基于经济成本的光伏电站储能容量配置分析

陆如 刘自超

【摘  要】太阳能是一种可再生新资源，太阳能发电是直接将光能转变成电能的发电方式，光伏发电是太阳光发电的主流，利用太阳能级半导体电子器件，有效吸收太阳光辐射能，转变成电能。光伏发电具有不确定性和随机性，使供电也出现较大幅度的随机性变化，系统在并网运行中产生瞬时功率就会大幅波动，影响供电质量、供电的稳定性和可靠性。将储能技术引入光伏发电系统中，为平抑光伏出力的波动提供可能，光伏发电站要维持经济运行，满足出力波动性的要求，需要合理选择储能容量。

【关键词】经济成本;光伏电站;储能容量配置

光伏發电具有间歇性、波动性和随机性，在光伏电站，特别是大规模光伏并网电站中，储能装置具有重要的作用。储能装置能有效维持系统稳定，保证能量备用，提高电力品质及可靠性。因此，对基于电网调度要求及光伏电站运行成本的储能容量优化进行研究是十分必要的。

1 储能电池的容量优化

本次对储能电池容量配置的优化，目的是实现最优的经济成本，同时也是以满足调度要求的基础为基础。本次研究构建成本函数，同时考虑光储能站弃电能量和储能电池的成本问题。光伏电站出力和参考出力波动的最大值依据调度中心的要求，对函数进行优化，满足经济成本的需求，获得最小投资下的最优储能容量，实现经济效益的最优化。由于储能电池容量的限制，以及最大充放电功率的约束，光储电站在发电时必然会出现能量的损失，损失主要包括：

储能电池放电深度用 D 表示，储能额定容量用 E 表示，储能电池放电深度取值 0.3，公式为：E min = E（t）D。光伏电站出力波动需要平抑，电池储能技术不同，就会有不同的平抑效果，计算综合成本，运行和维护成本用 C OM表示，投资成本用 C capital 表示，储能系统容量为 E，储能系统最大输出功率为 P max。公式为：C capital = C P P max + C E E，以及 C OM = C Mf P max + C Mv E annual。

本文考虑到建设成本的问题，储能电池使用钒电池，充电效率为0.7，投资成本 C capital 和运行维修成本 C OM 之和，就是储能电池的成本 C。目标函数为储能电池成本和弃电能量之和，公式为：F = a 1 b 1 S 1 + a 2 b 2 S 2 + C。最大充放电的功率、储能容量、光储出力波动性是目标函数的约束条件。

储能容量约束表示为：E min < E（t）< EE min{= D

2 算例分析

依据 NREL 光伏观测站的一日实测数据，使用 735 个观测点，进行二次拟合。出力参考值从中获取。根据经济性的要求，计算最优的储能容量。进行算例分析，假设有光伏电站的总装机容量为 25MW，P cmax 为5MW，P dmax 为5MW，W c 和W d 分别为0.7，D 为0.3，a 1 和 a 2 分别为1，b 1 和 b 2 分别是4和 0.33。计算在不同波动性约束条件下，经济型函数和最佳的储能容量。实际出力和参考出力都有较大的波动性，要平抑出力波动需要使用储能装置。随着储能容量的增加，弃电能量不断下降，随着储能容量的增加，储能成本也不断上升，随着储能容量的增加，目标函数显示先减少然后增加。通过优化算法，能够保证经济成本和最佳的储能容量。平均每天电池满充满放大约两次，曲线波动小的同时也可以保证电池的寿命。

对出力波动性的要求越小，弃电损失也会减少，光储联合出力与出力参考值越接近。但同时需要的最佳储能容量增加，储能成本也会上升，相对应的储能电池荷电状态就会有更大的波动性，降低储能电池的寿命。

结语

总之，在基于经济成本的条件下，分析光伏电站储能容量的配置，依据经济性和储能容量的选择，提出相应的目标函数。通过算例反映出本次使用的优化模型能够达到相应的效果，尽可能将输出功率平滑输出，将现有电网的运行调度和光伏出力相结合，提升对光伏出力的接纳能力。波动性越小，最佳储能容量越大，光储电站的经济性也越差。

参考文献：

[1] 梁琛，王鹏，韩肖清，等.计及系统动态可靠性评估的光伏电 站 储 能 经 济 配 置 [J]. 电 网 技 术，2017，41（8）：2639 -2646.

[2] 刘大贺，韩晓娟，李建林.基于光伏电站场景下的梯次电池储能经济性分析 [J]. 电力工程技术，2017，36（6）：27 -31.

（作者单位：1上海电力大学;2国网山东省电力公司烟台供电公司）