带蓄电池储能的并网光伏发电系统设计及实际应用

带蓄电池储能的并网光伏发电系统设计及实际应用

王浩

（华润电力（海丰）有限公司516468）

摘要：随着世界能源产业的不断发展，人们更加重视可持续能力的开发利用，例如风能、水能、太阳能等。在利用太阳能进行发电的过程中，还存在着一些问题，太阳能是一种发电情况很不稳定的新能源，需要结合新技术解决这一难题。因此，本文针对蓄电池储能在并网光伏发电系统中的设计应用展开分析和探索。

关键词：蓄电池；并网光伏；发电系统

前言

在并网光伏发电系统中加入蓄电池储能组件，可以加强对需求侧的控制，有效降低昼夜发电的差异，使整个发电过程的功率更加稳定，进而调整电力网络输出功率。因此在并网光伏发电系统中融入储能系统，是实现发电系统变负荷以及太阳能发电的有效方式。

一、蓄电池储能系统的概述

当前发电系统的设计正在不断创新，而并网光伏发电系统则是一种十分先进的技术工艺。但是在应用并网光伏进行发电时，考虑到光能独特的间歇属性和波动属性，会使得发电过程中出现传输波动或者能量传输不稳定的问题，这些情况也是制约并网光伏发电系统的进行实际应用的重要原因[1]。而在研发过程中发现，使用储能的方式可以让并网光伏发电产生相对稳定的能量传输功率。因此在参考当前电力网络的运行能力，可以对蓄电池储能系统设计不同的充能和放能方式。在这一情况下，蓄电池储能系统在并网光伏发电系统中得到了广泛的应用。

二、并网光伏发电系统的技术设计

当前并网光伏发电系统的总装机容量会根据实际情况来制定，在本文中将结合一种较为常见的并网光伏发电设备进行分析讲解。在这种并网光伏发电系统中总装机容量达到20MW。选择当前市场中质量水平较高的光伏设备，使用PERC单晶340Wp的光伏组件共计72个[2]。在我国，并网光伏发电系统的设计安装主要有两种形式。一种是固定式组件安装，另一种是跟踪式支架安装。在本文的案例项目中将选择第一种固定式组件安装方案。这种安装方案与另一种相比，成本价格更低，此外设备整体结构更为稳定牢固。在设计中将固定支架的角度调整到33°的倾斜方向[3]。逆光设备是整个并网光伏发电系统中可以将直流电与交流电进行转化的重要组件。在本文中对市场上各种逆变组件进行对比分析，在保证低消耗，高发电量的标准下，最终选择了一种组串形式的逆变组件。通过组串的相应计算方法可以计算出组件在1000V的电压下，可以让单晶硅材料组件共计串联18个，其中每一串的电容量可以达到6.09kW。此外，80kW的组串式逆变设备的直流侧将与系统的14路蓄电池进行组串。而直流侧的连接电容量可以达到86.01kW。而其他如字方阵中的直流侧电容量也接近设备逆变设备的最高电容量值。由此可见，在并网光伏发电系统中使用组串逆变组件的设计将提高系统的利益率。在案例项目中将设计安装13组逆变组件组串结构，再连接1组35kV的变电站，以此组成具有1MW的并网光伏发电系统。

三、蓄电池储能系统的技术设计

蓄电池组件的质量直接影响着整个蓄电池储能系统的运行安全以及使用年限，因此在本文的案例项目中，将会对蓄电池储能系统的安装设计进行两方面的分析。一方面，蓄电池储能系统的设计安装需要符合技术完善、安装工艺成熟、比能较高、使用年限长、成本价格低、安全性能高；另一方面需要结合案例项目安装现场的实际情况进行设计，将现场的施工环境、安装条件以及其他如交通、气候等因素全面的考虑进去。在经过全面合理的分析之后，案例项目在蓄电池储能系统上选择了三元锂材料、磷酸铁锂材料以及全钒液流所组成的蓄电池组件。在蓄电池储能系统的设计中，所有光伏发电子方阵都会配有一个电容量在0.5MW/h的蓄电池组件，组件的安装选择户外集装箱形式，其中发电子方阵将成为储能组件的充电电源。此外，子方阵的升压变压组件将承担储能组件以及光伏发电设备的电压。在通过变压组件之后，电流将升压到35kV，再传到设备的预装开关设备中，最后通过电缆集中传到升压站[4]。蓄电池储能系统的连接如图1、图2所示。

图2光伏子阵组件接入组串式逆变组件设计

通过设计图可以看出，图1是将光伏发电子方阵与蓄电池储能系统组装到一起，在设计中光伏组件与蓄电池储能系统都连接到设备的直流侧。而在图2中，是使用的光伏子方阵与组串式逆变组件连接到一起。蓄电池组件与储能逆变组件进行连接，然后储能逆变组件连同汇流箱并联到升压箱设备的变低压一侧的电缆上。此外，逆变组件将成为整个发电系统以及储能系统的之间的连接点。一方面要保证电网系统的电流能够流入到蓄电池中；另一方面还需要保证蓄电池系统中的电能可以逆变成交流电再传到电网中。因此，在案例项目中，储能系统的逆变组件将实现双向的运转模式。在整个并网光伏发电系统中，整个流程是：整流发电模式——蓄电池系统储能以及电能逆变——蓄电池系统放电[5]。

蓄电池组件的充电模式、放电模式都需要进行全面的考虑，包括系统供电能力、电池组件的输出功率、蓄电池组件使用年限等，这些因素都会对蓄电池组件的设计安装产生影响。此外，系统的储能设备可以通过逆变组件来完成直流、交流之间的转换。通过系统可以对回电池组件以及电网负荷等功能进行有效管理，对储能系统的充电和放电过程进行控制。

这两种方案在设计上，都是通过逆变组件再与储能系统进行连接的，因此具有设备利用率高、成本价格低、占地面积少等优势，光伏子方阵到系统的储能组件之间降低了转换的过程，从而使得整个系统提高了工作效率。此外，分散的安装方法能够保证当出现问题时，储能系统受到影响最小。光伏子方阵发电站在考虑储能组件的安装方式时，需要尽量减少电缆以及变压组件的使用数量，有效的降低成本。

四、并网光伏发电系统性能分析

（一）太阳能发电的特性分析

在并网光伏发电系统中，太阳能在存储过程中有着很多缺陷，例如能量的密度不高，有着较大的波动性和不稳定性，进而导致整个并网光伏发电系统存在能量传输上的隐患。第二，光伏发电系统的电能输出功率有很大的差异性，这种差异性是受到设备所处的时间、季节等因素的影响，在日常的电能传输中存在中午电能传输大、早晚传输小，晚间无法传输电能等问题。第三，在并网光伏发电系统大规模应用时，会对整个电力网络产生巨大的影响，导致电网调度模式、运转方式等出现较大的变化。此外，不同气候环境对并网光伏发电系统也有着十分明显的影响[6]。

（二）储能系统的特性分析

并网光伏发电系统的储能组件性能与当前的应用技术、安装设计以及设备种类都有着直接的关系。因此，蓄电池的储能系统中存储量，电能直流、交流转换能力，储能组件的类型，储能系统的能量密度，系统充电、放电功率，使用年限、储能系统响应时间等，这些因素都会影响到蓄电池储能系统的性能。所以在设计安装储能系统时，需要进行综合因素进行考虑。

结束语

综上所述，在并网光伏发电系统中融入蓄电池储能组件可以有效的提高光能发电的效果。随着不同时间段太阳能的多少，蓄电池储能设备能够将多余的光能吸收，在夜晚或者早晨等太阳能较少的时间段在释放出去，实现光伏发电的曲线取直。通过光伏发电以及蓄电池储能的有效结合，可以保证光能发电的效果明显提高，改善太阳能不稳定的缺陷，为光伏发电系统的实际应用提供了新方法。

参考文献：

[1]雷琪.含光伏发电配电网中分层储能的能量管理平台设计及综合评估研究[D].湖北：华中科技大学，2016.

[2]樊世通.基于混合储能的光储联合发电系统控制策略研究[D].北京：华北电力大学，2016.

[3]杨贇.基于混合储能的光伏直流微电网控制策略的研究[D].福建：厦门大学，2016.

[4]段然.光伏发电储能系统研究[D].江苏：中国矿业大学，2016.

[5]刘陇刚，郗复缓.一种带蓄电池储能的并网光伏发电系统设计[J].通信电源技术，2018，35（12）：56-58.DOI：10.19399/j.cnki.tpt.2018.12.027.

[6]王冰洁.建筑光伏储能系统的能量管理研究[D].重庆：重庆大学，2017.