鄭立明，葉 駿，叢建鷗

（中國華電科工集團有限公司，北京 100160）

1 光伏并網發(fā)電系統(tǒng)組成及特征

太陽能光伏發(fā)電并網系統(tǒng)的基本架構主要包括5個部分，分別是儲能裝置、光伏陣列、逆變器、功率最大點跟蹤裝置以及并網變壓器[1]。

光伏陣列是構成太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要部分，它是單體太陽能光伏電池進行串聯(lián)后封裝而成，然而按照系統(tǒng)要求，電池組還要通過并聯(lián)、串聯(lián)等方式進行裝配，隨后安裝于支架上。光伏陣列是把太陽能收集起來并轉化成電能的基本單元。功率最大點跟蹤裝置是用于確保太陽能光伏列陣始終處于太陽最佳照射角度的控制裝置，太陽能光伏電池陣列具有非線性的典型特征，輸出時易受負載、光照以及溫度影響，實施功率最大點跟蹤控制，能夠保障太陽能光伏電池陣列在任何環(huán)境下都能輸出最大功率，從而使太陽能光伏電池達到充分應用[2]。儲能應用系統(tǒng)具有對并網太陽能光伏發(fā)電應用系統(tǒng)的控制和調節(jié)作用，可以在光照及電量充足時把盈余的電能轉移儲存，之后再結合具體情況將電能加以釋放，達到保障電源不斷輸出、調節(jié)電網平衡供電的目的。并網變壓器與逆變器的目的是把光伏應用陣列輸出的低電壓直流電集中轉化成為與電壓實際等級相匹配的交流電，以便為太陽能光伏系統(tǒng)發(fā)電運行提供保障[3]。

并網太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要特征包括以下3個方面：（1）影響太陽能光伏發(fā)電應用系統(tǒng)運行輸出的主要因素有溫度及光照等，輸出功率受其影響會產生非常明顯的變化，尤其在天氣頻繁變化時，系統(tǒng)輸出功率就會表現(xiàn)出較強的不可控和隨機性特征；（2）因為光伏并網發(fā)電應用系統(tǒng)的成本比較高，想要謀求系統(tǒng)資源效益最大化，需要應用功率最大點跟蹤技術，同時促使電網盡可能地吸收和應用；（3）為實現(xiàn)太陽能的高效應用，系統(tǒng)在進行并網時要保證與并網點的電壓和電流具有一致性，也就是說系統(tǒng)只輸出有功的功率[4]。

2 太陽能光伏發(fā)電產生的電網沖擊

如今，太陽能光伏發(fā)電應用系統(tǒng)的使用規(guī)模比現(xiàn)有電網的規(guī)模要小，而且系統(tǒng)的儲能設備需要較高的成本投入，太陽能光伏系統(tǒng)在并網進行發(fā)電時未選擇使用儲能設備，因此光伏并網系統(tǒng)在使用中會給電網造成不利影響，同時由于光伏系統(tǒng)的使用規(guī)模越來越廣，太陽能光伏電源的應用率越來越高，產生的影響必須要加以關注[5]。根據對太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)進行分析和研究可知，該系統(tǒng)影響電網運行的主要問題是電源不夠穩(wěn)定，易對電網運行的穩(wěn)定性、安全性等方面造成影響，可見加裝太陽能光伏儲能設備對電網具有重要作用。

2.1 線路的潮流

在沒有接入太陽能光伏系統(tǒng)時，發(fā)電電網的支路通電潮流通常為單方向運行流動，相對于光伏配電網而言，電網在接入太陽能光伏電源后，電網就會徹底改變潮流運行的模式，而且變得難以預測。線路潮流發(fā)生改變令電壓難以控制，造成配電網控制電壓裝置無法正常工作，并且還會導致支路通電潮流、節(jié)點輸出電壓以及變壓器出現(xiàn)越限，對系統(tǒng)正常供電的安全和穩(wěn)定造成不利影響，同時由于潮流具有一定的不確定性，因此會給電廠生產技術制定帶來一定的困難。

2.2 電能的質量

由于光伏電池經常會受到云層的遮擋，使得太陽能光伏電源輸出的功率經常會在瞬間由100%下降至30%，甚至更低，也可能會從30%升到100%，因此對于大型的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，容易產生波動性電壓和電壓閃變，也會產生頻率的變化波動[6]。同時，因為太陽能光伏發(fā)電并網系統(tǒng)的輸出電能是直流電，需要逆變設備使其轉變成交流電以后才能融進電網，整個過程會引發(fā)諧波，從而影響電網的運行質量。

2.3 系統(tǒng)的保護

在光照比較好的時候，太陽能光伏電站實際輸出的功率比較大，這會增強輸出的電流，容易造成過流安全保護裝置失誤性動作，當短路輸出電流過大時還會對熔斷器運行造成不利影響。另外，相較于配電網而言，在沒有接入到光伏系統(tǒng)時支路輸出潮流通常為單向，且保護缺少方向性，但若是接入到光伏系統(tǒng)，則配電網就會轉為多源輸出網絡，其潮流流向表現(xiàn)出明顯的不確定性，因此在保護系統(tǒng)上必須增加方向性的保護裝置[7]。

2.4 運行的調度

太陽能光伏電源實際輸出的功率容易受到天氣影響，因此增加了控制難度，進而也限制了太陽能光伏電源的調度能力，如果在發(fā)電系統(tǒng)內太陽能光伏電源達到一定的占比時，電網經營者就要充分考慮對電力實施安全、穩(wěn)定的調度。此外，常規(guī)的電價和光伏的電價不同，怎樣才能即達到系統(tǒng)運行的安全性，又能實現(xiàn)電網的經濟效益是值得今后探討的問題。

3 光伏發(fā)電并網系統(tǒng)中相關儲能應用技術

太陽能光伏電站實現(xiàn)并網，特別是大型太陽能光伏電站的并網會給電網造成一定影響。如今，解決太陽能光伏電站并網所帶來的不利影響，增加并網電站容量的辦法有兩個，其一是以電網為基礎增加電網適用性，打造智能型電網；其二是以太陽能光伏電站為基礎，給光伏并網電站增設儲能備[8]。電力系統(tǒng)的儲能應用技術一般被應用于太陽能光伏電站中，能利用充放電的適當調控解決并網電站存在的輸出異常問題，防止因為太陽能光伏電源不夠穩(wěn)定而產生的一切不利影響。太陽能光伏并網電站在增設儲能設備后，不但可以解決以上問題，還能使用相應控制方法，最終給用戶及電網帶來環(huán)保、效益以及成本方面的利益[9]。

3.1 電網中的應用

（1）電力的調峰。進行調峰的作用是要降低峰電期大功率荷載對電能的使用需求，可以降低對電網造成的壓力。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)儲能設備可以按照實際需求在最低負荷時把電能集中儲存起來，當進入高負荷期時加以釋放，增強電網輸出功率，提高供電的安全穩(wěn)定性。

（2）控制電能的質量。系統(tǒng)儲能設備接入光伏系統(tǒng)，對太陽能光伏電源具有改善作用，提高供電的穩(wěn)定性，故此根據相應逆變對策，儲能功能還能對電能的質量加以控制，對相角調整和平穩(wěn)電壓等具有控制作用。

（3）微電網。該電網發(fā)電并網將成為輸配電未來發(fā)展的主要方向，能夠有效增強供電的安全穩(wěn)定性能，若將系統(tǒng)同微電網進行分離，微電網就如同在孤島上運行，其電源只能獨立承擔負荷輸送任務，同時在太陽能光伏電源所構建的電網中，儲能功能是負責提供給負載可靠安全供電的基本保障。

3.2 電站中具體應用

3.2.1 負荷的轉移

站在技術層面看，對負荷的轉移與調峰相似，只是實現(xiàn)負荷應用的基礎是以用戶實際使用市電計費情況而定，大部分負荷的高峰期都不在發(fā)電量較高的白天，多數(shù)出現(xiàn)在高峰發(fā)電期之后，儲能功能能夠在負荷較低的時候把光伏電能有效保存起來，等到出現(xiàn)高峰時投入，如此儲能功能與光伏并網系統(tǒng)結合應用能夠降低用戶的高峰用電量，給用戶帶來經濟效益[10]。

3.2.2 負荷的響應

為了確保電網在高負荷時能夠安全穩(wěn)定運行，電網能自動選擇高功率負荷加以控制，以保證它們可以在高負荷期相互交替進行工作。在給這些用戶配備太陽能光伏儲能功能后，可防止負荷應用控制給高功率的設備運行造成不利影響，負荷應用控制功能的實現(xiàn)需要通過電網與電站之間的通信網絡實現(xiàn)。

3.2.3 斷電的保護

太陽能光伏儲能功能最大的益處是能夠為用戶實現(xiàn)斷電安全保護，也就是當用戶不能得到市電正常供電時，可用光伏并網系統(tǒng)為其提供充足的電能。如此形成電力供應孤島是有利于電網及用戶的，即能讓電網在處于用電高峰期將部分負荷切掉，又能保證電力使用者在無電力供應情況下繼續(xù)工作。

4 儲能應用技術的未來發(fā)展

如今，在太陽能光伏發(fā)電并網系統(tǒng)中使用蓄電池作為儲能設備，可蓄電池存在使用壽命短、價格高、充電和放電條件嚴格、功率密度較低等缺點，使其在并網系統(tǒng)中的廣泛推廣和使用受到制約。為了有效的推廣應用儲能功能，快速提升光伏電網的性能，儲能應用系統(tǒng)的未來發(fā)展應遵循控制應用技術、儲能應用技術以及綜合分析應用技術。

4.1 控制技術

為了有效延長儲能設備的使用期限，實現(xiàn)能量的最大輸出和使用效率的最佳狀態(tài)，就要根據儲能設備特征合理配置充放電措施。例如，給原有鉛酸類蓄電池充電，需要具備低電流和長時間的充電環(huán)境，以防止產生結晶，若是充電時電流特別大，電池自身儲電功能就會降低，電池的壽命也會隨之減少。將太陽能光伏電池用于電網儲能需要提供完善的充電環(huán)境，故此研發(fā)新的儲能功能應用系統(tǒng)有效解決充放電控制問題非常關鍵。除此之外，用于儲能的常用設備的工頻型交流電不能直接應用，可見研發(fā)與之相配的轉化電能裝置顯得尤為重要。

4.2 儲能技術

在光伏發(fā)電并網運行系統(tǒng)中所使用蓄能設備的工作環(huán)境非常惡劣，另外因為光伏發(fā)電存在電力輸出不太穩(wěn)定的情況，同時也存在蓄能設備充電、放電的條件相對很差以及充電、放電的頻率較高的問題。因此，根據光伏發(fā)電并網運行系統(tǒng)的結構和蓄能設備研發(fā)的現(xiàn)狀，提出今后光伏發(fā)電并網運行系統(tǒng)中的蓄能設備發(fā)展方向如下：（1）蓄能設備必須增大能量儲備的密度以及功率輸出的密度；（2）蓄能設備循環(huán)使用的壽命必須得到延長；（3）蓄能設備充電、放電的速度必須加快；（4）蓄能設備使用的環(huán)境應該更為寬泛；（5）蓄能設備的成本必須得到降低。

4.3 建模分析

在建立光伏發(fā)電以及電力蓄能時，首先要對其進行綜合的、全面的分析研究，其中包括系統(tǒng)可靠性的分析、管理運行的分析以及經濟性的分析。在分析的過程中，要依據現(xiàn)有光伏發(fā)電行業(yè)的標準，分析出蓄能在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的使用成本，根據分析出的成本推算出蓄能在光伏系統(tǒng)中產生的經濟價值。當前，蓄能設備在光伏發(fā)電并網運行中還存在不足，因此光伏發(fā)電并網運行設計之初，開發(fā)人員會利用仿真與建模的方式對蓄能設備應用于光伏發(fā)電并網運行系統(tǒng)進行仿真分析，仿真軟件能夠真實地模擬出蓄能設備與光伏發(fā)電站運行的實際狀況，從而為設計者提供接近真實的有關數(shù)據。

5 結 論

在當前的光伏發(fā)電并網系統(tǒng)中使用蓄能技術是徹底解決由于光伏發(fā)出電能存在波動對電網產生影響的主要解決方案，不僅為用戶創(chuàng)造了一定的經濟價值，而且也為電網補充了電力，為電力企業(yè)創(chuàng)造了經濟利益。所以說，儲能技術應用到光伏電網的研究將是光伏發(fā)電研究的一個方向，蓄能技術研究成果將會推動光伏發(fā)電以及并網供電走上實用化的道路。