光伏发电并网加储能系统详解

一、光伏发电并网加储能系统架构

常见方案,储能电站（系统）主要配合光伏并网发电应用,整个系统是包括光伏组件阵列、光伏控制器、电池组、电池管理系统（BMS）、逆变器以及相应的储能电站联合控制调度系统等在内的发电系统。系统架构如图1-1 。

                     图1-1 储能电站（配合光伏并网发电应用）架构图

（1）光伏组件阵列利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能,然后对锂电池组充电,通过逆变器将直流电转换为交流电对负载进行供电。

（2）智能控制器根据日照强度及负载的变化,不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调节：一方面把调整后的电能直接送往直流或交流负载。另一方面把多余的电能送往蓄电池组存储。发电量不能满足负载需要时,控制器把蓄电池的电能送往负载,保证了整个系统工作的连续性和稳定性。

（3）并网逆变系统由几台逆变器组成,把蓄电池中的直流电变成标准的380V 市电接入用户侧低压电网或经升压变压器送入高压电网。

（4）锂电池组在系统中同时起到能量调节和平衡负载两大作用。它将光伏发电系统输出的电能转化为化学能储存起来,以备供电不足时使用。

其中储能单元拓扑结构及原理如图2-18,DC/DC 变换器,后级为全桥双向DC/AC变换器,该拓扑结构能够实现升压与逆变、降压与整流的解耦控制,控制简单、容易实现。当储能装置放电时,前级变换器工作于Boost升压模式,后级全桥变换器工作于逆变模式；当储能装置充电时,前级变换器工作于Buck降压模式,后级全桥变换器工作于PWM 整流模式。储能单元的工作模态根据光伏发电系统有不同的运行模式,可分为并网充电、离网充电、离网独立放电以及离网辅助放电四种工作模态。

图1-2为蓄电池储能单元的两级式拓扑结构,前级为双向Buck/Boost。

模态 1 ： 并网充电模态 。 并网运行模式下,蓄电池容量不足时,通过电网进行充电,为光伏发电系统离网运行模式下提供能量储备。

模态 2 ： 离网充电模态 。 离网运行模式下,蓄电池容量不足且光伏发电单元有多余能量输出时,对蓄电池进行充电控制。

                          图1-2 储能单元拓扑结构及原理图

模态 3 ： 离网独立放电模态 。 离网运行模式下,光伏发电单元能量不够,不足以提供电压和频率支撑而停止工作时,蓄电池单独为负荷提供所需的功率,并支撑光伏系统交流母线上的电压和频率。

模态 4 ： 离网辅助放电模态 。 离网运行模式下,光伏发电单元输出功率不足以满足负荷的用电需求,但能提供稳定的交流母线电压和频率,此时蓄电池储能单元辅助放电维持系统的能量平衡。

二、储能系统在光伏发电系统中的作用

通过对光伏发电的特性分析可知,光伏发电系统对电网的影响主要是由于光伏电源的不稳定性造成的,从电网安全、稳定、经济运行的角度分析,不加储能的光伏并网发电系统将对线路潮流、系统保护、电网经济运行、电能质量和运行调度等方面产生不利影响。光伏电站并网,尤其是大规模光伏电站并网对电网带来的影响是不可忽视的。目前解决光伏电站对电网影响的途径是提高电网灵活性或为并网光伏电站配置储能装置。

储能系统在光伏电站中的作用主要体现在以下几个方面。

（1）保证系统稳定。 光伏电站系统中,光伏输出功率曲线与负荷曲线存在较大差异,而且均有不可预料的波动特性,通过储能系统的能量存储和缓冲使得系统即使在负荷迅速波动的情况下仍然能够运行在一个稳定的输出水平。

（2）能量备用。 储能系统可以在光伏发电不能正常运行的情况下起备用和过渡作用,如在夜间或者阴雨天,电池方阵不能发电时,储能系统就起备用和过渡作用,其储能容量的多少取决于负荷的需求。

（3）提高电力品质和可靠性。 储能系统还可防止负载上的电压尖峰、电压下跌和其他外界干扰所引起的电网波动对系统造成大的影响,采用足够多的储能系统可以保证电力输出的品质与可靠性。

三、典型储能方式

根据不同的储能原理主要可分为电化学储能（如钠硫电池、液流电池、铅酸电池、镍镉电池、超级电容器等）、机械储能（如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等）和电磁储能（如超导储能）。表3-1为储能方式对比表。