基于分布式光伏能源微储能的一体化应用研究

李宁

摘要：电力资源是人们日常生活中必不可少的资源，我国由于人口众多且分布范围广，对于电力的运输提出了很高要求，为了保障人们的日常需求，提升电力发展，本文将分析基于分布式光伏能源微储能的一体化应用，对于其中所涉及的技术进行重点介绍，为我国的电力行业发展带来帮助。

关键词：分布式光伏;能源微储能;一体化应用

前言

现阶段人类社会的发展逐渐加快，对于地球中的有限资源消耗巨大，各国为了减轻对不可再生资源的消耗，加强环境保护能力，必须充分利用可再生资源实现对稀缺资源的替代，因此针对分布式光伏发电进行研究十分重要。在分布式光伏发电中，进行光伏能源微储能一体化是一种重要方式，可以有效提升电网运行质量。

一、光储一体化研究所面临的难题

在微电网理念提出之后，世界各地都在积极发展该技术，但是对于微电网的实际研究则呈现很大的不同。我国对于分布式光储微电网的研究侧重点主要是保证能源的可持续发展。当前，保护环境已经成为全世界共识，在电力能源方面，加强清洁能源的使用已经成为大势所趋，在此基础上，对于光伏发电的研究需要提上日程。在光储一体化问题上，如何最大限度提升效率成为困扰全世界的难题，由于逆变器本身带载的原因，导致一个光储一体化整体效率始终达不到90%，其中损耗的能量又会以热能的方式导致设备升温，从而影响设备运转，相关技术人员又要做好设备的温度优化，因为如果设备温度长时间过高，则对于电池寿命会有重大影响。因此，提升效率以及做好设备的温度补偿，是当下亟需解决的问题。

二、分布式光储一体化技术的用电形势

光伏组件与储能组件是光储一体化的重要组成，再搭配电网即可实现运行，在此期间，系统扮演供电来源，电网则扮演后备电源，在该系统中，储能电池还可以帮助完成调频、调峰、平滑光伏发电波动的作用，并在一定程度上提升光伏能源接入的稳定性与可靠性。在光储一体化系统中，一般可分为交流母线、直流母线以及交直流混合母线。其中，交流母线保持着相对简单的用电形势，其可用于交流负荷为主的设备，通过分布式储能装置与光伏发电系统连接即可。直流母线便于应用以直流为主的系统，并具有很高的效率，是目前使用比较广泛的形式。

三、光储一体化技术的控制策略分析

制定完善的供电策略可以加强电网以及光伏储能设备的供电和谐，减少能源浪费，需要做到以下几点：第一，当光伏发电大于用电负载时，光伏发电需要给负载进行供电，此时多余的电能将被存储在储能电池中，当电池达到满电时，将多余电量输送至电网;第二，当用电负载大于光伏发电时，需要由储能电池与光伏共同为负载提供用电;第三，当光伏发电与用电负载相等时，此时由光伏发电向负载供电即可，储能电池由于能量不发生变化，因此保持不充不放的状态;第四，当用电负载大于光伏发电时，此时如果储能电池电量不足，需要及时切换成电网供电，以保障设备运行。

在光伏发电中，光伏作为核心能源，但是光能的采集充满很大的不确定性，其会受到天气、季节、时间等多种因素的影响，因此，加强能源储存的研究至关重要[1]。一般来说，光伏电池可以被视作一个正向二极管与恒电能源的并联。并且，光伏电池的输出功率会受到温度以及光照强度的影響，当温度与光照恒定时，输出功率会随着输出电压的增大呈现先增大后减小的趋势，这就导致了输出功率会存在一个极大值，从而影响稳定性。而想要解决这类问题，需要对光伏电池的功率极大值进行实时采集入手。当前比较常见的方法一般是在光伏电池后直接连接DC-DC变换模块进行实现，并搭配Boost电路，用最大功率点对算法控制的通断进行跟踪，从而使等效阻抗改变到与光伏电池内阻抗相匹配的程度，实现光伏电池的功率最大输出。

四、光储一体化的应用控制设计

对于光储一体化发电系统在微电网中的应用控制，除了将光储放置在直流侧协调控制的方法之外，还可以利用储能抑制出口功率来实现。此方法在运行过程中，会造成储能的频繁动作，因此对于不适宜频繁充电的锂电池来说并不适用。并且光照强度与天气变化有很大关系，因此加入关联天气的光伏预测系统，提前根据天气变化来预测控制储能的充电模式以及功率是行之有效的方式[2]。应用此种方式的优势是当储能电池在光伏功率较大时可以使用较大功率进行充电，反之则使用较小功率进行充电，以此保持充电平衡，从而增加储能装置的使用寿命。当暂态运行时，光储能发电系统对微电网的渗透率可以达到百分之八十，这对于电网来说是一种重要考验，因此，在光储发电系统中，必须采取相应措施来维持电网的可靠性与稳定性。在实际运行时，光伏会影响储能装置的寿命，因此不应进行实时无差调频，进而采用有差调频实现储能的调频控制，并在频率恢复之后，退出部分因调频而投入的功率，用电机组进行接收，从而达到储能的稳态控制。

五、光储一体化系统以及电化学储能系统的协调控制

光伏发电系统在固网模式下很难保证系统的电压与频率稳定，从而引起电压波动以及负载功率波动，而通过电化学储能调节系统实现频率与电压的调节，又可能出现光伏发电与系统之间出现电压波动以及频率跟踪的问题。为应对此类情况，可以采用下垂直控制协调光伏发电系统与电化学储能，其通过模拟传统电力系统中同步发电机输出功率特性来实现。在光伏微网系统运行状态为孤网状态时，如果光伏发电系统出现负载波动或者输出波动，则表明光伏微网的系统内部发生了功率变化情况，其变化量由储能系统下垂因子以及系统内部变化量来决定，采用这种控制策略可以保证在孤网模式下，系统可以更加稳定的为负载提供电能。

六、光储一体化的应用研究

（一）结合光储能一体化的智能微电网

利用光储一体化技术，可以建立智能能源微网，从而让微电网系统以及光伏能源直接利用太阳能进行工作，从而减少大电网的用电量以及用电地区对于电网的依赖，以此保证在电力供应不足时，地区可以依靠储存的电能而保持供电，提升电力系统的实际运行水平，并提升抵抗灾害能力。另外，通过微电网与分布式光伏发电的应用，可以为地区减少环境污染，提升节能减排效果，从而促进生态社会、和谐社会的构建[3]。

（二）实际应用中的电能质量检测与治理

分布式电源在使用中，并不能像理想状态一般，其实际运行效果会由于自然能源的变化产生许多不稳定的谐波，从而导致出现电压不稳情况的出现。分布式电源在并网点处对于电能的质量影响最大，因此需要加强对于波动值的控制。在软件方面，需要利用配套软件采集电能质量数据，并制定指标进行分析，将微电网控制系统与电能质量进行监测，从而找出影响电网运行的因素。在硬件方面，可以使用无功补偿设备以及有源电力滤波器作为提升电能质量的措施，无功补偿设备需要安装在微电网负荷接口处用以补偿电网负荷的无功消耗。有源电力滤波器需要安装在电网或微电网的接口处，用于处理微电网产生的谐波问题，从而提升电网的运行稳定性与可靠性。

结论：环境问题与能源危机已经成为当下世界人们面临的重要难题，世界各国都在大力发展清洁能源的发电技术。随着光伏发电的盛行，我国也在积极发展光伏发电，并为了解决光伏发电中的难题，研究了光储一体化技术并优化了其应用思路，对于光储一体化中的全新技术、控制策略、微电网的开发等环节做了详细具体的研发，从而为我国的光伏发电带来良好助力。

参考文献：

[1]杨雯，杨勇，王崎，等.基于分布式光伏能源微储能的一体化应用研究[J].电力与能源，2021，42（05）：577-581.

[2]谢学辉.分布式光伏并网一体化计量与并网装置应用[J].农村电工，2020，28（05）：35.

[3]孙广庆，张赛娜，杨海，等.分布式光伏/储能一体化并网技术研究及开发[J].通信电源技术，2020，37（03）：54-55+59.