光伏儲能電站系統拓撲架構研究

　　大型離網(wǎng)光伏儲能電站在我國西部無(wú)電區及海島上有極大的應用前景。并在拓展應用方面，具有較高的推廣價(jià)值。當與風(fēng)電等其他形式能源結合就構成了微電網(wǎng)系統;當改變電站的運行方式，就變成了光伏并網(wǎng)儲能系統。

　　1 儲能逆變器運行方式

　　儲能逆變器具有三種運行模式：

　　(1)V/F模式：為電網(wǎng)提供額定的電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)頻率。有功功率和無(wú)功功率由負載決定，不可調度。(2)P/Q模式：為電網(wǎng)提供功率支撐，能量管理系統可調度有功功率、無(wú)功功率。(3)恒壓恒流充放電模式：一般用于對電池滿(mǎn)充或電池維護，接受EMS或電池管理系統BMS的充放電指令，先按系統給定的電流進(jìn)行恒流充電或放電，當達到到恒壓值時(shí)自動(dòng)轉入恒壓模式�？蓪�(shí)現對電池進(jìn)行分段充電的目的。

　　2 蓄電池配置

　　電能儲存的形式可分為機械儲能、化學(xué)儲能和電磁儲能等，有的已經(jīng)成熟，有的仍在研究發(fā)展之中�；瘜W(xué)儲能是目前應用最廣泛、技術(shù)最成熟的儲能形式，其中釩電池、鈉硫電池、超級電容器等尚未形成產(chǎn)業(yè)化;本文主要研究以鋰電池和鉛酸電池作為儲能介質(zhì)。鋰電池循環(huán)次數多、瞬時(shí)充放電功率較大、波動(dòng)響應特性好，但價(jià)格較高，適宜承擔峰荷，在系統中作為V/F源，建立電網(wǎng)的電壓和頻率，吸收電網(wǎng)的短時(shí)功率波動(dòng)，承擔整個(gè)系統的部分儲能、供能任務(wù)。鉛酸電池循環(huán)壽命較短、小功率充放電、供電時(shí)間長(cháng)、穩定性好，但價(jià)格便宜，適宜承擔基荷，在系統中作為P/Q源，擔任整個(gè)發(fā)電系統的主要儲能、供能任務(wù)。一般情況下運行在P/Q模式，當鋰電系統異�；虿蛔阋灾�撐負載波動(dòng)時(shí)運行在V/F模式，當電池需要維護時(shí)工作在恒壓恒流充放電模式。當光伏發(fā)電大于負載用電時(shí)盡可能的將電能儲存起來(lái);在白天，當光伏發(fā)電小于負載用電且鋰電光儲系統不足以提供負載用電時(shí)向系統供電;在夜晚，作為整個(gè)電網(wǎng)主要的供能系統。蓄電池主要用于消納多余的光電、進(jìn)行區域間的電力調配、保持主電力線(xiàn)上供配電的穩定性。蓄電池的配置應根據光伏裝機容量及供電連續性要求合理配置。

　　3 系統拓撲架構

　　大型光伏儲能電站可分為儲能子系統和光伏發(fā)電子系統。光伏發(fā)電子系統與常規光伏電站的系統架構一樣，僅在能量管理控制策略上有較大差異。儲能子系統由蓄電池、電池管理系統BMS、儲能逆變器PCS、升壓及配電設備、能量管理系統EMS構成�？紤]國內外主流儲能逆變器采用不同的V/F并機方式，提出一種系統拓撲方案。針對進(jìn)行V/F多機并聯(lián)的PCS，PCS可通過(guò)變壓器在中壓側并聯(lián)。若干臺PCS交流側并聯(lián)，通過(guò)一臺雙繞組升壓變壓器接到中壓母線(xiàn)上，V/F源容量可任意擴展，不受單臺變壓器容量的限制。

　　對于該方案的系統拓撲架構，光伏發(fā)電系統按常規模式以1MW的單元并接在中壓母線(xiàn)上。鋰電和鉛酸儲能部分拓撲架構也可按照光伏發(fā)電部分，以1MW為一個(gè)單元，這種拓撲結構靈活，適合擴展，但設備較多。儲能逆變器的容量配比，應考慮負荷、光伏發(fā)電容量和蓄電池允許的充放電倍率等多方面因素。一般儲能逆變器與光伏并網(wǎng)逆變器容量配比可按1：1設計，同時(shí)應能滿(mǎn)足負荷的過(guò)載要求，并保證鋰電池和鉛酸電池都處在合理的充放電倍率范圍內。為保證系統的穩定性，設計大型離網(wǎng)光伏儲能電站，應盡量增大系統中V/F源的容量，以應對負荷波動(dòng)和光功率波動(dòng)對系統穩定性的影響。

　　4 能量管控系統

　　光儲能量管控系統是發(fā)電、儲電、供電綜合能量管理控制系統，根據光儲電站的構造和資源配置，合理有效進(jìn)行系統資源管理，并通過(guò)管控單元與電網(wǎng)調度系統通信，報告其發(fā)電、儲電、供電參數，并接受調度計劃與指令。

　　正常情況下：鋰電光儲系統工作于V/F模式下，鉛酸儲能系統工作于P/Q模式下，光伏發(fā)電系統可進(jìn)行功率限制。

　　(1)通過(guò)對鉛酸儲能系統的功率調度和光伏并網(wǎng)發(fā)電系統的功率限制，結合“水缸”原理，預留一部分容量用于實(shí)時(shí)吸收電網(wǎng)上不可預知功率波動(dòng)。(2)在白天盡可能的讓鉛酸儲能系統處于滿(mǎn)電狀態(tài)，盡量讓鉛酸系統白天只充、晚上只放電，以提高其使用壽命。(3)盡量避免在各個(gè)電池之間出現“倒電現象”。異常情況下，可對各系統進(jìn)行靈活配置，鋰電光儲系統、鉛酸儲能系統均可工作于V/F模式、P/Q模式、恒壓恒流充放電模式，根據需要可在線(xiàn)實(shí)時(shí)配置。如在鋰電光儲系統發(fā)生異常時(shí)，可將鉛酸儲能系統作為電壓源;電池需要進(jìn)行沖放維護時(shí)可分時(shí)將各臺PCS切換到恒壓恒流充放電模式。

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