分布式光伏发电与储能协同调度模型探讨

分布式光伏发电与储能协同调度模型探讨 黄莹 中国电建集团贵州电力设计研究院有限公司 贵州贵阳 550081

摘要：现如今，分布式光伏发电经过多年的发展，规模也越来越大，从而呈现出低压接入、分布式和就地消纳的特点，但是发电功率却具有非常明显的随机性，这种随机性往往会对接入的配电网形成一定的冲击，而为了能够大规模的使用分布式电源，就必须要与储能系统进行结合，这样不仅可以使电网有效的优化分布式光伏电源对相关指标的影响，而且也可以为用户创造更多的经济效益。为此本文特对分布式光伏发电与储能协同调度模型进行分析与研究，仅供参考。

关键词：分布式；光伏发电；协同调度模型；储能系统；

前言：对于光伏发电来说，其主要具有噪音低、成本小和环境友好等优点，这也就说明光伏发电具有非常良好的发展前景，有相关的权威机构进行预测，大约到达2040年，光伏发电在整个电力系统中占据10%的比例。太阳能光伏发电之所以具有比较大的发展前景，主要就是国家积极鼓励新能源的开发与利用，在这其中光伏发电占据着非常重要的地位，虽然因为我国的光伏产业发展比较晚，但是我国市场需求巨大，所以我国的光伏发电产业具有非常迅猛的发展势头，相关的技术也比较成熟，在这种情况下也为分布式发电带来了新的方向，而为了能够使分布式发电得以发展，应建立储能电站，只有这样才可以使储能和光伏的资源得到最大程度的利用。

一、储能技术研究现状分析

从理论的角度出发，储能的方式有很多种，但是因为容量和成本等原因的限制，真正可以普及的储能形式主要包括以下三种，首先是抽水储能，因为抽水储能的发展比较早，相应的技术也比较成熟，由相关的数据研究结果表明，统计世界范围内储能设备装机容量位于前列的国家，我国稳居前列，其次是日本和美国，这三个国家的设备及容量共占据全球储能设备装机容量的55%以上。抽水储能不仅运行寿命长久，而且所需要的维护费用也比较低，现如今，抽水储能的总效率大约可达到70%~80%左右^[1]；其次是电池储能，在电池储能中常用的方法是锂电池和铅酸电池，铅酸电池技术发展比较早，虽然成本低，但是能量密度也比较低，这也就说明铅酸电池已经无法满足如今的储能要求，现阶段随着各种科学技术水平的不断提升，储能电池的能量密度、稳定性和成本等指标均得到了较大的提升，在这种情况下，铝酸电池也逐渐退出应用市场，取而代之的是各种锂离子电池，相比之下锂电池的体积比较小巧，重量比较轻，而且能量密度也比较高，但是价格也相对昂贵，但随着技术的进步以及规模化的开发电池成本也势必会逐渐下降，最后是其它储能方式，比如飞轮、电容器和储热等储能技术，但是因为这些技术本身特性或技术原因的限制，并未得到商业化的发展，但是相信在不远的将来，一定会有更多成熟、先进的储能技术得到应用，从而优化整个储能体系的结构。

二、协同调控策略研究现状分析

相比之下，我国分布式光伏发电技术的发展时间要晚于发达国家，而且发展初期的技术水平和资金投入也低于发达国家，现如今随着我国综合实力的不断增强，对新能源的需求量也在不断提升，在这种情况下，国家也深刻的认识到发展新能源的重要性和必要性，因此加大了对分布式光伏发电的投资，也使得分布式光伏发电技术水平得到了提高^[2]。特别是近些年以来，政府部门已经将光伏储能联合调度优化项目共同列为国家专项资金优先发展计划中，对其进行深入的研究，并已经取得相应的研究成果，部分成果也已经应用到实际工程中。现如今，我国已经建设了多个大型、集中式的光伏发电站，而分布式光伏发电站的数量更是不计其数。

三、分布式光伏和储能并网模型分析

（一）分布式光伏发电并网模型

对于分布式光伏发电站来说，其基本运行结构如下图图1所示。

图1 分布式光伏发电系统结构图

由上图可知，该系统中主要包括光伏发电电池板、光伏并网逆变器和监测数据指标的控制保护系统。控制保护系统主要包括从光伏发电端到最终的并网接入点之间的所有通信设备、继电开关和配件柜等^[3]。

对于分布式光伏发电系统来说，该系统适用于场地比较小，且容量需求比较低的场景，通常情况下其并网点是距离园区等工业用电负荷中心比较近的区域，一方面可以使电能就近得到。减小输电过程中成本和能量的消耗，另一方面也可以对园区内的厂房屋顶等闲置区域进行充分的利用，获取更多的利润，相比于集中式光伏发电系统分布式光伏发电系统对电池型号的要求比较低，而且安装也比较灵活，可以为用户带来更加直观的收益。总结分析，分布式光伏发电系统的主要优点有以下四点，第一，安装地点比较灵活，可以对闲置的空间进行充分利用；第二，对电网的影响比较小，可以就近给负荷供电，整体供电效率比较高；第三，可以缓解部分地区供电能力不足和局部用电紧张的情况，第四，对于园区用户来说，可以为其创造额外的经济效益，但是分布式光伏发电系统也具有一些缺点，第一，对接入的连接点处潮流有一定的影响；第二，控制和保护方式比较复杂，需要与接入的配电网进行相互协调

^[4]。

（二）储能模型分析

现如今，随着科学技术水平的提升，锂电池凭借自身具有的经济性、安全性而得到了市场的广泛认为与接受，并也成为了储能电池发展的主要性质。而储能系统在整个电网的运行中，发挥着非常重要的作用，最明显的特点就是填补电网中存在的电量缺口。

储能电池充电和放电的功率和充电量的多少与其负荷状态（剩余容量和完全充电容量的比值，SOC）有直接的关系，具体见如下公式：

在上述公式中，SOCt表示：时刻的荷电状态值；SOCt+1表示：下一时刻的荷电状态值；P1表示：充放电功率；E表示：电池总容量^[5]。

（三）光伏与储能的联合运行

光伏与储能联合系统运行模式见图1.

图1 光伏和储能联合系统运行结构图

上图中，从上至下分别为断路器QF1、QF2、QF3信号，四象限变流器IGBT的参考信号和调制信号,DC/ DC斩波器的参考信号和调制信号,以及UPS逆变器的参考信号和调制信号。FDC是指根据不同的系统工作条件控制系统功率流动方向，通过储能系统起到调节作用，在保证系统稳定运行的前提下提高系统的经济性、可靠性。

QF1QF2QF3均闭合。即系统3个主要电力电子变换单元均投入运行。四象限变流器在此模式下一般运行在逆变模式下，将太阳能电池板转换得到的电能输送给电网。储能系统斩波器运行在充放电模式下,在下午4点前的时段内储能系统工作在充电模式下，主要用于储存发电系统出力大于负载所需时太阳能电池板的多余能量。在下午4点以后根据负载情况,当系统所需的能量大于发电系统的出力时储能系统释放能量来满足系统需求,减小系统的电力容量需求。UPS系统逆变器处于工作状态，利用电池储能系统为重要负载提供可靠的电力供应。

QF1QF3闭合,QF2断开。即四象限变流器和UPS变流器投入运行，储能系统不工作。在这种工作模式下系统-般处于太阳光照较好、出力较强的工作状况下。太阳能电池板出力在满足UPS系统需求的前提下全部馈送到电网,不经过储能系统存储,提高系统运行效率。此外,当储能系统需要对电池组进行校准或者更换时,可将系统切换到这种工作模式下。四象限变流器在这种工作模式下的主要任务是根据太阳能电池板的端电压来决定馈送功率的大小，同时优先保证直流母线电压工作在安全区域内,配合太阳能电池板共同保证UPS系统能量供应。

结束语：综上所述，由于各种科学技术水平的不断提升，以及国家相关政策的支持，我国储能电站的建设与研究也越来越完善，在这种情况下，储能电站的成本也势必会得以降低，回收期限也会有所缩短，因此应该根据各项参数对模型进行修改，从而更好的适应技术的发展，最终突破储能电池的能量密度以及全寿命周期内的充放电次数，使储能系统的投资有持续性增长，并对相关参数产生积极的影响。

参考文献：

[1]傅旭,李富春,刘飞,张雨津,杨欣,吴雄.高比例新能源系统储能需求优化研究[J].电力需求侧管理,2020,22(06):26-32.

[2]马超,董森,华正操.多种光伏组件组合光伏电站的混合储能容量优化配置研究[J].天津大学学报(自然科学与工程技术版),2020,53(11):1128-1135.

[3]于传,张少文,朱海铭.含复合储能的光伏并网控制策略研究[J].机电信息,2020(36):23-25.

[4]魏炜,陈晗,朱洁,徐弢,赵贺,李子衿.电池储能系统两模式协调控制策略[J/OL].电力系统及其自动化学报:1-6[2021-01-08].

[5]杨自然,武文斌,黄绍平.带蓄电池储能的并网型光伏发电系统运行特性仿真分析[J].湖南工程学院学报(自然科学版),2020,30(03):13-17.