光伏电站和风电场储能容量配置的技术经济研究

马永峰

摘 要：风电系统具有间歇性、波动性的输出特性，严重影响了电力系统的安全稳定运行。现阶段，光伏储能系统的容量配置方法是实际储能工程建设中的重要研究方向，许多学者都在相关领域作出研究，针对大型分布式风电光伏储能系统调峰负荷瓶颈问题，提出了容量优化配置方法。

关键词：光伏电站;风电场储能容量配置;技术经济研究

引言

近年来，我国的综合国力的发展迅速，随着我国经济的快速发展，社会用电量不断增长，用户对电能质量的要求也越来越高。由于光伏具有不确定性和间歇性等特点，其大规模接入对配电网的安全稳定运行带来诸多挑战，例如功率潮流倒送、新能源出力消纳困难、节点电压越限等。目前，储能技术的研究领域主要包括蓄电池储能、机械储能、电磁储能等。其中，凭借具有高能量密度和快速充放电能力特点，蓄电池储能系统可为上述问题的解决提供指导思路，因此BESS的优化配置对于配电网规划运行具有重要研究意义。

1原因分析

（1）台区电压偏高。一是分布式光伏发电设备厂家与产品多而杂，不同品牌的光伏设备质量参差不齐，出现了逆变器变压不稳等问题。二是台区负荷低时，光伏发电高峰时段（如在10时至14时）造成台区电压偏高。（2）变压器重过载。台区改造受项目储备立项、批复周期的限制而非常缓慢，导致很多台区都是先接入分布式光伏发电项目后进行改造。分布式光伏接入的速度远高于目前配电网改造的速度。而当前可采用的运维手段有限，不能够彻底消除变压器重过载运行状况。（3）设备设施发热。分布式光伏发电并网接入后，当负荷电流大于设备运行的额定电流，长期运行便会造成设备连接处等薄弱环节发热。

2谐波特性与交互影响

2.1谐波特性分析

光伏发电通过电力电子器件接入系统，而其含有的逆变器等电力电子器件是含光伏发电系统的电网的主要谐波产生器件，对电网中谐波特点进行分析，是采取相应谐波解决措施、保证系统安全稳定运行的前提。光伏发电为谐波电压源，主要产生3次、5次及与开关频率有关的高次谐波。谐波电压传播的穿透力与电压等级有关，从高电压等级向低电压等级传播具有较强的穿透力;谐波在同一电压等级中渗透与其相互距离有关，距离越远时，其穿透力越弱。多个分布式光伏系统并联，或单个分布式光伏系统受配电网中阻抗的影响，其谐波明显呈现宽频域特性。分布式电源接入电网首端时谐波含量较高，接入末端或中端时谐波含量较低。随着接入电网的分布式电源容量的逐渐增加，电网中的谐波污染也会越严重。分布式电源接入时，需通过谐波抑制装置并网。谐波对电网的影响取决于各谐波分量的相位角，由于连接的设备多种多样，因此畸变指数不会以简单的加法方式表现出来。谐波问题的分布式光伏并网更好，负载阻抗过高时分布式光伏不适合并网的结论。

2.2谐波交互影响

传统的谐波分析技术利用谐波源模型进行谐波源定位或谐波源责任划分，仅侧重于负荷侧或谐波源侧，未考虑二者间的谐波交互影响。逆变器等电力电子设备广泛使用，使光伏电站谐波输出具有高频次、宽频域的特性，以往光伏系统在电网中渗透率较低，产生的谐波电流含量较少，对电网影响在可接受范围，而光伏系统逆变器较多，在某些区域电网中渗透率已足够高，光伏系统产生的谐波与输配电系统的交互耦合也愈加复杂。谐波在阻抗网络的传输中，往往会有一定频率范围的谐波产生放大。一方面是由于系统中固有的谐波电压，另一方面是由于光伏系统接入产生的谐波电流。二者可能会产生谐波交互影响，导致电能质量加剧恶化，当多逆变器并联时，谐波交互影响加剧。（1）建立分布式光伏发电并网沟通协调机制。加强光伏专责与分布式光伏用户的沟通协调，定期召开沟通协调会，就如何选用质量过硬的并网设备，使用合格的逆变器，如何将逆变器的电压调整至合理范围之内进行讨论。同时，开展好内部协调工作，对能通过调节变压器分接开关解决问题的，及时安排台区经理进行调节，满足人们对高质量高可靠性供电的需求。（2）实施多维度台区负荷优化治理。开展现场勘察，掌握好现场第一手资料，做好台区改造项目的储备和优化调整，按照轻重缓急推动改造项目有效实施。运用好运维手段，将同一个村内不同台区负荷情况摸清楚，以便通过调节重过载台区负荷至轻载台区的方式，解决过负荷问题。合理地轮换变压器或增容变压器，解决分布式光伏发电并网造成的重过载问题。

3控制策略

3.1系统控制流程

光伏电站完成路径优化和装备优化后，场站存在两套具备暂态和稳态控制的无功源，在光伏电站并网点功率执行站侧直采电压，测量场站对电力系统的阻抗，设定稳态和暂态电压门限值（可在线变更），功率执行站实时跟踪电压波动，当光伏电站电压越过暂态电压门限值时，实时计算容性或感性无功调节量，根据无功源裕度实时下发无功遥调指令群控场站无功源，实现场站级暂态电压支撑，同时，暂态控制状态机接收调度电压控制指令，响应新的目标电压值，从而完成场站级稳态电压调节。

3.2光伏电站无功电压控制模式

考虑光伏电站运行工况，本方案可实现3种控制模式：经济运行模式、SVG检修模式和发电检修模式。（1）经济运行模式是指在正常发电工况下，功率执行站优先将光伏逆变器作为场站的无功电压调节对象，SVG作为容量补充，降低SVG运行损耗，提高光伏电站经济性。（2）SVG检修模式是指功率执行站能实时监测SVG运行状态，当SVG设备因故障检修而离線时，功率执行站只将逆变器作为无功电压调节对象;当SVG重新上线后，可自动切换为经济运行模式。（3）发电检修模式是指功率执行站能实时监测光伏逆变器运行状态，当部分光伏逆变器因检修而离线时，功率执行站能智能识别无功可调节裕度，保障发电检修过程中光伏电站无功电压的持续性。随着世界能源产业结构的调整和人类对环境问题的重视，太阳能凭借资源丰富、布局灵活的优势，成为当今新能源发展的主流，当前越来越多的光伏电站投入运营。光伏电站的可靠运行，需要汇流箱、逆变器等设备在无故障状态下运行，对光伏设备的状态监测十分重要。目前，光伏电站主要采用人工定期检查、网络化监控的方式对设备进行监测。由于人力资源有限及传统光伏监测系统智能化不足，这两种方式都存在光伏阵列监测不足、遇到故障时无法快速定位的问题。

结语

大数据下分布式风电光伏储能容量配置通过将广泛分布的终端用户储能设备汇集到分布式风电光伏储能中，实现电网与用户的双向交互，当总容量不变时，可降低高功率储能系统的应用容量，从而降低建设成本，增加辅助服务的收益。虽然从解决配电网安全问题的角度考虑储能设备的选址和容量分配，但是忽略了储能建设成本对容量配置的影响，成本是制约储能系统在实际应用中大规模推广的主要因素，也是今后研究工作需要综合考虑的重点。

参考文献

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