光伏发电系统中储能技术的控制方案

光伏发电系统中储能技术的控制方案

刘宪诩

(国网天津市电力公司城西供电分公司天津市300190)

摘要：我国经济和社会的快速发展，使得能源的消耗量越来越大，随着科学技术的发展和国家对于新能源开发政策的支持，光伏发电被广泛的应用，但是目前在光伏发电系统中能源的储备技术还不够成熟，论文就光伏发电系统中储能技术进行分析，并分析探讨储能技术的可行性方案。

关键词：光伏发电系统；储能技术；控制方案

引言

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。

1储能技术的种类与特征

1.1电化学储能技术

电化学储能具有的能量为转换载体电池，通过化学反应将化学能与电能进行相互转化来储存能量。蓄电池模块为二次电池，其具有的化学反应是可逆的，从而实现了与电能互相转化达到可以充放电的能力。蓄电池储能是如今最为成熟与可靠的储能技术，依据其所利用的化学物质不同分为铅酸电池、钠硫电池与锉电池的几种类型。

1.2飞轮储能技术

飞轮储能技术由飞轮，磁悬浮轴支撑系统，发电机和电机，功能转换器，电子控制系统和真空泵，应急备用轴承等设备组成。其飞轮储能技术的主要原理是，飞轮系统在吸收动力的过程中，外部电网提供电力，使飞轮高速旋转，以动能储存的形式，使电力进入机械能源;然后在飞轮储能系统中释放动力，当飞轮形式的高速旋转到原动机驱动电机发电时，通过功率转换器输出电流和电压，完成机械能量到电能转换。当飞轮储能功率大于5KW/kg时，能量密度大于20WH/kg，效率可达90％以上，使用寿命可达20年或者是数以万计的能量释放。在飞轮储能系统工作环境在-40~50℃时，无污染、无噪音、维护简单，并可以达到连续工作。

1.3物理储能技术

物理储能技术主要含有抽水储能、压缩空气储能德国，最为成熟与应用最广的技术为抽水储能，主要是应用在电力系统的消峰填谷、调频与紧急事故备用等。

1.4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。

1.5电磁储能技术

超级电容器是德国的物理学家Helmholz发现的，利用双电层原理的储能装置。超级电容具有的功率密度高、可以快速放电、循环寿命长的优势，充放电效率一般可以达到95%以上。

1.6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储能系统在光伏发电系统中的作用

2.1能源储备

当光伏发电系统运行出现异常时，储能系统当中的电能能够起到应急和过渡的作用。例如，当光伏电池方阵处在夜间或者遇到极端天气，不能进行发电时，光伏发电系统当中的储能系统就会起到应急和过渡的作用。

2.2稳定系统

在光伏发电系统当中，光伏输出的功率曲线和负荷曲线的差异较大，并且两者都存在不可预见的拨动性，但是如果把能源存储在储能系统当中或者通过储能系统对能源进行缓冲，光伏发电系统即使是在拨波动很严重的情况下，也能够实现电能的稳定输出和运行的平稳。

2.3品质可靠

当负荷电压出现高峰值、电压下跌或者受到外界干扰引起的电网波动较大时，储能系统能够有效的防止其对光伏发电系统造成影响。确保光伏发电系统电力的可靠和输出的品质。

3光伏发电系统中储能技术的改进策略

3.1ES系列储能变流器在光伏发电系统中的应用

ES系列产品是专门用于电池储能系统的大功率并网双向变流器，具有削峰填谷和平抑新能源发电出力波动等功能，有利于电力设备降低供电成本，促进可再生资源的应用。双向储能变流器具有自动同步并网功能，对于电网没有冲击，并且在设计时候具有一体化的特点，安装方便，还可以实现触摸屏显示。例如在2010年底，索英电气东莞松山湖工业区1MW/2MWH储能示范项目提供的1MW储能变流器和监控系统，不仅保证了电力储能设备的稳定性，还使得供电更加的高效，基于此可以将双向储能变流器应用到光伏发电系统中，能够实现光伏发电的稳定性和高效性。

3.2在储能技术中运用超级电容器储能技术

超级电容器，又称之为电化学电容器，是20世纪60年代发展起来的一种新型储能元件。超级电容器是基于双电层原理，其电容量非常大，具有使用寿命长久的特点。超级电容器具有功率密度高，充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保的优势，被广泛地应用到各个行业。由于超电器的价格相对昂贵，在电力系统中多用于短时间、大功率输出场合，可以用来稳定电力系统控制。通过将超级电容器储能技术应用到光伏发电系统中，可以解决光伏发电系统中储能系统稳定性，光伏发电系统中光伏电池工作时候，端电压会随着太阳光的照射强度变化而导致输出功率的不稳定，将超级电容器储能技术运用到光伏发电系统中不仅可以进行电能的储蓄，还可以提高电能的稳定性，超级电容器应用在光伏发电系统后，可以有效抑制光伏发电系统波动问题，能使平滑光伏系统输出，改善并网的特点。同时，超级电容器还能够将多余的电能储存起来，在光能不足时候释放出来，减少弃光，有效解决光伏限发问题。如下图1为储能系统平滑光伏输出图和光伏限发图。

图1储能系统平滑光伏输出图和光伏限发图

结语

通过以上的分析和探讨，光伏发电系统中储能技术具有很重要的作用，不仅影响着光伏发电系统电能的转换效率，还对于光伏发电系统的输出电能质量、供电安全性与可靠性等应用具有很重要的影响作用。本文通过对于几种储能技术的分析，探讨了超级电容器、ES系列储能变流器在光伏发电系统中的理论应用，希望可以给相关人员提供一些参考。

参考文献:

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[2]可再生能源电力实现大规模应用的关键点在储能技术[J].中国电力，2013（10）.

[3]潘涛,黄鸿志,周冉冉.浅析储能技术在光伏发电系统中的控制策略[J].风力发电,2016(4):35-39.