储能技术在光伏并网系统中的应用探究

魏红波

摘要：通过分析光伏并网系统的结构以及储能系统容量配置，探究储能技术对于光伏并网的作用，并针对不同储能技术的应用现状进行比较研究，总结光伏发电系统中储能管理的结构以及储能技术在光伏并网系统中的应用。根据本次研究的结果显示，储能技术能够保持光伏并网系统运行的稳定性，对于电力系统的运行具有重要的作用及意义。

关键词：光伏并网;储能技术;容量配置;管理结构;技术应用

1 光伏发电并网系统

1.1 光伏发电并网系统结构形式

光伏发电并网系统主要是由光伏阵列、储能系统、负荷单元以及相变转换器构成。光伏发电并网系统的主要作用是保持电网电压与正弦交流电保持相同的频率;光伏阵列作为光伏发电并网系统的基础模组，能够通过太阳能接收面板将光能转化为电能，光伏阵列是由单体光伏电池所组成，具有一定的非线性特征，其输出功率通常与环境温度、太阳照射情况以及系统的负责等因素具有联系;DC-DC（C1）可以实现光伏发电并网系统中具有保持光伏阵列最大功率点跟踪（MPPT）的作用;DC-DC（C2）为双向变换器，用于调节系统中的电能，平衡储能系统的电力输出;DC-AC（C3）逆变器是连接电网与光伏发电系统的装置，其与并网变压器均具有调节电网电压为使用交流电的作用[1]。光伏发电并网系统结构如图1所示。

1.2 储能系统容量配置

容量配置主要针对系统能量流进行管理。进行光伏发电并网系统中的储能系统配置主要是在一定负荷状态下，达到更好地平衡并网系统中供需平衡的目的。

某时段内光伏发电系统转化的能量W计算为：

（1）

式中，P（t）—表示系统在时段内动态数列下的输出功率。

在本次研究中，储能系统容量的配置实质是系统中储能单元的能量管理，系统在某段时间内的储能单元能量Estore（t）可以表示为：

（2）

式中，Pload（t）—表示为系统中负荷的需求功率;Pgen（t）—表示光伏发电功率。

当Pload（t）>Pgen（t）时，DC-DC（C2）则会释放出储能单元中的能量以实现系统负荷的平衡。而Pload（t）

（3）

式中，ηDC/AC—表示DC-AC（C3）的运行效率;ηDC/DC—表示DC-DC（C2）的运行效率。

为了更加直观地明确储能单元容量配置情况将采用负荷缺电率（LPSP）作为配置的标准。单位时间内负荷能量欠缺表示为：

（4）

2 光伏并网系统的储能技术

随着我国逐渐加强节能减排的管理，储能技术成为了电力行业的主要应用技术，为电力的输送、分配等提供了新的发展方向。依据电能转化形态的不同可以将储能技术分为化学类、机械类以及电磁类三种类型。其中化学类储能是指电池储能，而电池主要包括铅酸类、锂离子类、全钒液流类以及钠硫类[3];机械储能是利用电能与势能能得转化，包括抽水蓄能、壓缩空气储能以及飞轮储能[4];电磁储能得形式主要有超级电容储能、超导储能。不同类型储能技术对比如表1所示。

3 光伏并网系统的储能管理

3.1 储能管理结构

储能管理结构主要是用于实现光伏发电系统中负荷的平衡，以实现系统对于不同模式的运行需求。储能管理可以实现光伏发电系统并网或独立运作的切换，增加光伏发电系统运行的灵活性、实用性，在需要时可控制储能单元的快速的充能或能量的释放。因此，储能管理结构实质就是对于储能单元的控制管理。

3.2 储能技术在光伏并网系统中的应用

3.2 .1储能技术在光伏电站层面的应用

在电网的负荷高峰阶段，通过储能技术可以使电网能够选择、控制较高功率的负荷，并使之进行相互的协同工作，以满足电网高峰用电的负荷需求;在储能系统应用于单独的用户时还可以为电网与储能电站预留至少一条负荷控制通信线路，以降低负荷响应政策对电网中高功率设备产生的影响。当电网处于负荷低谷期时，储能单元将会依据当前的电能负荷情况储存多余的电能，当电网处于负荷高峰期时便会将储存的电能进行释放，以稳定电网的有效运行;通过储能技术应用于光伏并网系统中，可有效地降低高功率负荷交替运行而发生的意外事件，更好地满足电网负荷高峰期的用电需求，避免用户造成损失。由于储能技术能够储存电能，因此，其还具有电网断电保护的作用，当电网停止或无法进行供电时，储能单元可直接为系统输送电能;若电网中出现重大的故障或具有一定的安全隐患时系统将会触发断电保护，此时储存单元将会继续工作，将电网中无法利用的电能进行储存，以此实现在市电无法工作的情况下为用户提供电能。

4 结论

储能技术在光伏并网系统中的应用为电网发生不良事件时的应急方案提供了新的思路及方向，而且储能技术的应用不单单是侧重于电网侧，对于用户而言同样具有重要的意义。同时，随着光伏并网发电技术的不断更新迭代，也为储能技术的应用与发展提供了有效的平台以及技术支持。因此，储能技术在光伏并网发电系统中的应用将成为今后的一个重要研究方向

参考文献：

[1] I. Hamdan，Amira Maghraby，Omar Noureldeen. Stability improvement and control of grid-connected photovoltaic system during faults using supercapacitor[J]. SN Applied Sciences， 2019，1（12）.

[2] 朱慧敏，等. 光储联合发电系统随机优化调度方法研究[J]. 机电信息， 2020（12）：31-33.

[3] 刘柏辰. 面向高可用能量容量的全钒液流电池结构设计及运行策略优化研究[D]. 浙江大学， 2020.