光伏发电中储能系统接入的研究

光伏发电中储能系统接入的研究

杨云

中国能源建设集团云南火电建设有限公司 云南昆明650000

摘要：随着时代的发展，社会生产和居民生活对于能源的需求逐渐增加，为了更好地遵循“绿色、可持续”的发展原则，清洁能源应运而生。光伏发电是太阳能发电技术中的重要组成部分，不仅满足了对环境保护的需求，也在最大程度上缓解了供电压力，实现了电能的可持续和现阶段的供电效率。光伏发电中储能系统是实现可持续供电的主要部分，充分发挥储能系统的作用，直接关系到光伏发电系统的应用水平。因此，本文以下主要针对光伏发电中储能系统接入进行研究，通过对其原理和储能管理的相关探讨，推动电能可持续发展。

关键词 光伏发电、储能系统、接入研究

光伏发电系统是太阳能发电的主要研究内容，也是最具可持续发展理想特征（最丰富的资源和最洁净的发电过程）的可再生能源发电技术。太阳能资源分布广泛且取之不尽、用之不竭，光伏发电在一定程度上缓解了供电紧张和需求量增大等问题，同时其是清洁能源的特点，对于人与自然和谐发展也有重要的意义。

1、光伏发电

1.1光伏发电项目建设的必要性和意义

中国的环境现状和发展趋势大规模、无节制地开发利用化石燃料不仅加速了这些宝贵资源的枯竭，而且造成日益严重的环境问题。过度的排放日益引起全球关注，解决这些问题已不再是各国自身的事情，控制和减少排放已经成为全球各国的目标和义务，责任的分担已经成为各国政府讨价还价的政治问题。随着全球能耗的快速增长，环境将进一步恶化，减排的纷争将更加激烈[1] 。

我国目前的能源将近 70%由煤炭供给，这种过度依赖化石燃料的能源结构已经造成了很大的环境、经济和社会负面影响。大量的煤炭开采、 运输和燃烧，对我国的环境已经造成了极大的破坏。初步估算煤炭发电

造成的污染的经济损失以及由此引致的环境污染治理成本高达 1606 亿元。大力开发利用可再生能源是保证我国能源供应安全和可持续发展的 必然选择。我们的环境状况已经警示我国所能拥有的排放空间已经十分有限了，再不加大清洁能源和可再生能源的份额，我国的经济和社会发展就将被迫减速。

1.2开发利用太阳能资源符合能源产业发展方向

我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，能源将近 76%由煤炭供给，这种过度依赖化石燃料的能源结构已经造成了很大的环境、经济和社会负面影响。大量的煤炭开采、运输和燃烧，对我国的环境已经造成了极大的破坏。大力开发太阳能、风能、生物质能等可再生能源利用技术是保证我国能源供应安全和可持续发展的必然选择。

我国在能源领域将实行的工作重点和主要任务是首先加快能源结构调整步伐，努力提高清洁能源开发生产能力。以太阳能发电、风力发电、 太阳能热水器、大型沼气工程为重点，加快可再生能源的开发。要使光伏发电成为战略替代能源电力技术，必须搞大型并网光伏发电系统，而这个技术已经实践证明是切实可行的[2] 。

1.3开发利用可再生能源是必由之路

面对我国能耗高速增长的形势，考虑到我国探明的煤炭资源、石油资源、天然气资源将在未来的不同年限中用尽枯竭；因此从现在开始必须加速开发新能源和可再生能源以取代日益减少的化石能源，做到未雨绸缪。

1.4光伏发电系统分析

光伏发电系统主要是通过太阳能电池进行太阳能向电能的转化。即为：通过半导体材料产生的光伏效应而把太阳辐射能转化成电能的一种用来发电的系统。光伏发电是一种清洁、安全可再生的能源，也是现阶段使用较为普遍的发电方式。利用光伏系统进行发电有很多优点，比如在恶劣的天气和环境之下也能够正常供电，并且安全性能高，使用寿命长。光伏发电系统的安全、可持续运行的重要保障是其储能管理。

光伏储能系统是将光伏发电系统与储能电池系统相结合，主要在电网工作应用中起到“负荷调节、存储电量、配合新能源接入、弥补线损、功率补偿、提高电能质量、孤网运行、削峰填谷”等作用应用。光伏属于间歇性能源，不是随时想发多少电就能发多少电，所以会有发电峰值与用电峰值不能吻合，于是在独立系统的使用上需要加装储能系统将光照强中午时段多余的发电量储存起来以备夜晚和阴天使用。

2、光伏发电储能系统原理概述

 光伏储能系统是将光伏发电系统与储能电池系统相结合，主要在电网工作应用中起到“负荷调节、存储电量、配合新能源接入、弥补线损、功率补偿、提高电能质量、孤网运行、削峰填谷”等作用应用。通俗来说，可以将储能电站比喻为一个蓄水池，可以把用电低谷期富余的水储存起来，在用电高峰的时候再拿出来用，这样就减少了电能的浪费；此外储能电站还能减少线损，增加线路和设备使用寿命。光伏发电系统是通过利用可再生能源（太阳能）进行发电的方式，其储能设备配置能够根据光伏发电系统的需求为其提供稳定的电源支持，并且在其发电过程还能够抑制光伏电源导致的负荷变化，对功率分配也能够进行有效的控制。

2.1光伏发电储能系统的作用

光伏发电的输出功率与光照有直接的关系，例如：光照强度、时间等都会直接影响到光伏发电的功率。因此，与传统的发电方式相比，其有太多的不可控制因素。为了发挥太阳能的最大效用，使得光伏发电真正地应用于市场需求，减少弃光等问题，其储能系统就是一个很好的解决方式。光伏发电储能系统能够实现储存，与发电站接入也能解决供电过程中的不平衡问题，更好地满足供电市场需求

[3] 。

2.2光伏发电储能系统分类

根据应用场景的不同，其光伏发电储能系统大致可划分为四种模式，以下分别为：光伏并网储能、光伏离网储能、并网储能和光储微网系统模式。

    光伏并网储能系统根据太阳能功率和负载功率来判断光伏发电的去向，当太阳能功率大于负载功率的时候，光伏发电一部分为负载供电，一部分为蓄电池充电，当负载功率大于太阳能功率的时候，蓄电池在优先为负载供电，这种类型的光伏电站用在光伏的电不能上网的地方，或是电费、峰谷差价较高的地方。

   并离网储能系统是光伏将一部分电给负载使用，一部分电给蓄电池充电，在没有光照的情况下，市电或是蓄电池为负载工作，最为主要的是，当电网停电，系统直接切换到离网状态，蓄电池可以重要的负载供电，当市电恢复正常时，系统再切换到并网模式。

  光伏微网储能系统既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。光伏的电通过逆变器给负载使用，同时通过PCS给蓄电池充电，当没有光照的时候，蓄电池可以通过PCS为负载供电，从而减少用户端对电网的依赖。

2.3储能系统的主要接入方式

2.3.1配置在电源直流侧

配置在电源直流侧的方式主要是通过逆变器直流端对蓄电池组和光伏阵列进行调控。例如：在太阳能光伏发电中，其光伏发电单元与蓄电池单元共享一个逆变器如下图1所示[4] 。

图1光伏发电中储能系统在变电站的接入电力系统图

2.3.2配置在电源交流侧

配置在电源交流侧的情况下其储能系统的接入方式主要有两种：1、变压器低压侧接入：其储能部分接入变压器低压侧，与原光伏电站共享同一个变压器。2、变压器高压侧接入：这种方式下储能系统能够被淡出作为储能电站模块，可直接接入高压电网[5] 。

2.3.3配置在负荷侧

配置在负荷侧的情况下，蓄电池组和负荷之间能够直接地进行配接调控，其主要优点是能够高效、快速地进行能量的储存和输送。这种配置下，储能系统能够独立于电网之外根据预设的目标自主进行运行，其储能输出功率直接随着负荷功率进行波动[6] 。

结束语：

光伏发电系统实现了供电的“绿色、可持续化”，是现今发电中较为常用的发电形式之一。在光伏发电的过程中，储能系统直接能够影响供电质量和电能分配，是保障光伏发电系统正常运转，实现平稳电能供给的重要保障。根据实际场景和需求等因私，其储能系统的接入也有所不同，为更好地发挥其储能系统在光伏发电中的作用，选择适宜的接入方式也是十分重要的。光伏发电作为现今主要的电能供给模式，在一定程度上缓解了传统供电下的供电压力，为社会发展提供了能源保障。

参考文献

[1] 林少伯.含光伏电源的微电网储能控制技术研究[D].华北电力大学，2013.

[2] 袁建华.分布式光伏发电微电网供能系统研究[D].山东大学，2011.

[3] 陈昌松.光伏微网的发电预测与能量管理技术研究[D].华中科技大学，2011.

[4]曾杰.可再生能源发电与微网中储能系统的构建与控制研究[D].华中科技大学，2009.

[5]全俊晓.储能技术在光伏并网发电系统中的应用分析[J].电子测试.2020,(2).

[6]张帅.储能技术在光伏并网发电系统中的应用[J].通信电源技术.2019,(5)