李洪华
国网山东省电力公司武城县供电公司 山东德州 253300
摘要：光伏发电的高成本以及不稳定性制约着光伏储能微电网的进一步发展，再加上用户对高品质电能的需求日益增长，使光伏储能微电网的发展面临着巨大的挑战。因此，当前光伏储能微电网经济运行成为相关学者的研究热点。本文主要就光伏储能微电网经济运行的优化设计进行探讨。
关键词：光伏储能;优化设计;经济运行
分布式发电在当前的环境中是非常新型的，考虑到其对于资源的整合利用以及转化效率的可靠性和质量都非常高，同时还能在很大程度上满足不同环境对于用电的需求，因此在日常的建设中得到了很广泛的运用。但是由于这种发电模式在工作运行中也会存在一些问题，比如控制模式在操作性上非常复杂，同时成本投入也会相对比较高，技术基础在发展方面还不太成熟，在并网的过程阶段，其还会对整个系统的电压以及电流频率等特性产生一定的冲击，因此，光伏发电所带来的一些负面结果，严重影响到了其实际的运用特性。微电网技术的发展，为解决这个问题提供了有效的途径。
1光伏储能微电网运行模型分析
一般光伏储能微电网的发展与成本投入有关，通过对这些运行模式进行合理的运营计划和更改制定，不仅仅可以减少整个系统在投资上的成本，它还可以降低使用设备的更换频率。以下对光伏微电网优化模型进行了设计分析，以研究最优电网经济运行效益为主要目标。
1.1光伏储能微电网系统的构成
光伏储能微电网系统由光伏发电模块、配电网、蓄电池组、双向逆变器、并网逆变器以及负载构成。其中光伏发电模块和蓄电池组将会分别经过并网逆变器，然后通过变压器与交流母线连接，并入配电网络。这种结构可实现电能从光伏发电模块到公共电网、光伏发电模块到负载、光伏发电模块到蓄电池组、蓄电池组到负载、公共电网到负载的单向流动，同时也能实现蓄电池组与公共电网之间的双向能量流动。系统处于离网模式时，若公共电网停电，可以在光照充足的情况下，使用光伏提供的能量，为负载供电，同时将剩余的能量存储在蓄电池组中;如果在光照不充足的情况下，可以同时利用光伏以及蓄电池组，为负载供电，进而维持负载正常运行。当系统运行处在并网模式时，公共电网可以在谷期为蓄电池组以及负载同时提供电能，或者将蓄电池组中剩余的电能向电网出售，获取收益。而在峰期则可以利用光伏发模块以及蓄电池组，配合公共电网来为负载供电。
1.2系统组成单元的基本特性
整个系统单元的组成包括电池板、蓄电池、逆变器三个部分。对于电池板而言，其工作原理在于利用光电的复合效应来间接地把太阳辐射转换成一定的电量形式，然后再传输到稳定的发电装置上。电池板输出功率的水平与其自制材料和受热面积等方面有直接的关系，在相同的光照强度条件下，电池板的短路电流基本上会维持稳定的数值，但此时的开路电压就会随着温度的升高而出现一定程度的下降，因此，可以得出结论：光伏电池的输出功率与光照强度成一定的正比关系，同时还与其所受到的温度面积呈一定的负比例关系。对于蓄电池而言，其是整个微电网运行系统最常见的储能单元，在微电网的系统建设上使用非常广泛。对于蓄电池的组成结构而言，其不仅可以抑制光伏在表现工作故障时的一些缺陷，同时还可以确保整个供电系统对于输电能力的水平有着稳定的保障。对于逆变器的组成结构，由于与蓄电池的结构上有相似的特征，因此所接入的电流形式均为直流电流。常见的直流电流的工作接入无法与交流进行直接的搭建，这样就可以借助逆变器的辅助功能来保障直流和交流的连接可以有良好的效果。在对逆变器的组成结构进行配置时，主要考虑其输出的功率和整机的效率等方面的参数，通过这样来把控逆变器在转变方面的实际效果。
2光伏储能微电网经济运行的设计优化案例
2.1整体的方案设计
在开展设计工作时，主要采用的是并网式的设计理念。已知某节能单元楼住楼的负荷为65000W，由于需要考虑其设计的余量，因此，在微电网的规划设计中要使其容量足够大。
再根据实际电网运行情况，对剩余余量进行详细的划分，可以将其分解为四个相同的并网发电工作单元，每一个单元都通过逆变器来接入到一定的交流电网系统上。
2.2发电系统设计
光伏电池采用多晶硅太阳电池组，电池组的功率为250Wp。这种电池组在日常工作中的共组电压和开路电压分别为29.6V和37.1V。20kw的并网逆变器的MPPT工作电压范围是300V～1000V，因此在对电池进行串列设计时，需要将20块相同的电池串列在一起，作为一个电池串联组，每一个并网逆变器需要配备4个并列的电池串联组，即每一个并网逆变器需要80块电池组，其发电功率大致为20kWp。对于整个系统来说，总共分为4个并网逆变器，因此也就是说总共需要320块电池，16个并列的电池串联组。
2.3储能系统设计
考虑供电可靠性和稳定性，在对整栋楼进行供电的过程中，采用的供电方式是储能和光伏相混合的方式。具体来说，就是在市电正常的情况下，通过市电以及光伏为整栋楼的负荷供电，而在市电断电之后，则自动切换为由储能系统以及光伏供电。
2.3.1蓄电池选型以及串联、并联设计
该系统所承载的最大负荷为65kw。按蓄电池备用时间为10h计算，其最大需要电量大致为650kWh，考虑0.7的电池电能转换系数，大致计算出需要消耗的电量约为930kWh。选择使用阀控密封免维护的蓄电池，其中每一节电池的电压都是2V，电量为1500Ah。共计使用的310节电池，将所有的电池串联起来，其电池端口的电压则总共为620v(2×310v)，据此可以计算出电池组的总容量为930kWh。
2.3.2储能变流器选型
在设计储能系统时，需要选择合适的储能变流器，本系统所选择的储能变流器为双向逆变器，该双向逆变器所采用的是充电/逆变一体机的形式，可将交流母线、光伏发电系统、蓄电池储能系统三者连接在一起。
2.4系统运行说明
在整栋楼的供电处于运行状态时，系统的工作模式为并网的工作状态。对于与电能相接且主要的运行过程表现为：与并网控制系统的检测控制系统发挥着自身的检测功能，同时与电能的相应开关连接起到了一种辅助连接的作用。如果此时对应的检测设备处于正常的工作检测范围，那么并网的开关就会自动闭合。光伏逆变器如果处于市电工作的正常状态，此时一般会借助相应的参数设定来为光伏的其他辅助系统进行操作，通过这样来保证这些辅助设备的正常运行，来为额外的负载来供电。当系统处在并网运行模式时，PCS的状态将会设定为充电状态。
在市电故障无法正常供电时，本系统的运行模式是离网运行模式，此时系统的运行过程如下:并离网控制柜中的控制器将会对市电进行检测，如果在检测中发现市电断电，则将并离网开关断开，同时给储能变流器发出并网转离网的控制信号。光伏逆变器在对市电的检测过程中，如果发现市电故障，将会自动进入孤岛运行保护程序，然后根据相关要求在2s内停机。PCS在接收到并网转离网的相关指令后，将会对并网侧的端口电压进行检测，确定市电确实故障后，将会先关机然后再次启动，同时切换至离网模式运行。光伏逆变器检测到PCS提供的支撑电压满足供电要求时，将会自动开机运行。当光伏发出的电能大于负载消耗时，多余的电能可以通过PCS给储能电池充电;若光伏系统输出功率小于负荷时，则光伏将会和PCS共同为负荷供电。
3结语
综上所述，该光伏储能微电网可以真正实现分布式光伏发电，实现与配电网并网协调运行，突显出智能微网能量优化调度控制的效果。
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