储能在光伏发电系统中的应用

储能在光伏发电系统中的应用

王冰

（农五师全新勘测设计有限公司新疆博乐市833400）

摘要：在我国经济快速发展的形势下，我国的用电负荷不断增加，而且由于目前全球资源紧缺和环境恶化问题的不断加剧，我国也加大了开发和利用清洁型可再生能源的力度。其中光伏发电机组的建设规模在不断扩大，装机容量也在不断增加，其并网发电为缓解目前电力系统的电能供应压力和我国电力系统结构优化调整有着重要作用。而由于太阳能此种类型的一次能源无法进行储存，所以只能将其转换为电能进行储存来满足电网用电负荷高峰时的使用，而且光伏发电的输出功率容易受到环境条件中光照强度以及温度等因素变化的影响，在并网发电时容易对电网产生较大的冲击影响，因此需要采用适当的储能技术对其进行控制以及对并网发电时对电网的冲击进行减弱，在光伏并网发电系统中占有重要地位。

关键词：储能；光伏发电系统；应用

储能技术的发展和应用，打破了光伏发电接入和消纳瓶颈问题。在电力系统中具有削峰填谷、提高电网稳定性、改善电能质量、提高电网利用率、提高可再生能源利用率等重要作用。储能技术已经成为我国综合能源示范项目中不可或缺的重要技术支撑。光伏发电在减轻环境污染压力、提高清洁能源的比重中扮演着重要的角色，受到广泛重视。光伏系统受光照辐射强度和负载特性的影响，发出的电能存在波动性和间歇性等问题，从而限制其应用范围。而用电负载需要稳定的电能，储能成为光伏发电系统必不可少的环节，尤其对于独立型光伏发电系统。储能装置可稳定光伏系统输出电压，防止负载大电流启动对光伏系统的冲击，增大功率因数，提高电能利用率。储能技术的发展和应用，打破了光伏发电在时间和地理位置上的限制，能够缓解电网调峰的压力。

1光伏发电并网系统

在光伏并网系统中，光伏电源与电网连接，负荷用电由两者共同协调完成。有光照时，负荷主要由光伏系统供电，电网接收光伏系统剩余的电能；没光照时，光伏电源不能输出电能，负荷所需能量由大电网提供。

光伏阵列、直流升压变流器和并网逆变器等为光伏并网系统主要组成模块。其中，光伏阵列模块的作用是将太阳辐射的能量转化为直流电能。由于光伏阵列输出的直流电压比较低，所以需要直流升压变流器对低电压进行升压，同时实现最大功率点跟踪（MaximumPowerPointTracking，MPPT）控制。并网逆变器的作用是将升压后的直流电转变为三相交流电，为交流系统供电。

对光伏并网系统的运行方式和结构特性进行分析，可总结如下特征：（1）系统输出功率受环境影响大，具有的随机性、间歇性、不可控性；（2）系统常采用MPPT技术来对太阳能量进行最为充分的利用；（3）为了高效利用太阳能，常需要系统出力仅提供有功，因此并网电流相位要和并网点电压一致。

2光伏并网发电系统中储能技术的应用

2.1在电力调峰上的作用

在光伏并网发电系统中应用储能技术，就是可以在电网用电负荷低峰时把系统所发出的电能进行储存，然后在电网负荷高峰时将所储存的电能提供给电网中供电力用户使用，这样就可以做到根据电网实际运行情况来对用电高峰时段的供电压力进行缓解，减少用电高峰时段大功率负荷的集中需求，进而可以提升供电的可靠性和整体系统运行的稳定性。

2.2蓄电池储能技术

蓄电池储能系统，是指通过蓄电池正负极氧化还原反应实现正极、负极活性物质的化学能和电能转化。目前在电力系统中常用的蓄电池储能技术有镍镉蓄电池、钠硫蓄电池铅酸蓄电池等。其中铅酸蓄电池具有成本低的特点，同时也具有充电速度慢、重量较重、寿命短，并且污染相对较大的特点。铅酸蓄电池主要应用在电力调峰、稳定电力系统和提高电能质量上。镍镉蓄电池与铅酸蓄电池一样都具有高污染的特点，但是镍镉蓄电池的充电效率较高，放电时候电压变化不大，内阻相对较小，对于充电环境的要求不高。锂离子电池的蓄电性能较好，但是由于大规模集成的技术限制，使得在电力系统的应用中不能广泛的使用。钠硫电池是当前比较热门的电池储能方式，其储能密度较高，经过串联并联结合后具有较大规模的储能效果。

2.3微网储能系统

微网储能系统由太阳能电池方阵、并网逆变器、PCS双向变流器、智能切换开关、蓄电池组、发电机、负载等构成。光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过逆变器给负载供电，同时通过PCS双向变流器给蓄电池组充电；在无光照时，由蓄电池通过PCS双向变流器给负载供电。微电网可充分有效地发挥分布式清洁能源潜力，解决了发电功率不稳定、独立供电可靠性低等不利因素，确保电网安全运行，是大电网的有益补充。其应用大到厂矿企业、医院学校，小到一座建筑都可以发展微电网。

2.4储能技术在光伏并网系统中的作用

2.4.1电力调峰

电力调峰主要是为了减少电网中的负荷压力，尽量避免在峰电时段中大规模负荷对电力的需求。现阶段主要靠调峰电厂进行电力调峰，操作困难，成本昂贵。而光储系统可根据需求，在负荷低谷时储存光伏电源的剩余电能，在负荷高峰时释放存储电能为负载供能，电网的峰值出力和供电可靠性均能得以提高。

2.4.2控制电能质量

近年，人们对电能质量问题日益关注，电网的谐波畸变率、功率因数、三相不平衡度以及电压变动等指标必须符合电力标准。光伏并网系统应用储能装置，可已改善光伏系统的出力波动，提高供电的可靠性和稳定性。采用合适的控制策略，光储系统也可以有效控制性的电能质量问题，能够有力改善电压波动、进行有源滤波以及调节逆变器并网相角等。

2.4.3提供断电保护

在光伏并网系统中接入储能装置的一个重要作用是可以为用户提供断电保护。当市电由于故障等原因无法正常供应时，光储系统可以迅速为电力用户提供电能供应。无论对电网或对用户来说，这种电力孤岛的形成都是有益的，不但在高峰用电期允许电网对部分负荷进行切除，还能够使用户在没有市电供应的情况下保证正常工作。

2.5超导磁储能技术

超导磁能系统是根据电力系统的需要对储能线圈进行充电控制。超导磁能系统具有响应速度快、转换效率高、比容量以及比功率大的特点，可以实现与电力系统的实施大容量交换和功率补偿。现阶段，世界上已经形成了1～5MW/MJ的低温超导磁储能技术，并且100MJ的超导磁储能系统也已经投入到了高压输电网中进行实际的运行。超导磁储能技术可以与再生能源发电系统相结合，但是在成本的投入、维修过程需要很大的费用。

结论

光伏发电系统是将太阳能转化为电能的一个过程，通过光伏发电不仅可以实现能源开发过程的清洁性，还可以实现能源的循环利用。只要有太阳光照射的地方都可以实现光伏发电，并且具有用之不竭、取之不尽的特点，因此在一些无电地区、偏远的山区可以充分利用光伏发电系统实现通电。但是对于光伏发电系统中储能技术的分析和研究还不够成熟，使得光伏发电系统的应用受到了一定的限制，因此要加强对于光伏发电系统中的储能技术的研究，为光伏发电系统的应用提供一些理论基础。储能技术作为一种灵活电能存储方式，在电力系统中发展迅速，在光伏并网系统中应用储能装置能够有效进行电力调峰，电能质量控制，提供断电保护，大大消除了光伏并网给电网带来的各种影响。

参考文献：

[1]张兴科.光伏并网发电功率波动与对策[J].电网与清洁能源，2017，27（6）：55~60.

[2]周林，黄勇，郭珂，等.微电网储能技术研究综述[J].电力系统保护与控制，2017，39（7）：147~152.