大型光伏电站能量管理系统研究杜元媛

大型光伏电站能量管理系统研究杜元媛

杜元媛

杜元媛

宁夏回族自治区电力设计院有限公司宁夏750011

摘要：现阶段，随着我国经济的不断地发展，也加大了对能源的利用。能源是经济发展的动力之源，中国一直以来就是能源消耗大国，为了减缓化石能源的消耗，太阳能、风能等新能源的开发得到了越来越多的重视。光伏发电作为一种高效清洁的可再生能源发电技术，成为近年来发展速度最快的新型发电产业之一。随着光伏发电技术的不断提高和建设成本的逐渐降低，各地出现诸多大型光伏电站。光伏发电的输出功率受环境因素影响具有间歇性、波动性和随机性等特点，这使得光伏电站的控制稳定性和快速调节能力差，大规模光伏发电接入电网会造成电网功率不平衡和并网点电压波动等危害。光伏电站的功率控制技术即能量管理系统对于大型光伏电站起着非常重要的作用，是目前提高大型光伏电站的并网电能质量，增强大型光伏电站并网可靠性，实现并网友好型电站，促进光伏发电真正成为未来城市电网优质电源函待解决的问题。

关键词：大型光伏电站；能量管理；系统研究

引言

伴随着世界经济的高速发展，能源消耗不断增加，能源危机口益加重，能源短缺的矛盾口益突出。可再生能源的开发利用已成为国民经济可持续发展战略的重要组成部分。在可再生能源中，光伏发电系统由于其太阳能资源分布广泛、规模灵活、维护简单等优点，近几年来受到广泛关注，有着巨大的发展空间。

1大型光伏电站发展现状

光伏发电系统分为两大类：（1）将光伏阵列产生的电能直接供给本地负载，不与公共电网相连的离网型光伏发电系统；（2）将光伏阵列产生的直流电经过逆变、升压送入电网的并网型光伏发电系统离网型光伏发电系统大多应用在偏远山区用户解决无电问题，主要由光伏阵列、蓄电池、逆变器和负荷组成。离网型光伏发电系统的供电质量容易受到负荷和环境的影响，可靠性较差。并网型光伏发电系统与电网相连，将光伏系统发出的电能直接输送到电网，不需要储能装置，在向电网输送有功功率的同时还能输送一部分的无功功率、谐波，有效的补偿了电网所需的一部分无功能量还起到了抑制了电网谐波的作用。并网型光伏发电系统按并网形式可以分为三类：（l）微网光伏发电并网系统；（2）经过低压线路接入配电网的分布式光伏发电并网系统；（3）通过中高压线路接入输电网的大型光伏电站。随着光伏发电技术的迅速发展，我国光伏发电系统己经逐渐从过去的离网型分布式系统逐步向大规模集中式并网方向发展。光伏发电建设成本逐年下降、发电效益持续增加，大型光伏电站越来越受到重视，我国许多地区开始筹备建设大型光伏电站以充分利用太阳能，大型光伏电站成为具有广阔发展前景的新能源。相比于小型光伏发电系统，大型光伏电站能够更加集中的利用太阳能。例如2016年9月，河北省行唐县_SOMW光伏电站主体建设完工并成功并网，该电站目前平均每天发电27千瓦，预计年均发电量约一万千瓦，与传统火电厂相比，每年可为电网节约煤33600吨，减少二氧化碳排放量约14万吨，创造了极大的经济效益和环境效益。但是目前我国建设的大型光伏电站多为示范性工程，与国外相比在技术上存在较大差距，对于光伏大规模接入电网技术缺乏深入研究，并入电网的电能质量存在谐波含量超标问题；兆瓦级光伏并网核心设备及其控制技术还不成熟，并网逆变器与电网之间相互影响，系统出力随机波动。

2大型光伏电站能量管理系统设计

2.1系统设计的总体目标

近年来，光伏产业发展迅猛，但由于制造光伏逆变器、汇流箱、微气象站的厂家众多，在产品的生产过程中没有统一的标准，造成不同厂家生产的产品之间无法信息交互，导致光伏电站在运行维护和运营管理方面存在着很多问题，光伏电站一体化管理水平有待于进一步的提高。因此开发一套具有兼容性和扩展性，并且可以为其它应用平台提供数据支持的统一的光伏电站中央监控和能量管理系统显得十分必要。该系统实现的主要功能包括：（1）光伏电站内所有设备的统一监控管理；（2）光伏电站所有监测数据的整合分类，为用户提供方便快捷的数据服务；（3）提供自定义报表模式，用户可以根据自己的业务需求灵活的订制报表并实现报表数据的自动填入，提高用户的工作效率；（4）辅助运行人员进行电站的生产管理，提高光伏电站的自动化办公水平；（5）能够接收并自动执行电网有功功率调度指令，结合光伏电站的运行信息和功率预测信息对并网逆变器进行控制。

2.2系统设计的总体原则和性能指标

系统在设计过程中坚持的基本原则，灵活性：系统设计充分考虑对未来可知功能的扩展能力，采用分层模块化的设计方案，尽可能降低各个模块之间的藕合；规范性：系统开发遵循电力行业标准，软件开发标准；界面设计遵循有关界面设计规范；硬件兼容性和扩展性：在不需要二次开发的前提下，支持添加市场上大部分基于Modbus（串行//TCP）协议的光伏电站设备监控传感器；实现监控系统的数据扩展接口，为未来的远程数据监测、发电功率预测和故障诊断等高级应用系统提供可靠的数据支持；可操作性：人机界面友好，操作简单，具有良好的用户体验。（2）系统在设计过程中需要满足的性能指标：可靠性：年可用率不应小于9.9%；数据精度：数据精度为小数点后两位有效数字；误差：系统测量误差不应超过士1.5%，系统时间误差不应大于lms；存储时间间隔：时间精度为分钟，可以自动设置；响应时间：系统响应时间不超过O.ls，视频信号延迟时间不应大于3s.

3电站实时能量管理策略研究

目前国内外都在研究光伏电站的有功功率和无功功率的输出，并且对于储能单元提高电站的经济运行方面处于进一步的研究中。由于蓄电池的能量可以双向流动、功率响应快速等特点，本文选用铅酸蓄电池作为储能元件。在光伏电站运行时，铅酸蓄电池可以起到稳定电压和频率的作用，本文通过监测不同运行时段下的光伏发电功率和蓄电池的剩余容量来制定不同的能量调度策略，在实现光伏电站实时经济运行的同时，对大电网起到“削峰填谷”的作用。在运行过程中，可以每5一15分钟为周期调度一次，本文选用每巧分钟为一个周期，整个运行调度步骤如下：每天第一次调度之前，根据大电网的负荷需求情况将全天24小时分为峰、谷、平三种时段，若大电网是采用峰谷分时电价计算方法，则按照分时电价划分峰、谷、平三种时段，在本文研究中选用后者；在确定运行当前时段之前，预测光伏出力、电网负荷出力，并监测光伏电站中蓄电池的荷电状态SOC。

结语

现代社会经济增长迅速，不可再生能源如煤炭、石油等化石燃料的消耗与日俱增，造成严重的环境污染，同时不可再生能源的储量骤减引起全球能源供应紧张，所以研究及开发利用可再生能源成为全球热门话题，也成为各国对能源经济的发展趋势。光伏的零污染、易利用等特点使得专家对其进行大量研究。建立大型光伏电站，并在其中配以储能系统，有利于充分发挥光伏组件和储能电池的优势，实现能源的安全供应、高效、清洁，对于提高能量利用和电力系统安全可靠方面具有巨大的应用潜力。光伏电站在并网运行时，由于光伏发电单元出力的随机波动性和负荷的波动性，导致在两个相邻调度时刻之间存在非计划瞬时波动功率，如果不采取有效措施吸纳这些功率，会造成对电网的不良影响。因此，需要在以后的研究中，通过对光伏电站中的储能系统采取有效的控制策略吸纳非计划瞬时波动功率，避免其流入大电网中。同时，还要研究多类型的复合储能系统的协调控制。

参考文献：

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[2]邝少平.2009年全球光伏产业发展研究报告[R].2009.

[3]中电联行业发展规划部.中国新能源发电发展研究报告[R].中国电力企业联合会.技术报告.2012.

[4]荆盼盼.光伏并网发电系统对电网运行的影响及其应对策略研究[D].华中科技大学硕士学位论文，2011.