混合储能光伏并网系统的能量管理策略

混合储能光伏并网系统的能量管理策略

闫立君

深圳库博能源科技有限公司广东深圳518000

摘要：随着经济的迅速发展，人们对于能源的需求与日俱增。当前化石能源依旧是世界范围内首先考虑的能源供给形式，我国是人均能源明显不足，因此清洁能源受到人们的重视，本文针对混合储能光伏并网系统的能量管理展开讨论。

关键词：混合储能；光伏并网系统；能量管理

目前，我国需要调整能源消耗结构，坚持绿色发展和可持续发展，贯彻落实科学发展观，以此推动我国经济社会的持续发展。在能源结构和经济发展结构需要迫切转变的形势下，以光伏发电技术为代表的清洁能源受到了上至国家中央、下至普通民众的普遍关注，而且由于所利用的光能是可再生资源，因此光伏发电技术对于当前的能源结构弊端、经济发展弊端以及环境污染问题的解决具有较大的帮助。随着光伏发电技术的不断深入研究，光伏发电的成本可以进一步降低，而其发电效率则有了显著提高。当前，由于我国能源结构的特殊性，光伏发电技术的发展受到了格外关注，因此本文针对混合储能光伏并网系统的能量管理进行了现状分析，并提出了相应建设性意见。

1光伏发电以及并网系统的建设现状

光伏发电的优点为可持续、发电量丰富、安全无污染、发电成本低，但是也有着稳定性低、可靠性差、能量密度分散化的问题，而光伏发电系统分为独立式与并网式两种模式，由于适用范围不同，因此其特点也有较大差距，图1描述的是独立式光伏发电系统控制结构。本文主要针对光伏发电中的并网式发电进行了相应探讨。

图1独立光伏发电系统控制结构

并网式光伏发电系统可以通过与传统大电网的连接进而参与电网调度，并且随着光伏发电技术的深入发展，部分地区的光伏发电系统已经成为当地电网系统的重要组成部分。此外，在科技发展的推动下，光伏发电系统的发电量在不断增加，而其发电成本则不断降低，特别是在接入储能设备之后，可以根据大电网的电量调度进行有效管理，从而有效提高光伏发电的经济利润。

随着能源革命的开展，世界发展过程中逐渐重视新的清洁能源开发，光伏发电的地位由于其优势而不断获得提高，但是其发展过程中面临的挑战也不断出现。随着各种新型清洁能源的不断发展，其并网需求也在不断增加，然而传统的电网消纳能力并不能满足当前的并网需求。此外，由于光伏发电系统自身的光伏渗透率较高，因此系统的稳定性不高，需要采取分布式技术，但是分布式技术可能使得电网电压变化面临不稳定的现状，从而可能引发故障电流问题、电能质量降低、继电保护复杂问题。并网光伏电站的用电负荷以及电网调度都随着时间变化而不断变化，因此并网点电能系统的稳定性受到较大影响，而在传统的弃光限电技术中，会造成光伏发电系统利用率低的问题。

目前的光伏并网系统的相关研究主要集中于发电量预测、参与电网调度、电量平衡、提高电能质量以及孤岛效应解决策略等方面，因此混合储能光伏并网系统的研究重点是光伏发电系统的功率、质量。

2光伏发电系统中的常用储能技术以及相关特点

在光伏发电系统的储能能量管理中，其核心部分为储能设备的充电、放电控制以及逆变器处并网功率控制，本文针对储能设备的常用储能技术以及充放电控制、逆变器处并网功率控制进行了讨论。储能系统的存在可以有效解决电网消纳问题，同时可以通过对输入、输出侧的功率平衡，从而保证电能系统运行的稳定性。储能装备不仅可以在恶劣的环境下正常提供电能，并且可以根据实际的需求进行电能供给，从而保障电网运行的稳定性。

2.1储能设备选取

储能设备的选取应根据不同的储能要求以及储能技术进行，在当前形势下，储能技术主要分为高能量密度储能技术以及高功率密度储能技术，在高能量密度储能系统中，主要分为磁储能技术、机械能技术、电能技术，而与之相对的储能设备分别是超导储能设备、飞轮储能设备以及超级电容器储能；在高功率密度储能系统中，主要分为电化学技术以及化学技术，其中电化学技术所采取的储能设备较多，分别为铅酸蓄电池、锂电池、硫化钠电池、流体电池等，而化学技术所采取的储能设备为氢电池。因此在选取不同的储能设备之时，必须掌握各种储能设备的特性所占比重以及储能设备的分数，而后根据实际情况的不同针对储能设备的能量特性、功率以及能效等参数赋予不同权值，然后计算其加权平均值后选出最佳储能设备以及与之相应的储能技术。

2.2储能设备的充放电控制

根据上节内容的叙述，可以看出SC与蓄电池混合设备具有较高的效率，因此本文的储能设备针对SC与蓄电池混合设备进行分析。

SC与蓄电池混合设备通过DC/DC双向变换器后可以与直流母线进行连接，因此本文在该设备没有过充或者过放的条件下进行分析，并且本文的设计方法可以有效减少蓄电池充放电的最大功率与冲击电流，以此提高其使用寿命，同时维持直流母线处的功率稳定以及电压平衡。

SC和蓄电池混合储能设备在与直流母线进行连接的时候可以采取被动控制、半主动控制以及主动控制三种方式。其中，被动控制方式的连接方式是将混合储能设备直接连接到直流母线处，有效降低了电能储能设备的安装成本和安装难度，但是由于其功率流不受控制，因此其发展前景较为黯淡；主动控制方式则是将混合储能设备分别经过DC/DC双向变换器后再与直流母线相连，因此可以针对控制目标进行实际功率的控制，但是其设备安装成本以及运行成本较高；半主动式控制方式则是将混合储能设备按照两种方式进行连接，但是在综合上述两种控制方式优点的同时也具有了两种控制方式的缺点。在本文的储能设备控制方式中选取的式主动式控制方式，以此实现储能设备功率流的最优化控制。

2.3逆变器处并网功率控制

本文针对两级非隔离型逆变器进行交直流变换的正常运行进行分析，本文采取的控制方式主要是单位功率因数并网方式，因此对于逆变器来说，需要有效满足功率因数为1和维持母线电压的要求，因此其控制重点并不在于逆变器对功率因素的调节。逆变器控制主要采取双环PI控制方式，内外控制环分别用于调节并网点电流的电能控制和直流母线电压的稳定控制。

3混合储能光伏并网系统能量管理策略分析

针对于当前越来越复杂的电力系统消纳问题来说，储能设备的参与成了其解决措施之一。在当前的混合储能系统设备中，超级电容器与蓄电池充放电功率之和应该等同于直流母线两侧功率差，以此确保光伏阵列没有弃光问题，从而保证光伏阵列的运行效率，同时可以针对实时的能源需求加以调整，以此实现电网的稳定运行。

利用规则控制器进行能量管理，需要将直流母线的功率差额输入规则控制器，同将用其中的高频分量通过低通滤波器，而按照既定规则在超级电容器与蓄电池中对低频部分进行分配。在此之中，储能设备的功率平衡中随时会出现高频分量进行处理，因此需要利用超级电容器进行平衡。本节部分针对控制过程中的FLC进行了大致分析，进而针对混合储能光伏并网系统中的功率控制进行分析，对于系统中的能量控制，储能设备的充放电控制以及逆变器控制需要按照既定规则进行，以此保证超级电容器的正常运行，以此有效满足电力调度需求。

并网系统运行过程中，网内的功率波动一般是由配电网承担的，而孤岛运行过程中，负荷消耗及光伏电池输出的随机性，将会导致系统出现天然的弱惯性，不利于直流母线电压稳定运行，从而对并网系统各单元的安全运行产生不利影响，甚至导致系统崩溃。在光伏并网系统中加入储能元件可以确保并网系统的安全、稳定运行。同时，超级电容器具有循环使用寿命长、功率密度大、充放电速度快等特点，在光伏并网系统运行中拥有良好的发展前景，不仅可以提高能量管理效率，而且还可以提高并网系统运行的可行性。

4能量管理的验证分析

由于日照的强度以及昼夜交替会影响光伏阵列输出的波动，并且环境温度也随着变化，因此光伏电站的输出功率会产生周期性波动以及渐变性波动，因此本文主要针对光伏阵列处于最大功率峰值的运行状况进行验证分析，以此保证系统按照电网运行的调度需求进行电能输送，以此避免过度充放电，从而提高储能设备的使用寿命。本文针对验证分析给定了特定环境以及相应的系统遮阴情况，从而对最大功率峰值、逆变器控制以及充放电控制和能量管理进行方针验证分析，在验证过程中，可以给定特定条件从而分析出极值，根据极值进行合理研究。

5小结

随着光伏并网系统的发展，电网运行方式迎来了新一轮的变革，因此本文针对SC与蓄电池混合储能设备进行分析，本文所提出的能量管理对策可以充分提高电网的输送效率和光伏利用率，从而提高光伏储能系统运行的经济效益。

参考文献：

[1]张德帅，谷廷坤，黄涛等.光储并网系统跟踪电网调度的能量管理策略[J].电器与能效管理技术，2017，（18）：68-73，77.

[2]殷忠宁，童鑫，古海生等.基于新型拓扑的光伏发电系统的能量管理控制策略[J].太阳能，2016，（7）：30-34.