摘要：对光伏-储能联合发电系统的运行机理做出了相应的分析，主要介绍了总体运行机理、储能旁路方式、储能单独运行机理。提出光伏-储能联合发电系统的拓扑构造以及潮流定向控制措施。经由配置储能发电系统，提高了系统的可控制性与可观性，做到对电网的有效接入；并且健全了光伏-储能联合发电系统输出特征，达到很大程度的“削峰填谷”，在很大程度上减弱光伏微网系统对电网输电容量的需要。
关键词：发电系统；储能；光伏电池
光伏发电系统由于受到天气原因的干扰很大，在太阳光照射的环境不佳的时候光伏发电系统出力在很大程度上得以降低，针对离网型光伏发电系统将产生供电的不稳定，还可能出现断电现象。并且，大范围并网光伏发电系统往往会由于反孤岛、系统波动大以及需要获取并网许可等情况不能并网运行，在一定程度上干扰了光伏发电系统的经济性与稳定性。伴随着现如今锂离子电池生产所需费用的减少与使用时长的提高，会大范围电池储能发电系统应用在电力系统不断变为可能。电池储能发电系统一方面能够让发电系统具有瞬间功率调整的性能，另一方面配合电力电子变流设备能够建设不间断电源高安全性供电电源。故而，为光伏发电系统配置电池储能发电系统来建设混合发电系统变成提高光伏发电系统接入友好性与调整电网电力能源质量的一个研究重点。
1光伏-储能混合系统构造
光伏与储能联合的系统拓扑构造，太阳能电池板的输送端经由QF1、QF2、QF33个断路器分别与交流电变换成直流电的整流器、储能单元截波器与不间断电源逆变器相互连接到一起。电网经由QF4、QF5两个断路器连接至交流电变换成直流电的整流器与一般负载。太阳能电池板与一般负载以及电网之间经由交流电变换成直流电的整流器进行能量转换。储能单元双向截波器负责电池单元的充放电工作。不间断电源逆变器重点保护关键负载的安全、可靠提工电能。
2系统工作方式分析
本文介绍了带有储能发电系统的太阳能混合发电系统潮流定向控制FDC的三种工作方式。其中，由上到下按顺序是断路器QF1、QF2、QF3信号，交流电变换成直流电的整流器绝缘栅双极型晶体管的参考信号与调制信号，DC／DC截波器的参考信号与调制信号，以及不间断电源逆变器的参考信号与调制信号。FDC指的是依照不同的发电系统工作条件控制系统功率流动方向，经由储能发电系统起到调整功能，在确保发电系统正常运行的条件下提高系统的经济性、安全性。
（1）QF1、QF2、QF3都处于闭合状态。也就是发电系统三个重点电力电子变换单元都投入使用。交流电变换成直流电的整流器在这种方式下一般运行在逆变方式下，把太阳能电池板转换获取的电力能源传输给电网。储能发电系统截波器运行在充／放电方式下，在下午太阳落山之前的时间之内储能发电系统工作在充电方式下，关键用在储存发电系统出力超过负载所需要的时长太阳能电池板的多余能量。在下午太阳落山之后依照负载的状况，当发电系统所需要的能量超过发电系统的出力的时候储能发电系统释放能量来达到系统标准，减小系统的电力容量需要。不间断电源系统逆变器处在运行状态，采用电池储能发电系统当做主要负载提供可靠正常的电力供应。
（2）QF1、QF3处于闭合状态，QF2断开。也就是交流电变换成直流电的整流器与不间断电源变流器投入运行，储能发电系统不运行。在这种工作方式下系统正常情况下处在太阳光照较好、出力较强的工作情况下。太阳能电池板出力在实现不间断电源系统需求的条件下整体都反馈发送至电网上，不通过储能发电系统存储，提高发电系统运行效率。除此此外，当储能发电系统需要对电池组实施校准以及更换的时候，能够把发电系统切换至这种工作方式下。交流电变换成直流电的整流器在这种工作方式下的重点工作内容是依照太阳能电池板的端电压来决定反馈并发送功率的大小，并且优先保障直流母线电压工作在安全范围内，与太阳能电池板相互结合一起保障不间断电源系统能量供应。
（3）QF2、QF3处于闭合状态，QF1断开。也就是储能发电系统与不间断电源变流器投入运行，交流电变换成直流电的整流器停止运行。这种工作方式大部分运行在晚上没有阳光照射并且储能发电系统残余能量较高的状况下，这个时候发电系统呈现独立运行的特征，和电网尚未形成物理连接，仅仅依靠储能发电系统的残留电量保持不间断电源系统工作，为主要负载提供能源。
3混合系统运行效果仿真分析
图1是FDC策略下全部单元投入运行时，只建设光伏发电系统与建设光伏-储能混合系统针对降低原有系统对电力容量需求的对比图。图中的实线是光伏发电系统出力曲线，虚线是系统负荷曲线，点划线是系统最终的电力需求功率曲线。
图1（a）显示在不具备储能发电系统的情况下，单一建设光伏发电系统只能降低近20kW，即20%装机容量的电网容量需求。
图1（b）显示储能发电系统在竖线部分存储发电系统多余能量，在横线部分根据储能发电系统的剩余电量与发电量预测结果决定释放功率的水平，结果显示具备储能的混合系统可以降低近50kW，即50%装机容量的电网需求，表明储能发电系统在不提高光伏装机容量的情况下在降低电网需求方面可以提升250%左右的系统效能。
图1储能发电系统对整体系统降低系统容量的作用
在以降低电力系统容量需求为目标时需要根据太阳能发电规模来选取储能发电系统的容量，因为储能容量在各种发电规模下都有明显的饱与特征，在超出特定数值后，针对降低系统的电力容量需求会进入明显的平台期，经济性大为降低。因此需要根据光伏发电系统容量与负载特征对储能容量进行优化配置，最大限度地调节发电系统与负载之间的峰谷差异，降低对电力系统容量的需求。
在某些地区因为电网不支持用户向电网反馈输送能量，所以在太阳光照充足的状况下当发电系统输出功率超过系统负荷所需的状况下就会有“弃光”的情况出现。在这种状况下提高储能发电系统之后能够显著提升系统的发电量，提高系统的经济性与效率，由此可以达到现如今低碳高效经济的标准。
4结束语
现如今我国正在大力发展光伏发电系统，伴随着光伏发电系统发电功率的增大，以往放任光伏发电系统随意出力的控制方法将会对电力系统的安全运行造成很大的隐患。本文的研究表明经由配置储能发电系统并采用FDC方法后，混合发电系统可以提高系统运行效率与经济性，降低系统对电力系统容量的需求并提升系统发电效率，为扩展光伏发电系统的功能打下了一定的硬件基础。可以预见在不久的将来配置储能发电系统的光伏发电系统将在电力系统中发挥更加关键的价值。
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论文作者:徐勇
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
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