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)。

（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(guò)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(lái),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)。


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(guò)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。


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(guò)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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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。

I. Fotovoltaik ?ebekeye ba?l? gü? üretimi art? enerji depolama sistemi mimarisi

Ortak ?ema, enerji depolama gü? istasyonu (sistem) esas olarak PV ?ebekeye ba?l? gü? üretim uygulamalar? ile, tüm sistem PV modül dizisi, PV kontrol?rü, pil paketi, pil y?netim sistemi (BMS), invert?rler ve enerji depolama gü? istasyonunun ilgili ortak kontrol ve zamanlama sistemini i?eren bir gü? üretim sistemidir. Sistem mimarisi ?ekil 1-1'de g?sterilmektedir.

Resim

?ekil 1-1 Enerji depolama gü? istasyonunun mimarisi (PV ?ebekeye ba?l? gü? üretimi uygulamas? ile)

(1) Fotovoltaik modül dizisi, ???k enerjisini elektri?e d?nü?türmek i?in güne? panellerinin fotovoltaik etkisini kullan?r, ard?ndan lityum pil paketlerini ?arj eder ve ard?ndan bir invert?r arac?l???yla yüklere gü? sa?lamak i?in DC gücünü AC gücüne d?nü?türür.

(2) Ak?ll? kontrol?r, güne? ????? yo?unlu?u ve yük de?i?ikliklerine g?re pil tak?m?n?n ?al??ma durumunu sürekli olarak de?i?tirir ve ayarlar: bir yandan, ayarlanan gü? do?rudan DC veya AC yüküne g?nderilir. Di?er yandan, fazla gü? depolanmak üzere batarya bankas?na g?nderilir. Gü? üretimi yükün ihtiya?lar?n? kar??layamad???nda, kontrol?r bataryan?n gücünü yüke g?nderir, bu da tüm sistemin süreklili?ini ve istikrar?n? sa?lar.

(3) ?ebekeye ba?l? invert?r sistemi, bataryadaki DC gücünü, kullan?c? taraf?ndaki dü?ük voltajl? ?ebekeye ba?lanmak veya yükseltici transformat?r arac?l???yla yüksek voltajl? ?ebekeye g?nderilmek üzere standart 380V ?ebeke gücüne d?nü?türen birka? invert?rden olu?ur.

(4) Sistemdeki lityum batarya paketi ayn? zamanda enerji regülasyonu ve yük dengelemede ?nemli bir rol oynar. Fotovoltaik enerji üretim sisteminden ??kan elektrik enerjisini kimyasal enerjiye d?nü?türür ve gü? kayna?? yetersiz oldu?unda kullan?lmak üzere depolar.

Enerji depolama ünitesinin topolojisi ve prensibi ?ekil 2-18'de g?sterilmi?tir, DC/DC d?nü?türücü, arka a?ama tam k?prü ?ift y?nlü bir DC/AC d?nü?türücüdür, topoloji boost ve invert?r, buck ve do?rultucunun dekuplaj kontrolünü ger?ekle?tirebilir ve kontrol basit ve ger?ekle?tirilmesi kolayd?r. Enerji depolama cihaz? bo?alt?ld???nda, ?n kademe d?nü?türücü Boost modunda ve arka kademe tam k?prü d?nü?türücü invert?r modunda ?al???r; enerji depolama cihaz? ?arj edildi?inde, ?n kademe d?nü?türücü Buck modunda ve arka kademe tam k?prü d?nü?türücü PWM do?rultucu modunda ?al???r. Enerji depolama ünitesinin ?al??ma modu, fotovoltaik gü? üretim sisteminin farkl? ?al??ma modlar?na g?re d?rt ?al??ma moduna ayr?labilir: ?ebekeye ba?l? ?arj, ?ebeke d??? ?arj, ?ebeke d??? ba??ms?z de?arj ve ?ebeke d??? yard?mc? de?arj.

?ekil 1-2 batarya depolama ünitesinin iki a?amal? topolojisini g?stermektedir, ?n a?ama ?ift y?nlü bir Buck/Boost'tur.

Mod 1: ?ebekeye ba?l? ?arj modu. ?ebekeye ba?l? ?al??ma modunda, batarya kapasitesi yetersiz oldu?unda, ?ebekeden ba??ms?z ?al??ma modunda PV enerji üretim sistemine enerji rezervi sa?lamak i?in batarya ?ebeke üzerinden ?arj edilir.

Mod 2: ?ebeke d??? ?arj modu. ?ebekeden ba??ms?z ?al??ma modunda, batarya kapasitesi yetersiz oldu?unda ve FV gü? ünitesi fazla enerji ??k???na sahip oldu?unda, batarya ?arj edilir.

Resim


?ekil 1-2 Enerji depolama ünitesinin topolojisi ve ?ematik diyagram?

Mod 3: ?ebekeden ba??ms?z de?arj modu. ?ebekeden ba??ms?z ?al??ma modunda, FV gü? üretim ünitesi voltaj ve frekans deste?i sa?lamak i?in yeterli enerjiye sahip olmad???nda ve ?al??may? durdurdu?unda, batarya tek ba??na yük i?in gerekli gücü sa?lar ve FV sistemin AC baras?ndaki voltaj? ve frekans? destekler.

Mod 4: ?ebeke d??? yard?mc? de?arj modu. ?ebeke d??? ?al??ma modu, fotovoltaik gü? üretim birimi ??k?? gücü, elektrik i?in yük talebini kar??lamak i?in yeterli de?ildir, ancak kararl? bir AC bara voltaj? ve frekans? sa?layabilir, bu s?rada sistemin enerji dengesini korumak i?in pil depolama birimi yard?mc? de?arj.

 

?kinci olarak, enerji depolama sisteminin fotovoltaik enerji üretim sistemindeki rolü

Fotovoltaik enerji üretiminin ?zelliklerinin analizi sayesinde, fotovoltaik enerji üretim sisteminin ?ebeke üzerindeki etkisi esas olarak ?ebeke güvenli?i, istikrar?, ekonomik ?al??ma bak?? a??s?n?n analizinden kaynaklanan fotovoltaik gü? kayna?? istikrars?zl???ndan kaynaklanmaktad?r, enerji depolama eklenmeden fotovoltaik ?ebekeye ba?l? enerji üretim sistemi hat e?ilimi, sistem korumas?, gü? ?ebekelerinin ekonomik ?al??mas?, gü? kalitesi ve olumsuz etkilerin programlanmas?n?n ?al??mas? üzerinde olacakt?r. ?ebekeye ba?l? fotovoltaik enerji santrallerinin, ?zellikle de büyük ?l?ekli fotovoltaik enerji santrallerinin elektrik ?ebekesi üzerindeki etkisi g?z ard? edilemez. ?u anda, FV enerji santrallerinin ?ebeke üzerindeki etkisini ??zmenin yolu, ?ebekenin esnekli?ini art?rmak veya ?ebekeye ba?l? FV enerji santralleri i?in enerji depolama cihazlar? yap?land?rmakt?r.

Enerji depolama sisteminin fotovoltaik enerji santralindeki rolü temel olarak a?a??daki hususlarda yans?t?lmaktad?r.

(1) sistem istikrar?n? sa?lamak. Fotovoltaik gü? istasyonu sistemi, fotovoltaik ??k?? gücü e?risi ve yük e?risi aras?nda büyük farkl?l?klar vard?r ve enerji depolama ve tampon arac?l???yla enerji depolama sisteminin ?zelliklerinde ?ng?rülemeyen dalgalanmalar, yükte h?zl? dalgalanmalar olmas? durumunda bile sistemi hala istikrarl? bir ??k?? seviyesinde ?al??t?rabilir.

(2) Enerji yedekleme. Enerji depolama sistemi, fotovoltaik enerji üretiminin normalde yedekleme ve ge?i? olarak ?al??amamas? durumunda olabilir, ?rne?in gece veya ya?murlu günlerde, pil dizisi elektrik üretemez, yedekleme ve ge?i? olarak enerji depolama sistemi, enerji depolama kapasitesi miktar? yük talebine ba?l?d?r.

(3) Gü? kalitesinin iyile?tirilmesi ve