程偉

摘要：隨著我國能源體制改革的深入，光伏產(chǎn)業(yè)成為我國少有的具有國際競爭優(yōu)勢的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，并且光伏產(chǎn)業(yè)能夠為我國環(huán)保事業(yè)作出巨大貢獻，光伏事業(yè)的發(fā)展離不開智能產(chǎn)業(yè)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等新興信息技術(shù)的堅強支撐。并且我國能源結(jié)構(gòu)也在不斷的調(diào)整，風電以及光伏發(fā)電等新能源裝機的比例持續(xù)提高，為解決區(qū)域電力能源不足發(fā)揮了重要作用。但是由于新興能源發(fā)電設(shè)備一次調(diào)頻的能力以及不具有響應系統(tǒng)頻率變化關(guān)系的問題，新興能源電力系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)能力成為了弊端，而儲能為了優(yōu)化光伏參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的重要措施，本篇將對儲能支撐光伏參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的優(yōu)化控制措施作深入研究，為新能源在電力資源的應用提供參考。

關(guān)鍵詞：儲能支撐;光伏;參與電網(wǎng);一次調(diào)頻;優(yōu)化控制策略;

一、儲能及一次調(diào)頻的相關(guān)概述

1.1儲能主要內(nèi)容的介紹

儲能系統(tǒng)就是通過一定的設(shè)備或者介質(zhì)將能量儲存起來，在需要的時候在將能量釋放。儲能主要是提高新能源利用率的先進技術(shù)，這也是全球關(guān)注的熱點問題，中國作為能源生產(chǎn)和需求大國，將會利用儲能達到節(jié)能減排且能源支撐經(jīng)濟增長的目標。儲能產(chǎn)業(yè)的價值正在逐步的提高，儲能已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對電網(wǎng)的三種支撐作用，包括頻率支撐、電壓支撐以及弱電網(wǎng)支撐。其中一次調(diào)頻、虛擬阻尼以及虛擬慣量等都是新能源場電站在并網(wǎng)的過程中實現(xiàn)的維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的主要功能，儲能足夠支撐電網(wǎng)安全且穩(wěn)定的運行，充分考慮儲能電池電荷狀態(tài)以及調(diào)節(jié)死區(qū)的影響，減弱調(diào)頻過程的抖動性。但是電網(wǎng)對于儲能的配套也有嚴格的要求，不同電網(wǎng)故障的過程中儲能也必須具備穩(wěn)定頻率的。儲能方法分別有電池儲能、電感器儲能、電容器儲能等。

1.2光伏參與電網(wǎng)的內(nèi)容介紹

光伏作為市場的主體之一參與到電網(wǎng)中不僅推動新能源領(lǐng)域的快速進步，還能夠優(yōu)化能源市場的資源配置。光伏參與電網(wǎng)有三個亟待解決的問題，首先是光伏參與電網(wǎng)的安全性，光伏參與電網(wǎng)的電壓、頻率以及此同步方面都與傳統(tǒng)的發(fā)電機接入電網(wǎng)不同，無論是應用變流器還是逆變器都有不同的優(yōu)點和缺點，不僅影響了電網(wǎng)的穩(wěn)定性，還增加了電網(wǎng)運行的風險性。其次，電網(wǎng)頻率以及電壓的穩(wěn)定性也受到光伏接入電網(wǎng)的影響。

二、儲能支撐光伏參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的優(yōu)化控制策略

2.1光伏參與電網(wǎng)的一次調(diào)頻策略

光伏參與電網(wǎng)所采用的是跟隨出力的方式以及監(jiān)測頻率偏差變化的調(diào)節(jié)減載調(diào)頻策略。光伏發(fā)電參與電網(wǎng)一次調(diào)頻策略主要通過控制系統(tǒng)、并網(wǎng)逆變器以及光伏陣列等實現(xiàn)，我們會對其輸入的電壓和電流進行功率變化的監(jiān)測，進而得到逆變器的功率因數(shù)狀態(tài)。在控制參考值的過程中對逆變器的并網(wǎng)運行狀態(tài)進行監(jiān)測，這就是跟隨處理的方式。而光伏可變減載調(diào)頻策略需要光伏系統(tǒng)參與調(diào)頻的兩個條件，其一是光伏系統(tǒng)具有一定的備用容量，而光伏系統(tǒng)也需要其負荷擾動時能夠響應系統(tǒng)的頻率而增減有功出力，這就是光伏參與電網(wǎng)的另一個控制策略。

2.2電池儲能參與電網(wǎng)的一次調(diào)頻策略

電池儲能是儲能的方式之一，電池儲能參與電網(wǎng)的一次調(diào)頻策略首先需要儲能電池組以及儲能的控制系統(tǒng)，進而能夠?qū)崿F(xiàn)特定的控制特性。在電池儲能的自適應下垂控制策略是同步和模擬發(fā)電機的一次調(diào)頻的策略，其具有頻率下垂特征。在這個策略中需要不同于傳統(tǒng)的固定的下垂系數(shù)，而需要結(jié)合電池儲能的負荷狀況對下垂系數(shù)作動態(tài)的調(diào)整，這樣一來不僅能夠減少對電池壽命的損傷，還能夠減少對電網(wǎng)系統(tǒng)的干擾影響，儲能系統(tǒng)的接入對于光伏電站產(chǎn)生的影響還能有明顯的抑制效果，進而通過電池的限度值以及不同電池的特性得出電池儲能參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的方式。還有電池儲能參與一次調(diào)頻的自適應策略，這個策略需要綜合分析電池儲能的調(diào)頻效果以及荷電的狀態(tài)，并且結(jié)合動態(tài)調(diào)整下垂系數(shù)以及慣性控制的特征，提出自適應的一次調(diào)頻策略。

2.3儲能支撐光伏參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的優(yōu)化策略

光儲系統(tǒng)包含光伏發(fā)電系統(tǒng)、電池儲能系統(tǒng)、交流直流功率變換設(shè)備PCS、以及能量管理控制系統(tǒng)EMS四大子系統(tǒng)組成。光伏發(fā)電子系統(tǒng)主要實現(xiàn)太陽光照到三相交流電能的發(fā)電能量轉(zhuǎn)換功能，包括光伏板光電轉(zhuǎn)換組件和光伏逆變器兩大部件。

電池儲能系統(tǒng)基于電化學原理通過電池實現(xiàn)電能的存儲與釋放，包括電池和電池管理系統(tǒng)BMS（Battery Management System，簡記BMS）兩大部件。

交流直流功率變換設(shè)備PCS主要實現(xiàn)交流母線三相交流電功率到儲能電池直流功率的交直流雙向轉(zhuǎn)換，同時負責光儲系統(tǒng)與電網(wǎng)之間的并離網(wǎng)切換功能，主要由DC/AC雙向變換器和靜態(tài)切換開關(guān)STS兩大部件組成。

能量管理控制系統(tǒng)EMS主要實現(xiàn)光伏、儲能、電網(wǎng)及用戶負載四個位置的能量及功率協(xié)調(diào)管理控制功能，同時實現(xiàn)收集各子系統(tǒng)運行狀態(tài)信息數(shù)據(jù)、通過保護功能控制各子系統(tǒng)運行在安全范圍內(nèi);EMS控制器主要由通信管理機、能量管理控制計算機以及EMS能量管理軟件三部分組成。

能源管理主控制單元MPU負責采集和收集系統(tǒng)運行信息，包括用戶的負荷需求、發(fā)電側(cè)電能質(zhì)量參數(shù)、電網(wǎng)需求、用戶管理需求、阻塞級別等，通過自適應的人工智能或用戶人工干預來管理和優(yōu)化微電網(wǎng)系統(tǒng)的運行效益，也包括實現(xiàn)各分布電源之間的協(xié)調(diào)控制、系統(tǒng)并網(wǎng)/離網(wǎng)模式平滑切換相關(guān)控制。微電網(wǎng)的能源管理系統(tǒng)作為專家決策系統(tǒng)，基于軟件和微處理器來實現(xiàn)，將各個分布式微源、大電網(wǎng)（智能電網(wǎng)）的數(shù)據(jù)接入，并根據(jù)調(diào)度命令或能量控制協(xié)調(diào)優(yōu)化策略決定微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制。

大型的儲能裝置具有穩(wěn)定的性能，因此光伏電站能夠利用儲能裝置實現(xiàn)平滑出力的目標，主要是依據(jù)儲能裝置能夠快速充電和放電的特征。而儲能支撐光伏參與電網(wǎng)一次調(diào)頻能夠提升整個電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。儲能裝置以及光伏都沒有一次調(diào)頻的能力，也不具備慣性響應的能力，但是優(yōu)化策略能夠綜合兩者的優(yōu)勢實現(xiàn)兩種特性。其中儲能裝置能夠提供慣性響應，而光伏可以利用上述策略中的自適應策略等策略參與一次調(diào)頻?？偠灾畠δ苤喂夥鼌⑴c電網(wǎng)一次調(diào)頻能夠在一定條件下協(xié)作運行，進而充分發(fā)揮一次調(diào)頻以及儲能的優(yōu)勢。

結(jié)語：綜上所述，儲能支撐光伏參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的優(yōu)化控制策略一直在不斷被試驗和驗證，其優(yōu)化策略也會不斷地推陳出新，為光伏參與電網(wǎng)的發(fā)展提供一定的思路，將分布式儲能通過某種聚攏技術(shù)進行聯(lián)合調(diào)控，有助于電網(wǎng)和發(fā)電行業(yè)進行聯(lián)合運行調(diào)控，也相信我國的光伏產(chǎn)業(yè)以及能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整會成為我國的重要優(yōu)勢。

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