储能技术在光伏电站并网中的应用
摘要
关键词
光伏发电;储能技术;并网运行
正文
随着我国光伏电站规模的相对快速增长和日益大规模的发展,弃光或限电的环境问题越来越严重。有效合理地利用新型分布式储能技术,有助于进一步大大提高国内电网系统接收太阳能光伏系统的发电和运行能力,提高其并网和运行环境的稳定性,为今后新能源的有效开发利用和整个电力系统的安全、持续、健康发展奠定坚实的应用基础。
1设备运行质量稳定性问题
风电系统中电网的运行和稳定也是保证整个传统风电系统稳定、正常、高效、节能运行和安全的最后一个非常重要的理论基础。系统弱稳定和系统弱免疫问题是第二类系统不完全稳定因素,对我国电力系统的稳定和发展构成了重要而严重的威胁。小干扰和大干扰对系统稳定性和运行稳定性的影响也是我国传统电力系统稳定性设计中常见的技术问题。操作系统的安全可靠运行保障机制基于系统负载变化的实时动态特性,通过实时平衡动态功率来完成,包括减少系统运行中可能出现的谐波干扰。国际相关专业技术研究表明,提高风电项目并网设备安全要求的安全运行保障机制一般包括满足各种电气自动化和设备安全要求的太赫兹耦合气流,以及安全和系统防御因素的实时动态控制。风电并网时,安全可靠电网的可靠运行控制技术一般应基于以下两点:①动态有限源速率控制技术——主要用于对整个电力系统的有功相位谐波和频率电流波动进行有效的动态抑制和保护;②动态无功功率控制技术主要用于有效抑制整个电网的谐波电压波动。风电资源开发利用中长期弱波动和长期不确定性的影响因素,以及长期弱波动稳定因素和短期弱确定性抗扰因素,是直接影响我国现有陆上风电系统和长途电力输送运行模式适应性和风电系统稳定性的前两个常见干扰因素。
2光伏并网发电系统的基本结构
光伏并网发电系统的基本结构有:光伏电池阵列,蓄电池组,逆变器和配电网等多个部分组成。光伏并网发电系统在一定程度上可以分为两种,一种是可调度式并网光伏发电系统,另一种是不可调度式并网光伏发电系统。可调度式并网光伏发电系统可以设置储能装置。除此之外,还有不间断的电源以及能够做到源滤波的功能,同时可调度式并网光伏发电系统还有益于电网调峰。不可调度式并网光伏发电系统,在与主电网断开的情况下,系统自动停止供电工作。这两个系统最大的不同就是可调度式光伏发电系统可以持续不间断供电工作,不会停止;而不可调度式光伏发电系统,在与主电网断开的情况下,可以自动停止供电工作。
逆变器在系统中具有重要的作用,它具有三大发展趋势:(1)拓扑结构日趋简单,生产成本逐步降低,体积逐步变小,节约成本是它发展的最大优势。(2)允许的最大输入电流电压范围逐步扩大,逐步加强对软开关技术的应用。(3)电网适应性不断增强,各种保护更加完善,确保安全可靠。现阶段,一般的光伏并网发电系统具有三个显著的特点,一是受环境因素例如气候以及灰尘的影响,受气候影响侯其输出的功率会存在不稳定性;二是受地域条件的限制,例如气候以及地理条件的不同业委会影响到光伏系统的发电效率。光伏系统的发电效率在光照条件较好的地区会有更高的效率,除了上述的两个特点之外,光伏系统的发电转换效率不够高,这也使得光伏发电难以形成一个完整的系统,效率不高[1]。该系统采用了MPPT(最大功率点跟踪)技术,为了满足太阳能的使用要求,对光伏发电的吸收和利用要求相对较高,一般光伏发电系统采用并联电压相和联通电流,系统本身只提供有源电力。
3储能技术在光伏并网发电系统中的应用
3.1电力调峰
电力高峰下负荷的实时调整,也是为了电网更灵活、有效、安全地应对各种用电高峰时段的用电高峰。在每个用电负荷的高峰期,也会出现负荷功率过大或负荷损耗等异常情况。利用储能技术手段,可根据高峰时段负荷功率的负荷动态调节实时性,依靠实际负荷需求的微小变化,电力系统实际产生的负荷能量可随时存储并记录在实时储能装置中。当电力负荷发电达到发电高峰时,储能装置会释放自身储存的巨大能量,提供电力负荷所需的备用电源,这对企业提高整体供电的系统稳定性和设备可靠性以及供电设备的运行能力有很大帮助。
3.2微电网
微电网系统是指规模相对较小、分散、集中的独立电网供配电或能源系统。其主要结构由一个负载单元和多个微系统电源组成。系统设计结合了国内最先进的数字电力技术和广泛应用的分布式能源调度管理智能控制平台技术,集成了风电、光伏发电设施、分布式储能系统等传统的汽柴油发电设备或储能设备,并将其连接到超级用户端。微电网可以在秒甚至毫秒级上保持正常运行,从而大大提高电网负荷稳定供电的稳定性和可靠性。同时,它可以在微电网的调峰填谷中起到重要的辅助作用,减少输配电线路的谐波损耗,稳定微电网的电压稳定性,还可以长期提供稳定的不间断电源,以满足各种负荷要求。在未来电力二次电源的整个系统结构中,微电网系统必将成为一个重要的关键发展技术方向。微电网系统技术的大规模应用将大大有效地提高我国现有电网设备的整体工作效率、稳定性和安全性,因为微电网系统是一个独立的电源,可以同时将微电网设备与光伏发电设备系统分开,并且可以在任何时候相对独立地操作光伏负载设备,其安全性和稳定性会更高。
4储能系统技术
4.1储能技术
并网太阳能光伏组件所需并用于发电和利用的储能系统装置,一般应能在极其严格和恶劣的运行安全环境条件下长期安全高效地运行。此外,由于太阳能光伏组件在发电和能量集中输出时,系统能量相对不可靠、稳定,储能系统运行中的长期充电工况和短期放电工况往往相对稳定、较差,有时会形成需要相对频繁、短期或小周期的长期充电工况和短期放电。根据现阶段国内各种光伏储能和新型并网光伏储能及发电应用系统产品的性能特点和要求,以及未来光伏储能装置市场的潜在需求和发展趋势,重点抓好以下几个方面,大力开发创新,完善和自主研究提高各类新型节能光伏电站和光伏并网太阳能发电应用的储能和设备技术:通过实质性创新,提高我们自己产品的最有效能量密度技术指标和系统的最大功率密度指标;二是全面大幅调整和完善现有传统有效储能装置系统中各种有效储能装置的容量参数,同时适当大幅延长各种有效储能装置系统中电池的实际有效使用寿命;第三,主要是大幅度调整和提高蓄电池的要求,提高有效储能、充放电设备的启动速度;四是进一步确保现有电池系统在当前各种恶劣极端环境系统的使用中仍能安全、高效、安全、稳定、可靠、高效、长时间连续运行和使用;第五,降低了电池储能装置组件和设备的维护、使用和调试成本。
4.2电池储能控制技术
为了进一步提高储能装置蓄电池的平均使用寿命,尽可能提高整个储能发电装置的总输出功率,提高整个储能装置的最大工作功率效率,我们必须对每个储能装置的整体工作充放电操作逐一进行详细、深入的统计分析,在此基础上进一步明确一套具有实际针对性要求的整个储能系统装置的整体充放电策略。例如,由于铅酸蓄电池的充电时间通常是所需时间的两倍,因此在日常充电操作中,我们应该选择一个相对较小的小电流,尽可能多地给铅酸蓄电池充电,以防止其储存电能的功率突然下降,缩短蓄电池的使用寿命。在光伏太阳能风力发电中,直流快速充电辅助光伏电源被广泛应用,直流电源逆变器作为另一种光伏储能电源装置,是主要应用类型之一。其特点是不动稳定系数高,电压波动很小,这使得用户快速充电的效果不够可靠和稳定。因此,为了更有效地解决因使用储能装置而引起的充放电和再放电问题,有必要建立先进、完整、合理的蓄电池储能装置管控体系、方法和处理设备体系,同时共同进行最佳充电,放电或再生放电和处理控制策略,以确保储能罐在水中不会损坏的储能装置电池组的长期安全和使用寿命,基于工业电压的高频单相交流技术不能单独同时用于对其他常见类型的储能和充电装置(如Tourbillon储能电池和太阳能电池)的能量进行有效充电,因此,当我们需要同时对几乎所有类型的储能设备的电池进行充电和操作时,我们需要使用功率转换器对它们进行自动充电。
4.3综合的分析评价工具分析与储能系统的建模
只有对光伏用电的区域特征进行全面、多层次的评价和分析,并结合各种实际用电情况,包括对整个系统的运行可靠性、经济条件和生产运行安全性进行综合分析,我们能否成功开发和制造出一套最适合、最经济高效的分布式光伏储能发电应用系统。现阶段,我国传统光伏储能和发电系统技术在光伏储能和并网储能系统发展中的典型应用案例还不完全成熟。首先,应根据中国制定的相关行业标准框架,逐步确定和分析计算光伏储能和发电系统技术实际使用和开发周期以及系统使用投资成本估算的标准方法,该框架用于进一步衡量整个光伏储能和发电系统的经济性。因此,为了进一步提供更清晰、准确、可靠的光伏储能系统运行实时运行数据信息及相关运行系统的仿真数据,需要分析光伏储能系统的项目开发分析师需要从整个光伏发电和储能电站系统的规划设计开始,运用三维建模技术的各种仿真手段和设计方法,全面有效地了解和分析当前整个光伏储能系统的整体运行。同时,要求工程师使用能够在真实状态下充分模拟分布式光伏储能系统真实运行效率的分析计算软件。
5结语
本文分析和阐述了光伏板发电逆变器并网对风电并网工程这一系列问题的综合影响,同时分析了各种安全、有效、可靠的新储能方式的具体应用实例。同时,也将给储能技术及其在分布式光伏分布式发电储能系统中的实际应用带来很大的启发和影响。
参考文献
[1]张兴科.光伏并网发电功率波动与对策[J].电网与清洁能源,2011,27(06):55-60.
[2]刘世林,文劲宇,孙海顺,等.风电并网中的储能技术研究进展[J].电力系统保护与控制,2013(23):145-153.
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