分布式光伏發(fā)電與儲(chǔ)能協(xié)同調(diào)度模型探討

分布式光伏發(fā)電與儲(chǔ)能協(xié)同調(diào)度模型探討黃瑩中國(guó)電建集團(tuán)貴州電力設(shè)計(jì)研究院有限公司貴州貴陽(yáng)550081摘要：現(xiàn)如今，分布式光伏發(fā)電經(jīng)過多年的發(fā)展，規(guī)模也越來(lái)越大，從而呈現(xiàn)出低壓接入、分布式和就地消納的特點(diǎn)，但是發(fā)電功率卻具有非常明顯的隨機(jī)性，這種隨機(jī)性往往會(huì)對(duì)接入的配電網(wǎng)形成一定的沖擊，而為了能夠大規(guī)模的使用分布式電源，就必須要與儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，這樣不僅可以使電網(wǎng)有效的優(yōu)化分布式光伏電源對(duì)相關(guān)指標(biāo)的影響，而且也可以為用戶創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。為此本文特對(duì)分布式光伏發(fā)電與儲(chǔ)能協(xié)同調(diào)度模型進(jìn)行分析與研究，僅供參考。關(guān)鍵詞：分布式；光伏發(fā)電；協(xié)同調(diào)度模型；儲(chǔ)能系統(tǒng)；前言：對(duì)于光伏發(fā)電來(lái)說，其主要具有噪音低、成本小和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，這也就說明光伏發(fā)電具有非常良好的發(fā)展前景，有相關(guān)的權(quán)威機(jī)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)，大約到達(dá)2040年，光伏發(fā)電在整個(gè)電力系統(tǒng)中占據(jù)10%的比例。太陽(yáng)能光伏發(fā)電之所以具有比較大的發(fā)展前景，主要就是國(guó)家積極鼓勵(lì)新能源的開發(fā)與利用，在這其中光伏發(fā)電占據(jù)著非常重要的地位，雖然因?yàn)槲覈?guó)的光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展比較晚，但是我國(guó)市場(chǎng)需求巨大，所以我國(guó)的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)具有非常迅猛的發(fā)展勢(shì)頭，相關(guān)的技術(shù)也比較成熟，在這種情況下也為分布式發(fā)電帶來(lái)了新的方向，而為了能夠使分布式發(fā)電得以發(fā)展，應(yīng)建立儲(chǔ)能電站，只有這樣才可以使儲(chǔ)能和光伏的資源得到最大程度的利用。一、儲(chǔ)能技術(shù)研究現(xiàn)狀分析從理論的角度出發(fā)，儲(chǔ)能的方式有很多種，但是因?yàn)槿萘亢统杀镜仍虻南拗?，真正可以普及的?chǔ)能形式主要包括以下三種，首先是抽水儲(chǔ)能，因?yàn)槌樗畠?chǔ)能的發(fā)展比較早，相應(yīng)的技術(shù)也比較成熟，由相關(guān)的數(shù)據(jù)研究結(jié)果表明，統(tǒng)計(jì)世界范圍內(nèi)儲(chǔ)能設(shè)備裝機(jī)容量位于前列的國(guó)家，我國(guó)穩(wěn)居前列，其次是日本和美國(guó)，這三個(gè)國(guó)家的設(shè)備及容量共占據(jù)全球儲(chǔ)能設(shè)備裝機(jī)容量的55%以上。抽水儲(chǔ)能不僅運(yùn)行壽命長(zhǎng)久，而且所需要的維護(hù)費(fèi)用也比較低，現(xiàn)如今，抽水儲(chǔ)能的總效率大約可達(dá)到70%?80%左右［1］；其次是電池儲(chǔ)能，在電池儲(chǔ)能中常用的方法是鋰電池和鉛酸電池，鉛酸電池技術(shù)發(fā)展比較早，雖然成本低，但是能量密度也比較低，這也就說明鉛酸電池已經(jīng)無(wú)法滿足如今的儲(chǔ)能要求，現(xiàn)階段隨著各種科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，儲(chǔ)能電池的能量密度、穩(wěn)定性和成本等指標(biāo)均得到了較大的提升，在這種情況下，鋁酸電池也逐漸退出應(yīng)用市場(chǎng)，取而代之的是各種鋰離子電池，相比之下鋰電池的體積比較小巧，重量比較輕，而且能量密度也比較高，但是價(jià)格也相對(duì)昂貴，但隨著技術(shù)的進(jìn)步以及規(guī)模化的開發(fā)電池成本也勢(shì)必會(huì)逐漸下降，最后是其它儲(chǔ)能方式，比如飛輪、電容器和儲(chǔ)熱等儲(chǔ)能技術(shù)，但是因?yàn)檫@些技術(shù)本身特性或技術(shù)原因的限制，并未得到商業(yè)化的發(fā)展，但是相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，一定會(huì)有更多成熟、先進(jìn)的儲(chǔ)能技術(shù)得到應(yīng)用，從而優(yōu)化整個(gè)儲(chǔ)能體系的結(jié)構(gòu)。二、協(xié)同調(diào)控策略研究現(xiàn)狀分析相比之下，我國(guó)分布式光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展時(shí)間要晚于發(fā)達(dá)國(guó)家，而且發(fā)展初期的技術(shù)水平和資金投入也低于發(fā)達(dá)國(guó)家，現(xiàn)如今隨著我國(guó)綜合實(shí)力的不斷增強(qiáng)，對(duì)新能源的需求量也在不斷提升，在這種情況下，國(guó)家也深刻的認(rèn)識(shí)到發(fā)展新能源的重要性和必要性，因此加大了對(duì)分布式光伏發(fā)電的投資，也使得分布式光伏發(fā)電技術(shù)水平得到了提高⑵。特別是近些年以來(lái)，政府部門已經(jīng)將光伏儲(chǔ)能聯(lián)合調(diào)度優(yōu)化項(xiàng)目共同列為國(guó)家專項(xiàng)資金優(yōu)先發(fā)展計(jì)劃中，對(duì)其進(jìn)行深入的研究，并已經(jīng)取得相應(yīng)的研究成果，部分成果也已經(jīng)應(yīng)用到實(shí)際工程中?，F(xiàn)如今，我國(guó)已經(jīng)建設(shè)了多個(gè)大型、集中式的光伏發(fā)電站，而分布式光伏發(fā)電站的數(shù)量更是不計(jì)其數(shù)。三、分布式光伏和儲(chǔ)能并網(wǎng)模型分析（一）分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)模型對(duì)于分布式光伏發(fā)電站來(lái)說，其基本運(yùn)行結(jié)構(gòu)如下圖圖1所示。flitfc謎衛(wèi)器主旅如:城也由1LDE9111□CAC1ill[-"廣nr一TI斗［對(duì)1克用能-電皤'I臭秘掛制中心-—■--圖1分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖由上圖可知，該系統(tǒng)中主要包括光伏發(fā)電電池板、光伏并網(wǎng)逆變器和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指標(biāo)的控制保護(hù)系統(tǒng)?？刂票Ｗo(hù)系統(tǒng)主要包括從光伏發(fā)電端到最終的并網(wǎng)接入點(diǎn)之間的所有通信設(shè)備、繼電開關(guān)和配件柜等⑶。對(duì)于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)來(lái)說，該系統(tǒng)適用于場(chǎng)地比較小，且容量需求比較低的場(chǎng)景，通常情況下其并網(wǎng)點(diǎn)是距離園區(qū)等工業(yè)用電負(fù)荷中心比較近的區(qū)域，一方面可以使電能就近得到。減小輸電過程中成本和能量的消耗，另一方面也可以對(duì)園區(qū)內(nèi)的廠房屋頂?shù)乳e置區(qū)域進(jìn)行充分的利用，獲取更多的利潤(rùn)，相比于集中式光伏發(fā)電系統(tǒng)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電池型號(hào)的要求比較低，而且安裝也比較靈活，可以為用戶帶來(lái)更加直觀的收益?？偨Y(jié)分析，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)有以下四點(diǎn)，第一，安裝地點(diǎn)比較靈活，可以對(duì)閑置的空間進(jìn)行充分利用;第二，對(duì)電網(wǎng)的影響比較小，可以就近給負(fù)荷供電，整體供電效率比較高；第三，可以緩解部分地區(qū)供電能力不足和局部用電緊張的情況，第四，對(duì)于園區(qū)用戶來(lái)說，可以為其創(chuàng)造額外的經(jīng)濟(jì)效益，但是分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)也具有一些缺點(diǎn)，第一，對(duì)接入的連接點(diǎn)處潮流有一定的影響；第二，控制和保護(hù)方式比較復(fù)雜，需要與接入的配電網(wǎng)進(jìn)行相互協(xié)調(diào)⑷。（二）儲(chǔ)能模型分析現(xiàn)如今，隨著科學(xué)技術(shù)水平的提升，鋰電池憑借自身具有的經(jīng)濟(jì)性、安全性而得到了市場(chǎng)的廣泛認(rèn)為與接受，并也成為了儲(chǔ)能電池發(fā)展的主要性質(zhì)。而儲(chǔ)能系統(tǒng)在整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行中，發(fā)揮著非常重要的作用，最明顯的特點(diǎn)就是填補(bǔ)電網(wǎng)中存在的電量缺口。

儲(chǔ)能電池充電和放電的功率和充電量的多少與其負(fù)荷狀態(tài)（剩余容量和完全充電容量的比值，SOC）有直接的關(guān)系，具體見如下公式：PT在上述公式中，SOCt表示：時(shí)刻的荷電狀態(tài)值；SOCt+1表示：下一時(shí)刻的荷電狀態(tài)值；P1表示：充放電功率；E表示：電池總?cè)萘客撸ㄈ┕夥c儲(chǔ)能的聯(lián)合運(yùn)行光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合系統(tǒng)運(yùn)行模式見圖1.昨IW件￡陪引吊埔-頑HH■■圖1光伏和儲(chǔ)能聯(lián)合系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)圖昨IW件￡陪引吊埔-頑HH■■上圖中，從上至下分別為斷路器QF1、QF2、QF3信號(hào)，四象限變流器IGBT的參考信號(hào)和調(diào)制信號(hào),DC/DC斬波器的參考信號(hào)和調(diào)制信號(hào)，以及UPS逆變器的參考信號(hào)和調(diào)制信號(hào)。FDC是指根據(jù)不同的系統(tǒng)工作條件控制系統(tǒng)功率流動(dòng)方向通過儲(chǔ)能系統(tǒng)起到調(diào)節(jié)作用，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提下提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性。QF1QF2QF3均閉合。即系統(tǒng)3個(gè)主要電力電子變換單元均投入運(yùn)行。四象限變流器在此模式下一般運(yùn)行在逆變模式下，將太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)換得到的電能輸送給電網(wǎng)。儲(chǔ)能系統(tǒng)斬波器運(yùn)行在充放電模式下,在下午4點(diǎn)前的時(shí)段內(nèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)工作在充電模式下，主要用于儲(chǔ)存發(fā)電系統(tǒng)出力大于負(fù)載所需時(shí)太陽(yáng)能電池板的多余能量。在下午4點(diǎn)以后根據(jù)負(fù)載情況，當(dāng)系統(tǒng)所需的能量大于發(fā)電系統(tǒng)的出力時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)釋放能量來(lái)滿足系統(tǒng)需求,減小系統(tǒng)的電力容量需求。UPS系統(tǒng)逆變器處于工作狀態(tài)，利用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)為重要負(fù)載提供可靠的電力供應(yīng)。QF1QF3閉合,QF2斷開。即四象限變流器和UPS變流器投入運(yùn)行，儲(chǔ)能系統(tǒng)不工作。在這種工作模式下系統(tǒng)-般處于太陽(yáng)光照較好、出力較強(qiáng)的工作狀況下。太陽(yáng)能電池板出力在滿足UPS系統(tǒng)需求的前提下全部饋送到電網(wǎng)，不經(jīng)過儲(chǔ)能系統(tǒng)存儲(chǔ)，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。此外，當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)需要對(duì)電池組進(jìn)行校準(zhǔn)或者更換時(shí),可將系統(tǒng)切換到這種工作模式下。四象限變流器在這種工作模式下的主要任務(wù)是根據(jù)太陽(yáng)能電池板的端電壓來(lái)決定饋送功率的大小，同時(shí)優(yōu)先保證直流母線電壓工作在安全區(qū)域內(nèi),配合太陽(yáng)能電池板共同保證UPS系統(tǒng)能量供應(yīng)。結(jié)束語(yǔ)：綜上所述，由于各種科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，以及國(guó)家相關(guān)政策的支持，我國(guó)儲(chǔ)能電站的建設(shè)與研究也越來(lái)越完善，在這種情況下，儲(chǔ)能電站的成本也勢(shì)必會(huì)得以降低，回收期限也會(huì)有所縮短，因此應(yīng)該根據(jù)各項(xiàng)參數(shù)對(duì)模型進(jìn)行修改，從而更好的適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，最終突破儲(chǔ)能電池的能量密度以及全壽命周期內(nèi)的充放電次數(shù)，使儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資有持續(xù)性增長(zhǎng)，并對(duì)相關(guān)參數(shù)產(chǎn)生積極的影響。參考文獻(xiàn)：傅旭,李富春，劉飛，張雨津，楊欣，吳雄.高比例新能源系統(tǒng)儲(chǔ)能需求優(yōu)化研究[J].電力需求側(cè)管理,2020,22(06):26-32.馬超，董森，華正操.多種光伏組件組合光伏電站的混合儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置研究[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與工程技術(shù)版)，2020,53(11):1128-1135.于傳，張少文,朱海銘.含復(fù)合儲(chǔ)能