金佑涵
上海来有信信息技术有限公司 上海市 200000
摘要：在光伏电站整体发展越发规模化的趋势下，限电状况的发生次数越发频繁，对于这种状况可以应用储能技术进行解决，通过储能技术能够有效强化电网发电的实际效率，并为并网系统提供更多运行保障。基于此，本文以光伏电站并网系统为基础，先行介绍了储能技术概念与光伏电站并网发展现状后，以上海汉高光伏电站项目为例，深入分析储能技术在光伏电站并网中的具体应用。
关键词：储能技术；光伏电站；并网应用
前言：近几年，光伏电站的建设数量持续增加，这种情况主要是因光伏电站在发电效果、效率以及电能质量等方面，均比传统电站更加理想，但由于光伏电站的输出功率无法得到实时管控，还容易在运行过程被周围环境所干扰，所以相关人员一直在积极研发这种状况的解决途径。而储能技术则是最为理想的解决技术，其可以在光伏电站中强化储能水平，还能从根本实现实时管控，这样既能解决光伏电站发展问题，又能降低光伏电站对于电网造成的实际损伤。
1储能技术概述
1.基础结构
目前我国的光伏并网发电系统已经趋于成熟，其基本结构如下图所示：
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图1：光伏电站并网系统的基础结构
其中系统组成主要包括有光伏和蓄电池集成阵列、功率自动追踪器、蓄电池组、逆变器、交流光伏负载、交流光伏电网等部分。对于其基本功能结构类型中的光伏逆变器来说，其主要功能是将光伏电网发电管理系统与国际电网网络进行无缝连接。光伏并网发电系统主要具有两种功能类型，其中一种可编程调度式智能并网光伏电源发电管理系统，需要具有一个可以对并网电能资源进行有效储存的蓄电容器，即光伏蓄电池，所以在此发电系统的并网发电运行过程中，可以充分利用其光伏逆变器系统中的电源负载控制开关和电源主开关功能，轻松实现不间断并网供电。而另一种则主要是采用不可逆的调度式断电并网光伏风力发电并网系统，其不一定含有光伏蓄电池，所以只是通过利用光伏逆变器将光伏的板电能转换形成电能，直接经过转换后作为光伏交流电与光伏电网进行连接，所以如果此发电系统中没有出现临时断电并网现象，也可能会直接导致其光伏供电系统工作的完全终止。在此发电系统中比较重要的内部结构之一，就是光伏逆变器，而且在目前光伏相关信息技术的快速发展和广泛应用下，使得光伏并网发电系统的内部拓扑整体结构越来越简单化、从而也大大降低了拓扑结构的系统整体使用体积，减少了光伏生产过程运行的大量成本。
2.类型划分
在光伏电站中并网系统主要可以分为以下两种类型。（1）分布式，分布式并网系统是分布在电力用户附近，甚至可以安装在电力用户的屋顶上发电和供电，并将其余的电力送入公共电网。这样通常规模小，所以投资少，施工容易，占地面积也小，可以直接解决电力用户的具体用电需求。因为这种类型的并网系统能够将所有用户分散，它确保了用户实现自给自足，因此减少了压力和负担公共电网，以及损害的程度，并减少功率损耗在长距离输电线路的传输功率。可以在独立运行和并网运行之间灵活切换，利用光伏板作为建筑材料可以节约建筑材料。（2）集中式，集中并网光伏发电系统的大型电站往往是全国性的，主要建在人口密集地区，或远离城市的偏远地区，可以实现大规模光伏电站和太阳能的大面积集中利用。还能直接接入电网，电网内的电站接入高压输电系统，再分配给各电力用户。在集中并网光伏电站的建设中，需要考虑太阳能资源的充足和稳定以及足够大的面积，因此日照充足的沙漠地区通常是首选。这种方式选址更灵活，发电量更大、更稳定；无需多接设备设施，可实现无功电压监测和电网频率调节；该系统建设周期短，运行成本低，便于集中管理。
2 光伏电站并网发展现状
据统计，2016年上半年，西北地区每年被废弃的太阳能光电总容量已经高达32.8亿 kw/h ，弃用的利用比最高约为19.7%，尤其特别是新疆、甘肃每年的弃用利用比率分别已经高出平均水平32.4%.32.1%；整个2016年，西部西北地区的居民平均每年的弃光率已经高达20%。为有效解决西部光伏放电弃光能力不足的问题，2016年我国光伏综合发电项目装机容量的规模逐渐向我国中东部方向转移，使得2017年西部的光伏发电利用率虽然出现了不同程度的下降，但并未从根本上有效解决了弃光的问题。未来，西部发达地区依然是推动我国电网光伏电站产业发展的重要支撑区域，因此切实提高我国电网对西部光伏基站电力的综合接纳利用能力也将是光伏发展的重要关键所在。近年来光伏储能技术逐步成熟，其中的动态储能响应平稳特性好、寿命长、应用可靠性高，在不断提高大型光伏电站储能并网工程应用管理能力等等方面广受用户青睐，正逐步得到广泛推广。
3 储能技术在光伏电站并网中的应用
1.应用价值
光伏发电并网对电力系统的应用主要表现在以下几个方面：（1）由于光伏太阳能的光照强度常常具有较大不稳定性和随机性，不仅常常会直接造成光伏发电系统的输出不完全可控制和波动，而且在系统接入光伏电网之后它还会对系统供电潮流波动造成较大改变，并且会导致光伏配电电网的各节点输出电压的随之发生变化，所以常常会同时导致配网电压波动偏差和电流波动出现不同情况。尤其是在目前光伏发电规模不断扩大的形势下，增加了电压调节的难度，也减少了调压装置的使用寿命。（2）在光伏系统电源完成并网以后，配电网由原来的单个配电源并网转变而成为拥有多个配电源的并网模式，同时也对故障电流的分布、大小和方向造成改变，同时也会对保护装置产生一定的影响。
2.工程概况
为了从根本上明确光伏储能技术，在我国光伏电站并网中的实际应用实况，本文以上海汉高光伏电站自发发电自用0.1848mw光伏项目并网为题举例，该并网项目主要是由浙江联盛合众新能源有限公司投资建设的一个光伏电站并网项目，总投资额约75万元，该项目位于上海汉高厂区屋顶，旨在通过建设屋顶光伏电站为上海汉高工厂提供更便宜的清洁能源。
3.具体应用
（1）控制电网质量
在光伏并网发电系统中应用光伏储能技术系统，可以实现对相角度的调整、有源电流滤波以及有源电压的有效综合控制，对光伏逆变器的控制可以进行有效综合利用，并对光伏专用电源的并网供电系统特性性能，进行有效改善，有效提高光伏供电的运行稳定性。这主要原因是由于在光伏并网发电系统中，储能技术中系统具有实现断电故障保护的重要功能，如果光伏电网中用户出现断电故障系统，无法及时实现对光伏电力系统用户的全部电能并网供应时，系统会自动采用光伏发电系统一并利用其中的储能技术，对用户进行并网供电。由于正常的水力电网中一旦发生供电故障，或者并网电力电站用户可能出现其他安全隐患时，光伏并网发电系统也可能会对其进行自动储能断电，但是在此发电过程中也可以直接利用自动储能技术，对其进行并网电能自动储存，在其无法发挥电荷转移的主要储能作用时，在光伏电站并网电力用户可以使用分时发电计费式的市政发电系统作为储能基础。通过这种储能技术的广泛应用，实现在低压用电负荷低谷时期使其同时进行低压电能综合储存，而在高压用电负荷高峰运行时间使其进行高压电能综合释放利用来保证供电，从而可以对低压用电高峰负荷与在高峰运行时期高压大功率用电负荷交替连续运行，可能造成的不利影响因素进行有效规避，并可以减少用电负荷执行相应配置策略可能带来的不利因素影响，从而对我国电网系统电能释放质量进行有效的控制。
（2）构建系统模型
只有对每个用电点的区域情况做出了全方位的，综合各种实际应用条件的综合分析，其中应该包括对系统的运行可靠性，经济效益情况以及其他的运营管理情况等等进行综合分析，才能够真正帮助开发设计出最合适以及最好的光伏储能综合发电配套系统。现阶段，我国的储存蓄能管理系统，在光伏能源并网的储能系统设计中的实际应用还不是很成熟，应该根据我国现有的光伏行业标准数据来进行确定，光伏综合能源并网储存管理系统的储能使用生命周期，以及系统使用管理成本的一种方法，以此数据来准确衡量光伏综合能源并网储存管理系统的使用经济性。所以，为了能够提供光伏发电储能管理系统的更加准确的系统运行数据，以及系统运行的整体数据，需要光伏发电储能管理系统的技术开发人员，在开始设计光伏发电储能管理系统之初，就用系统仿真以及系统建模的各种方法应用来进行综合的设计分析，光伏发电储能管理系统的整体运行数据情况。同时也可以要求企业，使用一种能够尽量完全模拟真实运行管理情况的储能分析仪，以及相关软件系统来对其进行储能分析。
（3）强化储能水平
当光伏电站并网系统开始应用储能技术后，便可通过以下几方面强化电站的储能水平。
其一，超导储能，超导飞轮储电蓄能储电系统与超导飞轮储电蓄能系统之间存在一些根本区别，在系统工作运行过程中主要是将磁场电能，首先转变成存在磁场中的能量后再进行转换存储，等遇到需要继续使用的能量时候再进行转换转变为磁场电能。超导能量储存节能技术是比较先进的存储技术，能够轻松实现对所有能量的长期高效存储，并且电能损耗更小，使得对所有能量的综合利用效率很高。在将实际磁场中的能量经过转换转化为磁场电能时，能量经过转换的反应速度非常快，相比于超导飞轮储电蓄能系统，超导飞轮储能系统不仅能够将磁场能量经过转换后的效率大幅提升一倍至96%以上。由于超导电网具有很好的储能动态性，响应快和时间短等诸多优点，超导电网储能系统的相关技术研究运用十分广泛，主要可以运用于电网输配动力电网储能支撑、调节电网功率、提高供电系统运行稳定性等多个方面。在20世纪90年代，关于超导风电储能技术这一方面的理论研究就已经比较成熟，能够比较好地广泛运用在大型风力发电储能系统中，但是如何进一步提高超导的发电工作效率转换储能效率仍然是动力学界一直需要努力攻克的一个问题。
其二，飞轮储能，飞轮储能的基础结构如下图所示：
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图2：飞轮储能系统的应用结构图
风力发电是利用风力电机驱动风飞轮高速旋转，将自然风能转化为机械动能，最终转化为电能并储存起来的一种储能和能量利用方法。然后驱动飞轮带动风力发电机，在需要的时候随时发电。目前通过超导体和磁悬浮材料技术已经能够有效大幅降低储能损耗，采用高能复合导体材料技术能够有效提高整体储能系统密度，降低储能系统占用体积和设备重量。飞轮储电智能节电系统中往往需要大量使用能达到许多转化性能优秀的电子材料转化技术以及现代电力中的电子管和变流器等技术，在实际的节能应用中，这些能量在转换过程中会消耗很大，最终的结果使得整个飞轮节能系统的能量转换效率一般在90%左右。该储能智能充电系统不仅具有无环境污染、充放电使用不限、安装维护方便等优点，已成功应用于多个行业。在后来的研究中，人们发现，在一个飞轮储能动力处理系统使用了这种储能组合后，能够直接使得该飞轮储能系统的大量储能处理效率更高，输出的大量电能使其持续时间也会更长。
结束语：
综上所述，太阳能这类清洁型能源，对于我国整体发展的帮助较大，由此可知，太阳能未来必然会成为我国主要能源之一，在太阳能使用过程中，光伏电站的使用效果更加理想，不仅可以强化清洁效果，还能从根本上实现无污染目标，但在光伏电站中并网功率波动问题已经不可忽视。对于这种情况，光伏电站必须积极应用储能技术，利用储能技术的各项优势，便可顺利解决光伏电站的现存问题，并以此推动光伏电站的发展趋势。
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简介：金佑涵，1986.09，女，汉族，四川省绵阳市人，河海大学，本科学历，电子信息工程专业，从事光伏新能源领域，参与多个光伏发电项目建设和管理工作。