1.2　提高电网运行的经济性和安全性

近年来，我国的西部地区有着严重的弃光限电问题，这导致在西部地区会有较多的光能没有被有效地利用，使得光伏发电系统的发电效率不高，为了对未被利用的光照问题进行解决，可以通过储能器在光伏系统的发电能力不够限电阈值的时候，来将其所储存的多余的功率运送至电网中，进而能够解决光照利用率低的问题，进一步的提高光伏发电系统的效率。

1.3　微电网

微电网是一种相对分散的独立供配电能源系统，主要由负荷和多个微电源组成[2]。系统采用了大量的电力技术以及能量管理控制技术，将汽柴油发电机或者风电、光伏发电及储能设备等装置整合在一起，接入到用户侧。微电网可在秒级甚至毫秒级动作，以提高负载供电的可靠性，同时对电网削峰填谷、降低线路损耗、稳定电网电压起到重要作用，还可以提供不间断电源满足负载需求。在未来的供电系统中，微电网系统会成为一个重要的发展方向，微电网系统的运用，将会地提升当前电网的工作效率以及其稳定性与安全性，因为微电网系统可以在微电网与发电系统分离的时候对负载进行独立的供电，所以其稳定性会更高。

1. 储能系统

2.1储能技术

用于光伏并网发电的储能装置通常在恶劣的环境下运行。此外，由于光伏发电输出的不稳定性，储能系统的充电和放电条件相对较差，有时需要频繁的小周期充电和放电。根据光伏并网发电系统的特点以及储能装置的发展现状，应从以下几个方面发展和改进光伏并网发电储能技术：一是提高光伏发电系统的能量密度以及功率密度；二是对储能装置的储能容量进行提高，同时延长储能装置的使用寿命；三是提高充放电的速度；四是确保在各种环境中能够安全可靠地运行；五，降低储能装置的使用成本。

2.2控制技术

为了能够提高储能装置的使用寿命，以及尽可能地提高储能装置的输出功率，提升储能装置的工作效率，就需要对储能装置的充放电情况进行详细的分析，并以此来**有针对性的储能装置充放电策略。例如，铅蓄电池在充电是往往需要更长的充电时间，所以在对铅蓄电池在充电的时候尽可能选用较小的电流充电，防止其储电能力的下降，缩短蓄电池寿命。光伏发电的直流电作为主要的储能装置的充电电源，其具有不稳定性和波动性，使得其充电不够稳定。所以，为了解决储能装置的充放电问题，需要储能装置管理控制系统和来保证在不破坏储能装置的使用寿命的充放电策略，除此之外，不能使用工业上的高频交流电来对常见的储能装置例如飞轮储能以及电池等储能装置进行充电，所以在对这些储能装置进行充电的时候需要功率转换器来进行。

2.3综合分析工具与系统建模

只有对用电区域做全方位的，综合各种实际条件的分析，其中包括对系统的可靠性，经济情况以及其运营情况进行分析，才能够开发出合适以及好的光伏储能发电系统。现阶段，我国的储能系统在光伏并网的系统中的应用还不是很成熟，应该根据现有的行业标准来确定分析光伏能源储存系统的使用周期以及使用成本的方法，以此来衡量光伏能源储存系统的经济性。所以，为了提供光伏储能系统的更加准确的运行数据以及运行的数据，需要光伏储能系统的开发人员在设计光伏储能系统之初就用仿真以及建模的方法来综合的分析光伏储能系统的运行情况。同时要求使用能够尽量模拟真实的光伏储能系统的运行情况的分析软件来进行分析。

2.4电化学储能方式

电化学的储能方式就是使用各种类型的电池来进行储能，电化学的储能可以根据电池所使用的化学物质的差异而分为很多类型，例如，常见的电化学储能类型有液流电池，镍金属氢电池，铅酸电池、锂离子电池、以及、硫化钠电池等。目前市场上，有一种具有种种低廉的价格，高能量的密度的电化学储能是铅酸蓄电池储能，被广泛应用于小型风力发电，中小型分布式供电系统，光伏发电系统等领域，已经是现阶段成熟的储能技术了。

3.安科瑞Acrel-2000ES储能能量管理系统解决方案

3.1概述

安科瑞Acrel-2000ES储能能量管理系统具有完善的储能监控与管理功能，涵盖了储能系统设备(PCS、BMS、电表、消防、空调等)的详细信息，实现了数据采集、数据处理、数据存储、数据查询与分析、可视监控、报警管理、统计报表等功能。在高级应用上支持能量调度，具备计划曲线、削峰填谷、需量控制、备用电源等控制功能。系统对电池组性能进行实时监测及历史数据分析、根据分析结果采用智

能化的分配策略对电池组进行充放电控制，优化了电池性能，提高电池寿命。系统支持Windows操作系统，数据库采用SQLServer。本系统既可以用于储能一体柜，也可以用于储能集装箱，是专门用于储能设备管理的一套软件系统平台。

3.2适用场合

系统可应用于城市、高速公路、工业园区、工商业区、居民区、智能建筑、海岛、无电地区可再生能源系统监控和能量管理需求。

3.2.1工商业储能四大应用场景

1）工厂与商场：工厂与商场用电习惯明显，安装储能以进行削峰填谷、需量管理，能够降低用电成本，并充当后备电源应急；

2）光储充电站：光伏自发自用、供给电动车充电站能源，储能平抑大功率充电站对于电网的冲击；

3）微电网：微电网具备可并网或离网运行的灵活性，以工业园区微网、海岛微网、偏远地区微网为主，储能起到平衡发电供应与用电负荷的作用；

4）新型应用场景：工商业储能积极探索融合发展新场景，已出现在数据、5G基站、换电重卡、港口岸电等众多应用场景。

3.3系统结构