摘要：储能技术的发展对新能源发电的应用具有一定的促进作用。针对光伏发电并网稳定性问题，在总结各类储能技术研究现状和优缺点对比的基础上，分析了储能装置对光伏发电并网系统的积极作用，并在PSCAD中搭建典型光储并网模型进行仿真研究。
关键词：光伏发电；储能技术；稳定性；光伏并网
一、光伏发电系统的概述
光伏发电系统将光能向电能进行转换所应用的原理就是半导体截面的光伏特效应。此系统中的主要组成部分就是太阳能电池板、控制器以及逆变器等。与传统的火力发电形式相比，此种发电系统的优点主要表现为以下几点：所使用的一次能源为太阳能，具有取之不尽用之不竭的特点。而且太阳能的分布由于广泛性的特点，因此只要存在太阳光就可以进行光伏发电而不受地域的限制。此种发电形式不需要对煤炭等能源进行燃烧，也不需要进行电线的架设就可以实现，具有方便和快捷的特点。但是此种发电形式具有较小的照射能源分布，且所需要的太阳电池板的面积比较大，容易受到天气因素的硬性，而且其光伏板在制作过程中需要消耗较多的能源而且会导致严重的环境污染问题。
二、无储能光伏并网发电系统对电网的影响
2.1对线路潮流的影响
未接入光伏系统时，电网支路潮流一般单向流动，且对配电网来说随着距变电站的距离增加，有功潮流单调减少。然而，当光伏电源接入电网后，从根本上改变了系统潮流的模式，且潮流变得无法预测，同时也可能造成支路潮流越限、节点电压越限等，影响系统的供电可靠性。光伏并网发电系统向电网供电，降低了机组利用小时数，牺牲了电网的经济性运行。
2.2对系统保护的影响
当光照良好、光伏并网电站输出功率较大时，短路电流将会增大，可能会导致过流保护配合失误，而过大的短路电流还会影响熔断器的正常工作。此外，对于配电网来说，未接入光伏系统前，支路潮流一般是单向的，其保护不具有方向性。而接入光伏发电系统后，该配电网变成了多源网络，网络潮流的流向具有不确定性。因此，必须要求增设具有方向性的保护装置。
2.3对运行调度的影响
光伏电源的输出功率直接受天气变化影响而不可控制，因此光伏电源的可调度性也受到制约。当某个系统中光伏电源占到一定比例后，电网运行商应认真考虑如何安全可靠地进行电力调度。另外，光伏电价与常规电价存在差异，如何在满足各种安全约束的条件下对电网进行经济性调度，也是一个值得关注的问题。
三、储能技术的研究现状分析
3.1蓄电池储能技术
此种技术就是在蓄电池的正负极在发生氧化还原反应的同时转化正极和负极活性物质的化学能和电能。目前比较常用的蓄电池类型主要有镍铬、锂离子、钠硫以及铅酸蓄电池等类型。其中最后一种蓄电池的成本比较低，但是重量比较重、寿命比较短、充电速度也比较慢，还具有较为严重的污染问题。此种蓄电池比较适合在电力调峰、稳定电力系统以及对电能质量进行提高的方面进行应用。而镍铬蓄电池也具有较为严重的污染问题，但是具有较高的充电效率、较小的放电电压变化和内阻，且对充电环境的要求也比较低。而锂离子电池虽然具有良好的性能，但是无法大规模应用。钠硫电池则表现出较高的储能密度，并且在进行串联和并联之后发挥具有较大规模的储能效果。
3.2飞轮储能技术
此种储能技术的主要系统组成有飞轮、磁悬浮轴支撑系统、发电机、电机、功能转换器、电子控制系统、真空泵以及应急备用轴承等设备。其主要的应用原理就是在外部电网的作用下可以使得飞轮高速旋转，通过动能的方式来对电能进行储存，而在飞轮储能系统中进行动力释放时，通过功率转换器来进行电流和电压的输出，驱动电机进行发电，实现了从机械能向电能的转换。此种储能技术的特点主要表现在，如果在5kW/kg以上的飞轮储能功率下，会具有在20WH/kg以上的能量密度，且销量也可以在90%以上，具有20年甚至更长的使用寿命。而且可以在-40~50℃的环境中进行稳定工作，表现出没有噪音和污染以及维护简单和可以实现连续工作等优点。
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3.3超导磁储能技术
此技术主要是通过对储能线圈的充电控制来满足电力系统的需求。在应用中主要表现在具有较快的响应速度、较高的转换效率以及较大的比容量和比功率的特点。通过此技术能够与电力系统开展大容量的交换和功率补偿。目前世界上比较先进的超导磁储能技术可以形成1~5MW/MJ的低温储能技术，并且已经投入生产了100MJ的超导磁储能系统，且在高压输电网中进行了应用。还能够实现与再生能源发电系统的结合，但是也具有较高的成本投入和维修成本投入等缺点。
四、储能在光伏并网发电中的应用
4.1超导磁场储能在光伏发电系统中的应用
超导磁场储能是将超导体放在一定的磁场当中，对超导体进行降温，一直到超导体的临界的温度以下，然后把磁场撤掉，超导体内部将在临界温度下因磁场磁力影响下出现感应电流。目前为了利用超导体在临界温度下产生持续性的电能，进而获取长时间储存电能的效果，是现在技术和实际应用上亟待解决的问题。光伏发电系统和超导储能系统通过交流母线相连为本地负荷供电。有学者就利用光伏出力与本地负荷需求的差值作为SMES控制器的功率控制信号策略，建立了超导储能系统模型，并对其在光伏发电系统的中的运行控制方式进行研究，很好地解决光伏发电功率易受环境影响、不可调节、难于满足负荷需求的问题，对由负荷变化引起的母线电压波动和故障引起的母线电压跌落具有良好的补偿作用。
4.2飞轮储能在光伏发电系统中的应用
飞轮储能系统是一种新型的储能元件，是机械能和电能的交换装置，具有充电、放电和能量保持三种工作模式。可以采取多种充电模式，放电时通过飞轮的带动发电机发电，并通过电力电子装置的转换成可利用的电能，保持阶段保持飞轮的额定转速转动，既不充电也不放电。其经济性较强，满足绿色和高效的需求，安全性和可靠性显著、功率容量十分巨大，具有发展前景良好，拥有巨大的市场潜力。因此，飞轮储能系统受到行业内很大的关注。有人提出了一种基于模糊控制的光伏飞轮储能系统有功平滑控制策略，将模糊控制应用于平抑有功功率，有效地提高了功率的平滑输出、较大程度地减小了光伏发电的功率波动、提高了电能质量、降低了对电网的冲击。同时有文献中设计了基于飞轮储能的可并网电源方案和相关硬件电路系统，通过仿真验证BOOST逆变电路的可行性。
4.3电网角度的应用技术
（1）电力调峰
调峰的目的是尽量减少大功率负荷在峰电时段对电能的集中需求，以减少电网的负荷压力。光伏储能系统可根据需要，在负荷低谷时储存光伏系统发出的电能，然后在负荷高峰时再释放这部分电能为负荷供电，从而提高电网的功率峰值输出能力和供电可靠性。
（2）电网电能质量控制
储能系统投入并网光伏发电系统中后，可改善光伏电源的供电特性，使供电更加稳定。因此，通过合适的逆变控制策略，光伏储能系统可以实现对电能质量的控制，包括稳定电压、调整相角以及有源滤波等。
结语：
在光伏发电系统中所应用的储能技术对此系统中的电能转换效率具有重要的影响，而且还影响着输出电能质量、供电安全以及可靠性。因此在针对目前比较常用的几种蓄电池储能技术、飞轮储能技术以及超导磁储能技术的原理和优缺点进行介绍之后，提出了通过超级电容器以及ES系列储能变流器对常用的储能技术进行改进的策略，希望可以给同行提供一定的储能技术应用和改进思路。
参考文献：
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[4]刘金栋.超级电容器在光伏发电系统中的研究与应用[D].长安大学，2015.
论文作者:苏云海
论文发表刊物:《中国电业》2019年第11期
论文发表时间:2019/9/29
标签：储能论文; 光伏论文; 系统论文; 电能论文; 技术论文; 飞轮论文; 电网论文; 《中国电业》2019年第11期论文;