光伏发电系统与储能装置的协调运行以及控制

光伏发电系统与储能装置的协调运行以及控制

程诚

中国核工业二三建设有限公司北京101300

摘要：通过光生伏特效应，太阳光可以被太阳电池转化为电力，这就是光伏发电的基本原理。不过，太阳能辐射的自然波动导致了光伏系统输出电力的不稳定性，这一问题影响了光伏技术的广泛应用和渗透力。为了解决这个难题，引入了储能装置的概念，以此来提升光伏系统的稳定性和可控性。储能装置能够通过吸收和释放电力来调节功率差异，从而减少对电网的干扰，提升了整体的电力供应质量。本文将针对光伏发电系统与储能装置的协调运行以及控制措施展开详细分析，以供参考。

关键词：光伏发电系统；储能装置；协调；运行；

1.光伏发电系统组成

光伏发电技术通过精心设计的系统组件，有效转换太阳光为电力，无论是部署于屋顶、平展地面，抑或是建设大型的太阳能发电场，其背后的科学原理保持不变。这个系统的构成涉及若干关键部件，每一部分都扮演着不可或缺的角色。太阳能电池板（又称光伏模块）是光伏发电系统的心脏，负责吸收太阳光并将之转化为电流。随后，这些电流被输送到逆变器，一个将直流电转换为交流电的装置，以供家庭或向电网输送使用。安装这些模块所需的支架结构也是系统不可或缺的组成部分，它保证了电池板的最佳倾斜角度，以最大化光照吸收效率。
光伏发电系统的性能评估是一个系统化的过程，它不仅仔细分析系统各个部分的功能，还识别潜在缺陷，从而不断优化系统运行，提升发电效率，确保系统能够长期稳健发挥作用。这一过程包括若干关键步骤，每一步都对系统的持续改进至关重要。性能评估的基石在于数据的收集与监控。这涵盖了从日照强度、环境温度到逆变器输出等多维度的信息收集，实时监控系统各组件状态，从而为及时发现并解决问题奠定了基础。随后，对系统效率的精确分析成为重中之重。这一环节涉及到对太阳能电池板、逆变器和系统整体效率的定量测量，同时，还需要识别和分析影响效率的因素，如阴影遮挡、尘埃积累或设备老化等，为优化措施提供确凿依据。最大功率点跟踪（MPPT）的分析也极为关键。这项技术确保了系统能够在不同的光照条件下都自动调整至最佳工作状态，通过优化逆变器的MPPT算法大幅提高能源的产出。温度对光伏系统性能的影响也不容小觑。性能评估中会详细考量温度系数和组件实际工作温度，采取控制措施减缓高温对系统性能的负面影响，比如改善通风和散热条件，这对于系统效率的保持至关重要。阴影效应分析则着眼于识别和规避阴影造成的性能损失。通过综合应用阴影分析工具和技术，可以有效优化电池组件的布局与安装，最大限度减少阴影对发电量的影响。

2. 光伏发电系统与储能装置运用中存在的问题

在讨论分布式光伏发电系统时，其与配电网的连接方式不容忽视，特别是考虑到配电网线路的电阻因素。这些系统与电网的互动，特别是电压分布和线路传输能力之间的相互依存性，非常重要。在没有光伏发电系统接入的情况下，配电网的电压随着线路长度逐渐降低。然而，一旦光伏系统接入，并且其产生的电能（P1）超过了实际负荷需求（P0），多余的电能就会被反馈回电网中，引发所谓的反向功率流现象。这种情况下，电网末端可能会经历显著的电压升高，如果电压上升到某一限定值，就会导致电压越限问题的出现。如果发生光伏系统并网点的电压越限，系统输送到电网的电能就会遭遇限制，导致大量电能浪费，从而对光伏系统的总体效率造成负面影响。这种情况下，确保电压在安全范围内变得至关重要，以免限制光伏发电系统的输出能力和效率。

3. 光伏发电系统与储能装置的协调控制策略

3.1反向功率流限制策略

为了有效缓解光伏系统在与电网互动中可能出现的功率输出过剩问题，反向功率流的限制显得尤为重要。这种做法的核心目的，在于降低因光伏发电超出实际需求而向电网输送过多电能的情况。实施这一策略的关键，在于储能系统的灵活应用[1]。简言之，当从光伏面板产生的电力（P1）超越了当前网络的需求（P0），这时储能单元会迅速响应，并开始充电过程，以此存储过剩的电能。反过来，如果光伏产出不足以满足需求，即P1未达到P0水平，储能单元则迅速转变为放电状态，提供必要的补充，以确保电力供应的连续性和稳定性。这一策略不仅有助于平滑电网负载，减轻电网压力，还可以增加光伏发电系统的运行效率，通过控制储能设施的充放电行为，使得能量的利用更加合理与高效。此外，它还能够为光伏系统提供更大的灵活性和更好的可靠性，在面临不同负载需求变化时，能快速调整，满足电网的实时需要，从而更好地融入现代电力系统，推进清洁能源的广泛应用。

3.2计划性运行控制

在面对光伏发电系统产能与实际电网需求之间的波动性问题时，计划性运行控制策略便显得尤其关键。该策略致力于通过精确控制储能设施的操作，达到稳定电网电力供应的目的。具体而言，其操作模式基于光伏发电量（P1）与当前电网负荷（P0）之间的差异，进行灵活调节[2]。当光伏系统的电力产出超出电网的即时需求量，即P1超越P0的情形，此时储能装置便会启动充电模式。这一过程持续，直至储能单元的充电功率降至事先设定的较低阈值。这能有效地吸纳多余的电能，防止其无谓损耗或对电网造成不必要的负担。反之，若光伏产能不足以满足电网的需求，也就是说P1落在P0之下，储能系统则迅速切换为放电模式。通过释放先前存储的电能，储能装置能够及时弥补电力供应的不足，确保电网的平衡与稳定。这样的自动化调节机制，不仅提高了电能的使用效率，还能够为光伏发电系统与电网之间的协同操作提供更大的灵活性和可靠性。此外，通过维持储能电池输出功率的稳定性，计划性运行控制还能够优化整个能源系统的性能，减少由于电力供需波动引起的损耗，从而提升整个电力系统的经济性和效率。这一策略的实施，无疑对于促进清洁能源的广泛应用和电网的可持续发展具有重要意义

[3]。

3.3削峰填谷控制

削峰填谷控制策略的设计初衷在于维护电网的稳定性，特别是防止反向功率流达到可能干扰电网正常运作的水平。此策略通过精细调节储能系统的运作状态，即在何时进行充电和放电来实现这一目标。当光伏系统生成的电量（P1）超出电网当前的用电需求（P0），并且这种超额产能可能导致反向功率流超出预设限制时，储能装置就会被激活，开始充电操作，以期吸收多余的电量。这样做有助于避免电网运作中的不稳定因素，防止因电能过剩而发生的功率波动。反之，如果光伏产出不足以满足电网需求，即P1低于P0的情况下，这一控制策略将促使储能设施放电，向电网供应额外所需的电力。通过这种快速而有效的调节机制，不仅可以保证电网负荷的稳定，还能最大程度地利用清洁能源，提升整体电力供应的可靠性和效率。

3.4电压稳定控制

专注于电压稳定控制的目的是为了确保光伏并网点的电压保持在可接受的限度之内。它是通过改变储能系统的充电或放电状态来实现的。具体地说，当并网点的电压超出设定的上限时，储能装置会立即开始充电过程；反之，若电压降至下限以下，则启动放电，从而保障向电网提供的功率维持在安全范围内。

结语：光伏发电系统是一个复杂但井然有序的集合体，通过这些紧密相连的组件，我们能够高效地将无尽的太阳能转化为日常生活和工业生产中必需的电力，展现了人类与自然和谐共存的美好图景。通过以上四种控制机制，不仅能有效解决电压超限问题，还能优化光伏系统与储能装置的协同工作效率，从而确保系统稳定运行，提高能源利用率，进一步推动清洁能源的广泛应用和电网的绿色转型。

参考文献：

[1]陈建国,郑拓,郝俊毅,董幼林,胡经伟,苏义鑫.新能源发电接入下储能系统双层优化模型[J].中南民族大学学报(自然科学版),2024,43(02):245-251.

[2]赵一豪,朱伟,顾小兴,吴远网.风光储联合发电系统并网控制研究[J].重庆理工大学学报(自然科学),1-10.

[3]孙丰涛,任建平,刘伟川.基于高效电能管理系统的客车光伏技术研究[J].客车技术与研究,2024,46(01):1-7+27.