一、光伏發(fā)電并網(wǎng)加儲(chǔ)能系統(tǒng)架構(gòu)

常見方案,儲(chǔ)能電站（系統(tǒng)）主要配合光伏并網(wǎng)發(fā)電應(yīng)用,整個(gè)系統(tǒng)是包括光伏組件陣列、光伏控制器、電池組、電池管理系統(tǒng)（BMS）、逆變器以及相應(yīng)的儲(chǔ)能電站聯(lián)合控制調(diào)度系統(tǒng)等在內(nèi)的發(fā)電系統(tǒng)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1-1。

圖1-1 儲(chǔ)能電站（配合光伏并網(wǎng)發(fā)電應(yīng)用）架構(gòu)圖

（1）光伏組件陣列利用太陽(yáng)能電池板的光伏效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換為電能,然后對(duì)鋰電池組充電,通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電。

（2）智能控制器根據(jù)日照強(qiáng)度及負(fù)載的變化,不斷對(duì)蓄電池組的工作狀態(tài)進(jìn)行切換和調(diào)節(jié)：一方面把調(diào)整后的電能直接送往直流或交流負(fù)載。另一方面把多余的電能送往蓄電池組存儲(chǔ)。發(fā)電量不能滿足負(fù)載需要時(shí),控制器把蓄電池的電能送往負(fù)載,保證了整個(gè)系統(tǒng)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

（3）并網(wǎng)逆變系統(tǒng)由幾臺(tái)逆變器組成,把蓄電池中的直流電變成標(biāo)準(zhǔn)的380V 市電接入用戶側(cè)低壓電網(wǎng)或經(jīng)升壓變壓器送入高壓電網(wǎng)。

（4）鋰電池組在系統(tǒng)中同時(shí)起到能量調(diào)節(jié)和平衡負(fù)載兩大作用。它將光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來,以備供電不足時(shí)使用。

其中儲(chǔ)能單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及原理如圖2-18,DC/DC 變換器,后級(jí)為全橋雙向DC/AC變換器,該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)升壓與逆變、降壓與整流的解耦控制,控制簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)。當(dāng)儲(chǔ)能裝置放電時(shí),前級(jí)變換器工作于Boost升壓模式,后級(jí)全橋變換器工作于逆變模式；當(dāng)儲(chǔ)能裝置充電時(shí),前級(jí)變換器工作于Buck降壓模式,后級(jí)全橋變換器工作于PWM 整流模式。儲(chǔ)能單元的工作模態(tài)根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)有不同的運(yùn)行模式,可分為并網(wǎng)充電、離網(wǎng)充電、離網(wǎng)獨(dú)立放電以及離網(wǎng)輔助放電四種工作模態(tài)。

圖1-2為蓄電池儲(chǔ)能單元的兩級(jí)式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),前級(jí)為雙向Buck/Boost。

模態(tài)1 ：并網(wǎng)充電模態(tài) 。并網(wǎng)運(yùn)行模式下,蓄電池容量不足時(shí),通過電網(wǎng)進(jìn)行充電,為光伏發(fā)電系統(tǒng)離網(wǎng)運(yùn)行模式下提供能量?jī)?chǔ)備。

模態(tài)2 ：離網(wǎng)充電模態(tài) 。離網(wǎng)運(yùn)行模式下,蓄電池容量不足且光伏發(fā)電單元有多余能量輸出時(shí),對(duì)蓄電池進(jìn)行充電控制。

圖1-2 儲(chǔ)能單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及原理圖

模態(tài)3 ：離網(wǎng)獨(dú)立放電模態(tài) 。離網(wǎng)運(yùn)行模式下,光伏發(fā)電單元能量不夠,不足以提供電壓和頻率支撐而停止工作時(shí),蓄電池單獨(dú)為負(fù)荷提供所需的功率,并支撐光伏系統(tǒng)交流母線上的電壓和頻率。

模態(tài)4 ：離網(wǎng)輔助放電模態(tài) 。離網(wǎng)運(yùn)行模式下,光伏發(fā)電單元輸出功率不足以滿足負(fù)荷的用電需求,但能提供穩(wěn)定的交流母線電壓和頻率,此時(shí)蓄電池儲(chǔ)能單元輔助放電維持系統(tǒng)的能量平衡。

二、儲(chǔ)能系統(tǒng)在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的作用

通過對(duì)光伏發(fā)電的特性分析可知,光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的影響主要是由于光伏電源的不穩(wěn)定性造成的,從電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度分析,不加儲(chǔ)能的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)將對(duì)線路潮流、系統(tǒng)保護(hù)、電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、電能質(zhì)量和運(yùn)行調(diào)度等方面產(chǎn)生不利影響。光伏電站并網(wǎng),尤其是大規(guī)模光伏電站并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)帶來的影響是不可忽視的。目前解決光伏電站對(duì)電網(wǎng)影響的途徑是提高電網(wǎng)靈活性或?yàn)椴⒕W(wǎng)光伏電站配置儲(chǔ)能裝置。

儲(chǔ)能系統(tǒng)在光伏電站中的作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）保證系統(tǒng)穩(wěn)定。光伏電站系統(tǒng)中,光伏輸出功率曲線與負(fù)荷曲線存在較大差異,而且均有不可預(yù)料的波動(dòng)特性,通過儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量存儲(chǔ)和緩沖使得系統(tǒng)即使在負(fù)荷迅速波動(dòng)的情況下仍然能夠運(yùn)行在一個(gè)穩(wěn)定的輸出水平。

（2）能量備用。儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在光伏發(fā)電不能正常運(yùn)行的情況下起備用和過渡作用,如在夜間或者陰雨天,電池方陣不能發(fā)電時(shí),儲(chǔ)能系統(tǒng)就起備用和過渡作用,其儲(chǔ)能容量的多少取決于負(fù)荷的需求。

（3）提高電力品質(zhì)和可靠性。儲(chǔ)能系統(tǒng)還可防止負(fù)載上的電壓尖峰、電壓下跌和其他外界干擾所引起的電網(wǎng)波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)造成大的影響,采用足夠多的儲(chǔ)能系統(tǒng)可以保證電力輸出的品質(zhì)與可靠性。

三、典型儲(chǔ)能方式

根據(jù)不同的儲(chǔ)能原理主要可分為電化學(xué)儲(chǔ)能（如鈉硫電池、液流電池、鉛酸電池、鎳鎘電池、超級(jí)電容器等）、機(jī)械儲(chǔ)能（如抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等）和電磁儲(chǔ)能（如超導(dǎo)儲(chǔ)能）。表3-1為儲(chǔ)能方式對(duì)比表。

表3-1 儲(chǔ)能方式對(duì)比