2023分布式光伏儲能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

1分布式光伏儲能系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究背景應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢關(guān)鍵技術(shù)解析匯報提綱4典型案例分享2國外儲能產(chǎn)業(yè)的“天時地利”國家/地區(qū)細則政策美國美國能源委員會通過《為效果付費政策》正式將儲能列為調(diào)頻服務(wù)的單獨機構(gòu)，給予儲能平等的競爭機會加州加州政府對儲能的支持更為直接，出臺AB法，規(guī)劃儲能發(fā)展路線，通過《SGIP計劃》給與儲能系統(tǒng)單獨補貼歐盟要實現(xiàn)2050年戰(zhàn)略目標(biāo)，在接下來的10年內(nèi)突破低成本、高效儲能技術(shù)日本日本2010年通過能源基本法，大力扶持儲能技術(shù)進步補貼德國2013/2014，2年補貼5000萬元，對新購買的儲能系統(tǒng)的用戶直接進行投資美國儲熱補貼2600美元／kW，儲電補貼2100美元／kW澳大利亞安裝光伏+儲能系統(tǒng)最高5000澳元的補貼德國德國針對戶用光儲系統(tǒng)進行600歐元的一次性補貼電費澳大利亞峰谷價差電價2-2.5元德國／美國加州峰谷差電價2元左右，兩部制電價執(zhí)行嚴格34國家大力支持儲能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用政策文件發(fā)布方發(fā)布時間要點《關(guān)于促進儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》國家五部委2017.03推動儲能電站示范工程建設(shè)，加強多種電源和儲能設(shè)施集成互補，促進儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展《能源生產(chǎn)和消費革命戰(zhàn)略(2016—2030)》國家發(fā)改委2016.12推動互聯(lián)網(wǎng)與分布式能源技術(shù)、先進電網(wǎng)技術(shù)、儲能技術(shù)深度融合《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》《可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》國家發(fā)改委2016.12在新能源富集地區(qū)利用低谷富余電實施儲能供暖。開展可再生能源領(lǐng)域儲能示范應(yīng)用；提升可再生能源領(lǐng)域儲能技術(shù)的技術(shù)經(jīng)濟性

?！赌茉醇夹g(shù)革命創(chuàng)新行動計劃(2016-2030年)》國家發(fā)改委2016.04研究面向電網(wǎng)調(diào)峰提效、區(qū)域供能應(yīng)用的物理儲能技術(shù)，研究面向可再生能源并網(wǎng)、分布式發(fā)電及微網(wǎng)、電動汽車應(yīng)用的儲能技術(shù)，掌握儲能技術(shù)各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵核心技術(shù)……《關(guān)于在能源領(lǐng)域積極推廣政府和社會資本合作模式的通知》國家能源局2016.04明確鼓勵引入PPP模式，引導(dǎo)社會資本投資包括儲能在內(nèi)的多種能源領(lǐng)域《關(guān)于推動電儲能參與“三北”地區(qū)調(diào)峰輔助服務(wù)工作的通知》國家能源局2016.03積極鼓勵儲能設(shè)施建設(shè)，……、在用戶側(cè)建設(shè)分布式儲能設(shè)施，并強調(diào)科學(xué)調(diào)度運行儲能設(shè)施《關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導(dǎo)意見》國務(wù)院2015.07突破分布式發(fā)電、儲能、智能微網(wǎng)、主動配電網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)《關(guān)于推進新能源微網(wǎng)示范項目的指導(dǎo)意見》國家能源局2015.07具備足夠容量和反應(yīng)速度的儲能系統(tǒng)，包括儲電、蓄熱（冷）等5“可再生能源+儲能系統(tǒng)”

的應(yīng)用模式6GPS時鐘操作工作站光伏陣列主電網(wǎng)儲能電池光伏逆變器儲能變流器變壓器及配電用電負荷分時電價儲能系統(tǒng)充放電控制器變壓器室計量與切換控制各類負荷電網(wǎng)削峰填谷效果圖平滑光伏功率波動跟隨分時電價削峰填谷棄風(fēng)/光消納離／微網(wǎng)運行……匯報提綱研究背景應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢關(guān)鍵技術(shù)解析成果示范72010年，廣東珠海東澳島風(fēng)光柴蓄微電網(wǎng)項目，1.04MWp光伏、50kW風(fēng)力發(fā)電、1220kW柴油機、2000kWh鉛酸蓄電池8大規(guī)模儲能最早應(yīng)用于離網(wǎng)／微網(wǎng)系統(tǒng)2013年12月，世界上當(dāng)時最大規(guī)模離網(wǎng)光伏電站玉樹州曲麻萊縣7.203

MW分布式離網(wǎng)光伏電站運行，采用鋰電池儲能系統(tǒng)5

MWh、鉛酸蓄電池儲能系統(tǒng)20.7MWh

。2011年12月，世界海拔最高水／光／儲微網(wǎng)發(fā)電工程，支撐玉樹地震重建。

12MW水+2MW光+15MW鉛酸+17MW負荷大規(guī)模儲能已開始用于可再生能源并網(wǎng)發(fā)電2016，國內(nèi)最大光儲電站，格爾木15MW/18MWh鋰電儲能系統(tǒng)與50MWp光伏結(jié)合，棄光應(yīng)用2013，遼寧法庫臥牛石風(fēng)電場5MW/10MWh液流電池儲能系統(tǒng)與50MWp風(fēng)電結(jié)合，平滑出力2011，國家風(fēng)光儲輸示范工程，100MW風(fēng)力發(fā)電、50MW太陽能光伏發(fā)電、20MW化學(xué)儲能9分布式發(fā)電+儲能系統(tǒng)應(yīng)用剛剛開始電網(wǎng)分布式光伏發(fā)電環(huán)境檢測儀（3）并網(wǎng)

逆變器（2）儲能變流器（1）儲能電池（5）測控系統(tǒng)（6）調(diào)度中心 EMS（4）BMS待解決的問題1儲能系統(tǒng)如何配置，如何集成？2儲能電池如何選擇，如何管理？3儲能電站如何控制，光／儲如何協(xié)調(diào)？光伏+儲能典型結(jié)構(gòu)*項目支持：國家863課題《高密度多接入點建筑光伏系統(tǒng)并網(wǎng)與配電網(wǎng)協(xié)調(diào)關(guān)鍵技術(shù)》10研究背景應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢匯報提綱3 關(guān)鍵技術(shù)分析4典型案例分享11光伏/儲能系統(tǒng)需解決的關(guān)鍵技術(shù)①

模塊化設(shè)計集成技術(shù)②

電池選擇及其管理技術(shù)③

儲能變流器控制技術(shù)④

電站功率控制技術(shù)⑤

光伏/儲能能量管理技術(shù)如何選材？如何設(shè)計？如何管控？12關(guān)鍵技術(shù)1：系統(tǒng)模塊化設(shè)計集成技術(shù)（1）容量配置輸出結(jié)果電池類型及容量儲能變流器功率及功能確定約束條件充放電功率限制鋰電

0.5C～4C，鉛酸0.2C～0.6C放電深度鋰電90%；鉛炭70%；液流100%確定工作模式和目標(biāo)平滑功率波動≤10%額定容量/min峰谷差套利經(jīng)濟性最優(yōu)風(fēng)/光調(diào)峰接收上級調(diào)度需求響應(yīng)投資/獎勵最優(yōu)13關(guān)鍵技術(shù)1：系統(tǒng)模塊化設(shè)計集成技術(shù)（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計集中式交流儲能方案分散式直流儲能方案14電池集裝箱雙向變流器集裝箱關(guān)鍵技術(shù)1：系統(tǒng)模塊化設(shè)計集成技術(shù)高壓配電室儲能箱1#功率型電池20尺集裝箱儲能站2#儲能型電池20尺集裝箱PCSPCS變流器室1#變流器室2#SVG箱式變電站電池管理系統(tǒng)柜光伏/儲能系統(tǒng)能量管理柜儲能站測量與功率控制柜電池管理系統(tǒng)柜電氣結(jié)構(gòu)15【分體式安裝】關(guān)鍵技術(shù)1：系統(tǒng)模塊化設(shè)計集成技術(shù)高性能快速響應(yīng)冷卻系統(tǒng)應(yīng)急燈安全長壽命電池低功耗排風(fēng)扇167*24安防靈敏快速的火警穩(wěn)定高效率的變換器高效滅火器【一體化安裝】關(guān)鍵技術(shù)2：儲能雙向變流器控制技術(shù)友好的電網(wǎng)適應(yīng)性，接受電網(wǎng)調(diào)度，進行有功、無功補償，功率大小可調(diào)度；功率因數(shù)可調(diào)范圍0.8(超前)-0.8(滯后)；完善的電池管理系統(tǒng)，支持不同特性電池接入，寬范圍電壓輸入，自動恒流、均充、浮充、待機切換；支持并網(wǎng)、離網(wǎng)運行，可實現(xiàn)智能化快速自動切換，離網(wǎng)帶100%三相不平衡負荷，抗沖擊負荷能力強；具備虛擬同步電機控制模式，輸出阻抗自適應(yīng)調(diào)節(jié)；模塊化并聯(lián)技術(shù)結(jié)合智能休眠技術(shù)，實現(xiàn)高效儲能變換，故障模塊自動脫離技術(shù)結(jié)合模塊化設(shè)計，

降低系統(tǒng)維護時間；完善的保護措施，具備主動監(jiān)測故障及保護能力。三相儲能變流器17單相儲能變流器關(guān)鍵技術(shù)2：儲能雙向變流器控制技術(shù)多支路式DC/AC變流器多支路式并/離網(wǎng)DC/AC變流器18關(guān)鍵技術(shù)3：儲能電池及其管理技術(shù)鉛炭/鋰電池性能對比（網(wǎng)上收集，僅供參考）鉛炭電池鋰電池電池類型鉛炭電池磷酸鐵鋰鈦酸鋰三元鋰廠家產(chǎn)品2V12V2V-500Ah/1000Ah48V60Ah20AH94Ah電芯價格(kwh)10001200-1300180016004000320022002000系統(tǒng)價格2000200025002800600056002800放電深度60%-80%60%-80%70%80%100%100%100%100%80%循環(huán)次數(shù)3600-12003000-1000420050004000>150002500060003000電芯效率87%89%97%96%96%96%99%96%系統(tǒng)效率83.50%83.50%95%93%93%93%97%93%電芯能量密度30kWh/kg27kwh/kg79kwh/L120-138wh/kg110-130wh/kg176Wh/L93.2Wh/kg90Wh/kg285Wh/L252Wh/L自放電率3%3%<1%<1%2%2%2%2%充放電情況0.6C0.2C-0.4C1C1C3C6C2.5C0.2C19關(guān)鍵技術(shù)3：儲能電池及其管理技術(shù)20儲能電流變化SOC估算誤差＜6%SOC況變化情基于擴展卡爾曼濾波的SOC估算方法技術(shù)難點：準(zhǔn)確估計電池荷電狀態(tài)SOC是實施電站控制策略的基礎(chǔ)解決方法：先進SOC估算技術(shù)保證在定電流和快速變化的下保持高測量精度儲能電壓變化鉛酸電池監(jiān)測系統(tǒng)BMS關(guān)鍵技術(shù)4：儲能電站功率控制技術(shù)分布式并行通信架構(gòu)：電池管理模塊、變流器控制模塊、光儲協(xié)調(diào)控制模塊協(xié)同工作；變流器控制采用并行通訊，響應(yīng)速度達到50ms閉環(huán)功率控制技術(shù)：補償變流器輸出功率誤差，采用閉環(huán)功率跟蹤控制，使得儲能功率輸出誤差小于5%分散式光/儲電壓穩(wěn)定控制方法：集中式控制導(dǎo)致通信延時，提出模型預(yù)測控制的控制算法，自動計算儲能功率與并網(wǎng)點電壓的關(guān)系，穩(wěn)定并網(wǎng)點電壓。BMS1BMSnPCS1PCSn…………GPS對時能量管理系統(tǒng)工作站路由器電池管理模塊變流器控制模塊 保護測控 電能質(zhì)量

視頻監(jiān)控告警溫度遠程數(shù)據(jù)中心打印機變光伏發(fā)電功率1小時曲線21光伏并網(wǎng)點電壓1小時曲線光/儲系統(tǒng)電壓穩(wěn)定控制流程儲能電站控制系統(tǒng)架構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)5：光伏/儲能系統(tǒng)能量管理技術(shù)GPS時鐘操作工作站交換機以太網(wǎng)工程師站視頻監(jiān)控光儲綜合測控系統(tǒng)電力調(diào)度系統(tǒng)以太網(wǎng)4G模塊DI/DORS485/以太網(wǎng)RS485RS485RS485以太網(wǎng)RS485RS485電能質(zhì)量分析儀箱變測控環(huán)境檢測儀交流配電柜智能匯流箱光伏逆變器光伏系統(tǒng)

BMS儲能變流器電池電表對光伏/儲能系統(tǒng)進行整體規(guī)劃與管理，可實現(xiàn)接受電網(wǎng)調(diào)度指令、平滑并網(wǎng)功率波動、跟隨分時電價、削峰填谷等多種運行模式。（1）平滑并網(wǎng)功率波動策略：（2）分布式光伏/儲能系統(tǒng)多運行模式協(xié)調(diào)控制：① 平抑功率波動與峰谷套利的多目標(biāo)聯(lián)合運行② 多類型儲能支路的聯(lián)合運行控制③ 多條儲能支路功率分配① 基于短時光伏功率預(yù)測技術(shù)的儲能低通濾波控制方法② 基于線性擬合算法的儲能低通濾波控制方法22關(guān)鍵技術(shù)5：光伏/儲能系統(tǒng)能量管理技術(shù)線性擬合算法引入前23后SOC（1）平滑并網(wǎng)功率波動策略：①

GB/T.19964-2012中要求：光伏發(fā)電站有功功率變化速率應(yīng)不超過10%裝機容量/min。②

基于線性擬合算法的儲能低通濾波控制方法，降低對儲能容量的需求。分布式光伏30天功率變化速率10分鐘最大功率變化72.3%光伏功率平滑后的功率滯后時間可達0.5～1小時功率/kW時間/h線性擬合算法引入前后功率平滑效果時間/hSOC時間/hSOC功率/kW時間/h線性擬合引入前線性擬合引入后線性擬合引入前SOC線性擬合引入后SOC關(guān)鍵技術(shù)5：光伏/儲能系統(tǒng)能量管理技術(shù)24（2）分布式光伏/儲能系統(tǒng)多運行模式協(xié)調(diào)控制：① 多類型儲能支路的聯(lián)合運行控制（三階濾波功率分配、小波分解功率分配）② 多條儲能支路功率分配（基于SOC的實施再分配）0 1002004005006002030405060708090300時間/s光伏功率/MW01002004005006002030405060708090光伏功率/MW300時間/s平抑前平抑后01002004005006000.00.10.20.30.40.50.6300時間/s1分鐘波動率平抑前平抑后0100200400500600-30-20-1001030總儲能功率/MW300時間/s最大波動率0.5437→0.2835光伏并網(wǎng)功率平抑前后并網(wǎng)功率20

儲能輸出總功率0100200400500600-10-50510飛輪功率/MW300時間/s0100200400500600-8-6-4-2024681012超級電容器功率/MW300時間/s0 100200400500600-30-20-100102030鋰電池儲能功率/MW300時間/s0100200400500600-15-10-5051015功率型儲能功率/MW300時間/s超級電容功率飛輪功率能量型儲能功率功率型儲能功率研究背景應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢關(guān)鍵技術(shù)解析匯報提綱4典型案例分享2526青海玉樹州水/光互補微網(wǎng)發(fā)電示范工程建設(shè)情況：青海省玉樹藏族自治州巴塘鄉(xiāng),

4000米,

(2010-2011),

光伏2MW,

儲能15.2MWh電網(wǎng)薄弱：無大電網(wǎng)，電能質(zhì)量差，頻率低至47Hz，10kV母線電壓低至7kV光儲電站：水光儲互補運行方式，晝儲夜發(fā)，弱網(wǎng)調(diào)壓，國內(nèi)外無可借鑒經(jīng)驗2011，

“玉樹州水光互補微網(wǎng)發(fā)電示范工程”，支撐玉樹災(zāi)后重建工作可調(diào)度光伏儲能電站拉貢水電站禪古水電站本地負荷結(jié)古鎮(zhèn)調(diào)度站柴油發(fā)電機組規(guī)劃電網(wǎng)400V400V雙模式逆變器充電控制器雙模式逆變器充電控制器可調(diào)度逆變器6路400V充電控制器匯流匯流光伏陣列光伏陣列可調(diào)度逆變器充電控制器可調(diào)度逆變器6路400V充電控制器可調(diào)度逆變器充電控制器可調(diào)度逆變器6路充電控制器可調(diào)度逆變器充電控制器匯流匯流光伏陣列光伏陣列匯流匯流光伏陣列光伏陣列匯流匯流光伏陣列光伏陣列匯流匯流光伏陣列光伏陣列匯流匯流光伏陣列光伏陣列匯流匯流光伏陣列光伏陣列匯流匯流光伏陣列光伏陣列10kV/400V10kV/400V10kV/400V10kV/400V蓄電池蓄電池蓄電池蓄電池蓄電池蓄電池蓄電池蓄電池青海玉樹2MW可調(diào)度光伏儲能電站（20條100kW儲能發(fā)電支路，儲能容量15.2MWh,7600節(jié)）10kV35kV27重要負荷青海玉樹州水/光互補微網(wǎng)發(fā)電示范工程蓄電池放電光伏陣列發(fā)電02460.511.522.53光伏電站功率,MW光伏陣列白天發(fā)電全部存儲到蓄電池；夜間蓄電池放電，光伏電站平均2MW發(fā)電；蓄電池電量8 10 12 14 16 18 20 22 24蓄電池充電蓄電池放電光伏陣列發(fā)電蓄電池充電水電站充電蓄電池電量電站發(fā)電曲線02 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24時間,h拉貢禪古西杭當(dāng)代光伏18M4M6M2M6M0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24時間,h拉貢禪古西杭當(dāng)代光伏4M6M3M5M電站發(fā)電曲線2018161412108642負荷功率(MW)2018161412108642負荷功率(MW)電網(wǎng)發(fā)電曲線拉貢電站承擔(dān)基荷，禪/西/當(dāng)電站承擔(dān)腰荷和峰荷；光伏電站提供峰荷（平均2MW,最大3MW）夜間電網(wǎng)有5～6MW電力缺口，低頻/低壓/減載運行；100908070605040302010蓄電池電量,%00.511.522.53光伏電站功率,MW100908070605040302010蓄電池電量,%18M拉貢電站承擔(dān)基荷，禪/西/當(dāng)電站承擔(dān)腰荷和峰荷；光伏電站承擔(dān)部分腰荷，夜間滿功率發(fā)電調(diào)峰；夜間電網(wǎng)有5MW電力缺口，低頻/低壓/減載運行；1.深夜水電向光伏儲能充電2.

白天光伏優(yōu)先向儲能充電3.

下午儲能充滿，光伏并網(wǎng)發(fā)電2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 244.

夜間儲能放電，電站滿功率發(fā)電運行方式1：光伏白天充電夜間調(diào)峰，陰天停發(fā)（原定）運行方式2：深夜水電補充儲能，陰天保障光伏夜間調(diào)峰自動發(fā)電控制軟件電站測控網(wǎng)絡(luò)28浙江海寧1MWh/1MW集裝箱式儲能示范系統(tǒng)浙江海寧廣源化纖廠區(qū)航拍照片2014，863計劃課題“高密度多接入點建筑光伏系統(tǒng)并網(wǎng)與配電網(wǎng)協(xié)調(diào)關(guān)鍵技術(shù)”29浙江海寧1MWh/1MW集裝箱式儲能示范系統(tǒng)30浙江海寧1MWh/1MW集裝箱式儲能示范系統(tǒng)海寧廣源化纖儲能系統(tǒng)航拍圖鉛炭電池集裝箱膠體電池集裝箱雙向變流器集裝箱儲能系統(tǒng)側(cè)視圖31儲能測控電池監(jiān)測光儲能量管理浙江海寧1MWh/1MW集裝箱式儲能示范系統(tǒng)3224小時功率平滑前后波形比較Beforesmooth4 8 12

16

20

2424分鐘級的平抑波3動3曲線0KW1000800600400Time/minAftersmoothBatteryoutput2001小時功率平滑前后波形比較

0-200-400-600浙江海寧1MWh/1MW集裝箱式儲能示范系統(tǒng)儲能電站與宏達客運站電動汽車負荷配合使用，利用峰谷分時電價政策，在電力系統(tǒng)用電低谷時段充電，在電價高峰時向電動汽車放電，不但降低用戶用電成本，也提高了電力系統(tǒng)利用率。342016年在山東煙臺電動汽車客運站建成1MW/1MWh