光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)控制策略及并網(wǎng)研究

光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)控制策略及并網(wǎng)研究

Summary：中國(guó)正積極推動(dòng)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)工程。然而在其工程項(xiàng)目的建設(shè)過(guò)程中，會(huì)在很大程度上導(dǎo)致電網(wǎng)無(wú)法平穩(wěn)和安全運(yùn)行，不能達(dá)到預(yù)期的建設(shè)目標(biāo)。這就要求相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該進(jìn)一步對(duì)其展開(kāi)研究，通過(guò)相應(yīng)措施解決項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中存在的問(wèn)題，制定具有針對(duì)性的解決方案，為中國(guó)電力行業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。Keys：光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)；控制策略；并網(wǎng)1分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)1.1基本原理“光伏效應(yīng)”是分布式光伏發(fā)電應(yīng)用的基本原理。光伏電池中的半導(dǎo)體材料，內(nèi)部組成了一個(gè)個(gè)PN結(jié)，當(dāng)光伏電池因太陽(yáng)光照射，其內(nèi)部半導(dǎo)體的PN結(jié)受到激發(fā)，則產(chǎn)生大量的電子-空穴對(duì)，電子向N型半導(dǎo)體一側(cè)移動(dòng)，空穴向P型半導(dǎo)體一側(cè)移動(dòng)，使得電池組向光側(cè)累積負(fù)電荷，電池組背光側(cè)累積正電荷，故光伏電池的兩側(cè)產(chǎn)生了電壓差，利用導(dǎo)線將光伏電池兩側(cè)與各類用電負(fù)載連通，形成閉合的電路，則產(chǎn)生工作電流，從而實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的特殊過(guò)程。1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是由光伏電池組件、控制器、逆變器、配電網(wǎng)、負(fù)荷等組成的特殊供電系統(tǒng)，其以小容量、多布點(diǎn)為特點(diǎn)，幾乎都建設(shè)在用戶用電場(chǎng)地附近，是一種平衡調(diào)節(jié)配電網(wǎng)的光伏電源。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電池組件利用“光伏效應(yīng)”原理，在太陽(yáng)光照的作用下，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為直流電能，該電能可以供給直流負(fù)荷使用，同時(shí)也可經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)化為交流電源，經(jīng)過(guò)濾波處理后直接供給交流負(fù)載或并電網(wǎng)接入。根據(jù)功能設(shè)計(jì)，有些光伏發(fā)電系統(tǒng)還會(huì)配置一定數(shù)量的蓄電池組進(jìn)行蓄能，并由系統(tǒng)中的控制器決定所發(fā)電能是進(jìn)入蓄電池組進(jìn)行儲(chǔ)存，還是直接輸出供給各用電負(fù)荷。光伏電池組件是分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，其本質(zhì)是一種以硅為基本元素的光電半導(dǎo)體材料，主要分為單晶硅和多晶硅。在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)光伏電池的上表面會(huì)增添一些柵狀電極，有時(shí)也會(huì)在在電池受光面上增加一層減反射層，進(jìn)而提升光伏電池組的電能轉(zhuǎn)化效率。由于單位光伏電池發(fā)出的電壓和有效功率是微弱的，故需要由一定數(shù)量的光伏電池組形成光伏電池陣列，并在電路上通過(guò)串聯(lián)、并聯(lián)方式組合而成，最終達(dá)到系統(tǒng)要求的輸出電壓和功率。2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成一般，對(duì)于并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究是通過(guò)一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)分別進(jìn)行研究的。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的一次系統(tǒng)主要包括光伏電池方陣、逆變器，二次系統(tǒng)主要包括光伏控制器、防孤島保護(hù)裝置。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是通過(guò)光伏電池方陣實(shí)現(xiàn)能量的供應(yīng)，然后通過(guò)逆變器將光伏電池發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姟２捎媚孀兤鞯脑蚴桥潆娋W(wǎng)的負(fù)荷幾乎為交流電源設(shè)計(jì)的負(fù)載，而光伏發(fā)電輸出的卻是直流電，為了滿足用戶的需求，需要用此裝置將配電網(wǎng)不需要的直流電逆變?yōu)榕渚W(wǎng)負(fù)載所需的交流電。逆變器除了逆變電流外，其另外具有的重要作用是自動(dòng)運(yùn)行、停機(jī)功能以及最大功率跟蹤控制功能。光伏控制器是通過(guò)自動(dòng)控制手段調(diào)節(jié)與控制光伏電池與儲(chǔ)能蓄電裝置之間充電過(guò)程和儲(chǔ)能蓄電裝置向電源調(diào)節(jié)器輸電的過(guò)程，其中也包含了信息化采集功能，通過(guò)電腦數(shù)字信息集控和監(jiān)督測(cè)試調(diào)控手段來(lái)迅速、實(shí)時(shí)地收集目前光伏發(fā)電的工作情況，得到并網(wǎng)光伏發(fā)電電站的工作數(shù)據(jù)。目的都是使光伏控制器能夠很大程度地估算出光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)性以及檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)元件是否具有穩(wěn)定性。3分布式光伏發(fā)電井網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)造成的影響并網(wǎng)對(duì)于對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃會(huì)造成一定的影響。在現(xiàn)階段，其基本電源結(jié)構(gòu)是家庭，而不確定的裝機(jī)容量在一定程度上為電力企業(yè)制定電網(wǎng)設(shè)計(jì)和評(píng)估作業(yè)帶來(lái)了阻礙，同時(shí)導(dǎo)致電網(wǎng)無(wú)法達(dá)到相關(guān)建設(shè)規(guī)范的要求，最終對(duì)電力企業(yè)的經(jīng)營(yíng)和管治帶來(lái)較大困難。除此之外，這種情況也不利于電力企業(yè)展開(kāi)配電網(wǎng)的管治和改造作業(yè)。不同的并網(wǎng)方式造成的影響。在將其接入電網(wǎng)的情況下，配電網(wǎng)很可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和安全運(yùn)行。例如，在離網(wǎng)運(yùn)行的情況下，配電網(wǎng)的運(yùn)行不會(huì)受到干擾；在接入分布式電源后沒(méi)有功率輸送的情況下，電壓會(huì)受到干擾；而在將其接入電網(wǎng)之后有功率輸送的情況下，配電網(wǎng)則會(huì)受到來(lái)自不同層面的干擾，一方面影響電網(wǎng)的平穩(wěn)和安全運(yùn)行，另一方面也會(huì)導(dǎo)致輸電品質(zhì)和效率的下降。對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生影響。現(xiàn)階段，中國(guó)相關(guān)建設(shè)項(xiàng)目的發(fā)展還在探索期間，和西方國(guó)家相比，其發(fā)電技術(shù)比較落后，電網(wǎng)規(guī)模比較小。而在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，由于來(lái)自不同層面的影響，往往存在電力品質(zhì)較低的情況，同時(shí)影響其電壓波動(dòng)和閃變。光伏發(fā)電是對(duì)太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換過(guò)程，以此提供電力能源。因此，電能的產(chǎn)生會(huì)在很大程度上受到陽(yáng)光的強(qiáng)弱和存在時(shí)間的干擾，進(jìn)而導(dǎo)致電力供應(yīng)的不穩(wěn)定或者中斷，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行造成阻礙，除此之外，還會(huì)對(duì)社會(huì)生產(chǎn)和民眾的生活帶來(lái)影響。特別是在最近幾年間，由于該項(xiàng)目的數(shù)量和規(guī)模逐漸增加，上述現(xiàn)象變得更加普遍。同時(shí)，電壓發(fā)布也會(huì)在配電網(wǎng)接入光伏發(fā)電系統(tǒng)諧波污染之后發(fā)生變化，而且其變化情況和電源容量接入的部位息息相關(guān)。除此之外，還有諧波污染和電壓不平衡等層面的威脅，最終導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行不能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。對(duì)繼電保護(hù)的影響。在現(xiàn)階段，配電網(wǎng)的保護(hù)方法基本上包括：限時(shí)速斷、速斷兩類。然而，上述方法雖然能夠在一定程度上起到前期規(guī)劃的作用，但是無(wú)法提供方向性的保護(hù)。在將其分布式電源繼接入電網(wǎng)之后，繼電保護(hù)的范圍會(huì)減小，從而導(dǎo)致保護(hù)功能下降，最終增加配電網(wǎng)運(yùn)行中的安全隱患。4分布式光伏并網(wǎng)電能質(zhì)量評(píng)估與控制和西方國(guó)家相比，中國(guó)在該工程項(xiàng)目建設(shè)的數(shù)量和規(guī)?？傮w上依然較小，不過(guò)目前，相關(guān)部門已經(jīng)為分布式電源的接入制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在配電網(wǎng)中接入分布式電源時(shí)，交流電必須能夠達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還必須有效監(jiān)視和管治電力輸送情況。除此之外，電力企業(yè)還必須確保電網(wǎng)參數(shù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，從而為輸送高品質(zhì)的電能提供有力保障。光伏電站的功率控制和電壓調(diào)節(jié)如下。4.1有功功率控制在10kV電壓等級(jí)，該系統(tǒng)必須在最大程度上可以有功功率運(yùn)行，從而使其能夠滿足實(shí)際的電力輸送要求，并且達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而對(duì)電網(wǎng)的正常和有效運(yùn)行提供有效保障。4.2電壓/無(wú)功調(diào)節(jié)在將其接入電網(wǎng)的情況下，調(diào)控電壓的方法主要包括以下幾類：（1）調(diào)控其無(wú)功功率，（2）調(diào)控其無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，（3）調(diào)控其變壓器。在380v電壓等級(jí)的情況下，在將其接入電網(wǎng)后，電功率因數(shù)必須能夠在0.98（超前）到0.98（滯后）調(diào)控，從而保持電壓平穩(wěn)。在10kV電壓等級(jí)，應(yīng)該根據(jù)如下原則展開(kāi)功率因數(shù)調(diào)控作業(yè)：（1）如果是同步電類型，必須能夠在0.95（超前）到0.95（滯后）調(diào)控，從而保持電壓平穩(wěn)。（2）如果是異步電機(jī)類型，必須能夠在0.98（超前）到0.98（滯后）調(diào)控，從而保持電壓平穩(wěn)。（3）如果是變流器類，必須維持在0.98（超前）到0.98（滯后）調(diào)控，從而保持電壓平穩(wěn)。結(jié)束語(yǔ)中國(guó)最普遍的太陽(yáng)能發(fā)電模式是光伏發(fā)電，因此在通常情況下，光伏發(fā)電也被普遍指代太陽(yáng)能發(fā)電。作為新興的發(fā)電技術(shù)，光伏發(fā)電的基本原理為太陽(yáng)輻射通過(guò)太陽(yáng)能光伏電池的轉(zhuǎn)換，成為可以被直接利用的電力能源。這種發(fā)電設(shè)備往往建立在電能需求方的場(chǎng)所之內(nèi)，主要的利用模式是電能需求者自用。發(fā)電的剩余電能則能夠?yàn)榈卿浘W(wǎng)絡(luò)提供支撐，從而在一定程度上為電力系統(tǒng)的運(yùn)行平衡提供基礎(chǔ)。Reference[1]楊艷.光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)研究[J].城市住宅,2021,28(S1):180-181.