功率损耗分布式光伏-储能系统出力优化及容量配置方法

徐欣慰 陆志欣 马锋

摘要：接入配电网后光伏电源可通过分布式光伏与储能（PV-BES）转换为可控电源，从而达到减小功率以及提升电压稳定性与高压水平的作用。文章将配电网功率损耗的数值变换作为建立功率损耗分布式光伏-储能系统出力优化及容量配置可行性的判定条件，对配电网光伏位置及合理配置的条件以及分布式光伏对配电网电压及损耗的影响做出了具体分析，最后通过对分布式光伏-储能系统做出的经济性评价，总体验证了本系统优化后的功率耗损量具有较强的经济效益。

关键词：分布式储能;经济性;储能容量

基金项目：

广东电网有限责任公司科技项目

项目编号：030600KK52170106，科技编码：GDKJXM20173241）

0引言

我国处于光伏发电（Photovoltaic generation）迅猛发展的阶段，太阳能作为一种环保性质的生态能源，为人类的生产生活方式提供了新的形态[1]。太阳能应用过程中的光伏发电由于其工作的间歇性对电网的电压、频率等方面产生了诸多不利因素。传统单一辐射网络的电源组成结构较为繁杂，并伴随一定的能量损失，影响了我国电网用户用电的稳定性。在当前配电网应用阶段对分布式光伏接入配电对损耗及电压影响的研究已获取阶段性的研究成果。本文基于已产生的研究成果对光伏接入系统的损耗影响进行进一步的探究具体解决了分布式光伏发电应用过程中所导致的电压越限的问题，并对系统成本的经济性进行了创新配置[2]。

1研究进展与阶段成果

1.1光伏发电研究进展

太阳能储能系统是将光伏具体结合转换为可控的电源减少光伏能量不稳定对配电网运行带来的实质影响。我国分布式光伏处于上升式发展阶段，主要对储能技术进行了深化探究，并将储能技术与光伏进行了合并研发[3]。在对光伏发电的实际探索中发现，电池等其他储蓄介质的应用成本较高，所以在对这两者的实际合理配置研究中应该将能量损失与经济损失进行充分考虑。在本文中对功率损耗分布式光伏-储能系统出力优化及容量配置的经济性研究是主要方向，对这一领域的能源结构调整对优化我国能源结构具有重要的研究价值。

1.2光伏位置及合理配置的条件

1.2.1节点电压

在配电网中接入分布式光伏电源，会整体提升系统的节点电压，并且随着研究者对电压的深入探究可发现在配电网中的电压分布中具有以下三个特点。首先，接入点电压的提升速度在整个配电网的节点分布中具有主要代表性;其次，在分布式光伏接近线路末端的区域配电网的提升效果最佳;最后，在传统的光伏电源分散点进行多点接入相较于集中于一点进行接入会导致电压不稳的状况出现。

1.2.2系统损耗

光伏电源在配电网的渗透率大小可改变系统损耗量，具体有以下规律：当光伏电源所应用的功率较大时会导致系统能量耗损的增加[4];当系统能量耗损增加时，应将分布式光伏系统的电源接入处配置于后方尽可能减少网络损耗;当光伏系统的电源注入功率在前期的设置范围内，则对系统网络消耗可以相较最初减少69%。

2构建分布式光伏-储能并网发电系统

2.1分布式光伏-储能并网发电系统模型

在对分布式光伏-储能并网发电系统进行构建时，可使间歇性的光伏电源转化为连续性的能量介质（见图1）。本文设置的分布式光伏-储能并网发电系统模型内部主要设有光伏阵列、单向转变器、双向转变器、并网逆变器和蓄电池蓄能系统。通过光伏与储能相结合的系统设定，可实现系统内部的功率双向流动。在出现光伏发电系统功率高于实际负荷需要的情况时，可使用多余电量将蓄电池进行储存。

光伏系统可根据Beta 概率密度函数进行照度建模，最后通过光伏组件对最终的参数进行确定。在系统负荷较小的时间段，光伏系统可通过储能系统地方负荷进行供电，实现供电系统的全天负荷供电。

2.2分布式光伏对配电网电压及损耗的影响分析

分布式光伏电源可通过改变配电网的电荷分布形式，对流入的电源进行散射性的输出，保證用户可得到配电稳定性。分布式光伏-储能并网发电系统可对配电网内部的电压输出大小、方向进行控制，将电网的多元化配置进行合理应用。由于本文所提出的分布式光伏-储能并网发电系统的运转依靠于太阳能，容易受天气条件以及气候等客观原因影响，致使光伏电源的运作具有不稳定性和间歇性[5]。所以，光伏电源在并网的过程中会产生气候所导致的电路潮湿短路、网线耗损等问题。因此，合理安排分布式光伏-储能并网发电系统的并网形式是对电源以及配电网电压接入的具体应用表现。

2.2.1光伏发电系统输出功率模型

光伏电池板以队列组成形式构成了光伏发电系统，光伏发电系统的输出功率跟随队列排序的多样化形成了不同的光照强度。依据其不确定性和对以往的数据分析，可将相同时间段内的光照辐射度按照贝塔分布（Beta Distribution）。可得出的光照强度（S）的光伏电源预测模型为：

P（s）=P_0 （s）?f_b （s）

2.2.2分布式光伏电源接入对配电网电压的影响

相较于传统配电网的节点电压，各节点的电压部分会跟随电流负荷的增加儿产生相应的波动。在具有随机性质的分布式光伏并网的电压波动范围内，各节点的电压波动性相较于配电网的反应会更为激烈。当配电网的电源或得稳定性后，则本文所研究系统的各节点电压则可以随之得以改善，提升相应的电压控制水平。

3分布式光伏-储能系统经济性评估

本文提出的分布式光伏-储能系统独具分散性的特点。并网式分布式光伏系统在安装独立发电装置后，可由用户对于负荷的需要，自行设置优先使用光伏输出的功率。当光伏输出不能满足用户需求时，可协同当地的电网企业进行用户电能的需求统计，为区域内的用户提供指向性的供电服务。剩余的电量可为蓄电池进行充电续航[6]。当出现光伏输出不能满足用户需求情况出现时，蓄电池的内部的电量可优先向用户进行输入。在此种模式的用电供给模式下，居民可优先享受系统中的电量，投资方在电力输出的过程中，应按照当地收电标准作为电费收取标准，保证居民的合法权益。供应不及的用电量由当地电网企业进行攻击，便于后期价格的核算以及标杆电价。投资者则可以或得全电量的政府补贴，包括电网收益、政府补贴收益、取电往收益、降低网损收益四个部分。

4结语

本文构建的分布式光伏-储能并网发电系统模型可以使配电网的损失率降为最低，采用的模型以系统运行经济性最优为目标，根据供电区域内可再生能源与负荷情况，采用混合整数线性规划方法求解储能最佳容量。为实现分布式光-储系统成本提供了变革方向，且以明显的经济效益为储能分布式光伏系统容量配置提供借鉴。

参考文献：

[1]陆怀谷，褚国伟，张伟，葛乐. 面向配电网优化的混合储能系统控制策略[J]. 可再生能源，2019，37（12）：1816-1825.

[2]刘国静，吕风波，赵宏大，李冰洁，贡晓旭，史梓男. 基于N-1准则的变电站储能容量优化配置模型及方法[J]. 电网与清洁能源，2019，35（12）：54-59.

[3]李树林，戴嘉彤，董海鹰，沈渭程，马喜平. 考虑相关性的风光抽蓄互补发电系统优化运行[J]. 电力系统及其自动化学报，2019，31（11）：92-102.

[4]于东霞，张建华，王晓燕，高源. 并网型风光储互补发电系统容量优化配置[J]. 电力系统及其自动化学报，2019，31（10）：59-65.

[5]余梦泽，贾林莉，朱浩骏，丁伯剑，史正军. 平抑出力波动的风光储联合发电系统容量优化配置方法[J]. 电气应用，2014，33（21）：44-48.

[6]靳雯皓，刘继春，刘俊勇. 平抑风电功率波动的新型储能系统控制策略[J]. 电测与仪表，2018，55（24）：78-87.