电池储能系统联合光伏电站运行分析

电池储能系统联合光伏电站运行分析

陈德凯

国家电投集团东北电力有限公司大连开热分公司， 辽宁省大连市， 116000

摘要：在我国快速发展过程中，人们的生活质量在不断提高，对于电力的需求在不断加大，由于光伏电站的不可控、难预测、波动大等发电特性，光伏电站限电情况日益严重。而在光伏电站配备储能系统后，光储联合发电具备调峰和平滑能力，根据电网调度进行自动发电控制(AGC)调度运行，可缓解光伏电站的限电情况。本文通过对储能系统的接入方式、联合运行和安全性进行分析和研究，论证了光储联合运行的可行性和可靠性。

关键词：电池储能系统;光伏电站;自动发电控制;光储联合系统

引言

主动配电系统是智能电网发展到高级阶段的技术形态之一。状态估计是主动配电系统态势感知的基础工具，提高状态估计精度和覆盖面对掌控系统运行状况、提升全网的可观测性具有重要意义。由于传统的配电系统中一般不含电源，且负荷模式较为固定，在传统的配电系统状态估计方法中，通常仅对系统的网络部分进行建模和估计，而将电源和负荷简单等效为功率注入。而当分布式电源和储能系统大量接入配电网后，对这些系统的运行状态进行实时的监测和估计，对提升主动配电网的态势感知和决策能力具有十分重要的意义。以光伏电站为例，根据电网安全和经济性的需求，光伏电站也可工作在最大功率点之外的运行状态下。在不同的光照强度和温度等环境条件下，光伏系统对应的最大功率模式点相差甚远。实时掌握光伏最大功率模式点，能预测光伏电站在该时刻所能提供的潜在最大出力，估计其有功和无功功率的可调范围。对电池储能系统而言，电池组的荷电状态（state of charge，ＳＯＣ），即剩余电量，是最关键的需要实时监控的信息。掌握电池组的ＳＯＣ，不仅可有效地估计电池组的内电势、充放电电流和功率等变量，且有助于制定控制策略，充分发挥储能系统平抑源—荷波动、参与经济调度的能力。

1光储电站调度系统集成及通信

光储电站依靠电站内光储联合调度管理系统接收上级调度系统指令，并对光储联合发电系统进行协调控制与管理，协调储能系统出力，实现光储联合出力满足需求的功能。光伏监控系统负责对光伏电站设备进行监控，储能监控系统负责对储能电站所有储能设备进行监控，光伏监控系统与储能监控系统可进行信息交互。该光储电站可实现对有功、无功功率的双重控制，以实现最适合并网的发电模式，提高发电效率和改善电能质量。光储电站联合调度管理系统通过网线的形式与通信管理机进行通信，通信管理机以光纤、网线的形式与储能电站监控系统、光伏电站监控系统、光伏功率预测系统进行信息传输。光储电站联合调度管理系统通过远动通信装置与上级调度系统进行通信。

2电池储能系统联合光伏电站运行分析

2.1光储AGC系统联合运行相关改造工作

1)在光伏电站加入储能系统后，电能可实现双向流动，为防止电能倒灌入光伏逆变器，造成设备损坏，光伏逆变器需进行防逆流改造。2)针对既有光伏电站的系统架构，综合考虑接入的复杂性、安全性和经济性，储能子系统宜接入箱变低压侧交流开关下端口，这样可保证光伏和储能的联合总输出功率小于变压器功率限制，保证安全经济运行。3)现有的光伏电站AGC子站也需做相应的后台改造工作:将逆变器的出力信号和储能装置的出力信号叠加后作为光储联合出力反馈信号;储能系统的控制系统应与光伏电站内AGC调度子站以约定的通讯协议进行通讯，获取实时运行数据和调度数据。

2.2技术资料管理系统的完善

拥有足够完善的技术资料，是太阳能发电站创立的根本。只有技术资料的管理体系足够完善，数据库才能得到充实，技术工作人员才能有强大的技术理论体系支撑，进而更扎实地掌握高端技术，以此保证太阳能光伏发电站高效并且安全的运行。

2.3光伏电站和蓄电池储能系统的状态估计建模

建立监控主动配电网稳态运行的光伏电站和蓄电池储能系统状态估计模型。选取可表征光伏电站与蓄电池储能系统运行状态的状态变量，充分考虑可利用的电气与非电气量测信息，并建立二者之间的关系。采用当前应用最广泛的ＷＬＳ法和正则化残差法，对包含光伏电站、蓄电池储能系统和配电网络进行联合状态估计与不良数据的辨识，实现对主动配电系统进行全面实时监控的目的。关于本文的研究，有以下几点需要指出。１）本文的研究重点在于光伏电站、储能系统的详细建模及其与配电网的联合状态估计，采用了传统的ＷＬＳ法和正则化残差法进行状态估计和不良数据辨识，但所提模型同样适用于其他各类状态估计方法，例如抗差状态估计等。２）本文仅考虑了三相平衡的配电系统。对于三相不平衡的配电系统，需采用三相状态估计的方法，非本文的研究重点。由于文中所提模型的通用性，三相状态估计很容易作为后续扩展研究进行考虑。３）由于篇幅所限，文中仅详细讨论了光伏电站和蓄电池储能系统的量测信息，而未对配电网络部分的量测进行详细讨论。由于文中所提模型的通用性，同步相量量测单元、数据采集与监视控制系统、高级量测体系以及来自母线负荷预测的伪量测信息均可作为配电网部分的量测量。４）本文光伏电站和蓄电池储能系统中的量测都是在现有量测的基础上进行的采集，如ＤＣ／ＤＣ变换器和ＤＣ／ＡＣ逆变器的传感器数据、光伏电站气象传感器数据等，无须增加新的量测装置。后续将列出光伏电站和蓄电池储能系统中所有可能的量测所对应的量测方程，而在实际中，在保证可观性的条件下，可根据实际情况从中选取量测。５）在实际应用中，对含光伏和储能系统的主动配电系统进行状态估计建模时，可根据实际获取的量测，并考虑模型的精度和计算复杂度之间的权衡，确定光伏和储能系统的模型。例如，在配电网同一节点，若存在多个光伏阵列或蓄电池组，但通过同一组电力电子变换器并网，则应对光伏阵列或蓄电池进行等值简化。反之，则可将多个光伏阵列和蓄电池组进行详细建模。若电力电子变换器数量较大，也可对其进行等值建模，以降低计算复杂度。

2.4储能系统容量测试

将功率分析仪安装于500kW电池总控柜输出铜排处，通过储能分系统PCS就地监控软件设定充电功率为250kW，并至额定功率充电终止条件（厂家设定）时停止充电，用功率分析仪记录充电电量，并将储能分系统功率指令设定为0kW，电池储能分系统待机约10min。重新设定功率分析仪，通过储能分系统PCS就地监控软件设定放电功率为–250kW，至放电终止条件时（厂家设定）停止放电，并用功率分析仪记录放电电量。电池分系统满充满放功率曲线。采用恒功率模式充放电，由于储能电池存在损耗，充电时间略长于放电时间约9min。根据500kW储能分系统就地BMS系统记录数据，可以得到整个充放电过程中的电池功率、直流侧电压、电流以及SOC曲线。在整个充放电过程中采用恒流模式对500kW储能分系统进行充放电实验，充放电过程电流基本维持在303A，放电过程电流基本维持在340A。由于系统设定原因，放电电流比充电电力略大，因此充电时间略大于放电时间。

结语

综上所述，我们充分认识到了太阳能光伏发电站运行与维护的重要性。在当今能源危机愈发严重的情况下，环境污染问题越来越被大家重视，然而太阳能作为一种清洁无污染的能源，易获取，取之不尽、用之不竭，因此太阳能光伏发电站必然会越来越广泛地推广和使用，有巨大的发展前景。所以必须要重视太阳能光伏发电站的运行与管理，促进能源的可持续发展。

参考文献

[1]肖白，王涛.太阳能光伏-光热联合发电的优化运行模型[J].现代电力，2020（2）：163-170.

[2]刘立峰.大型并网光伏电站的运行维护管理研究[J].工程技术研究，2020（5）：189-190.