分布式光伏发电系统在微电网中的应用

分布式光伏发电系统在微电网中的应用

张永强

国网太原供电公司  山西太原 030001

摘要:加强对光伏微电网的研究，建立智能工具和信息平台，可以提供更稳定的智能电源，解决光伏并网发电的困难，是光伏微电网供电稳定性和效率的重要保障。为了改善电力供应，文章详细分析了分布式光伏发电系统在微电网中的应用。未来，利用光伏微电网的适应性，可以提高微电网技术和分布式光伏技术的应用价值。

关键词：分布式光伏发电系统；微电网；应用

引言

太阳能具有清洁、无地域限制、运行维护少等优点，与风能、核能和生物智能等可再生能源相比，它具有明显的优势，有必要加强对利用太阳能发电的光伏发电系统的研究。为了保证光伏发电的健康发展，促进光伏发电的推广应用，文章首先简单介绍了光伏发电系统的基本类型和光伏发电系统并网对电网的影响，以及分布式光伏发电系统的组成；然后在此基础上详细阐述了光伏微电网的应用，分析了光伏微电网的发展。

1微电网概述

微电网是指由分布式电源、储能系统、能量转换系统、用电负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，具有提高能源利用效率、提高供电的安全性和可靠性、减少电能传输损耗、减少对环境影响等优点。根据微电网是否与外部大电网连接，可分为联网型微电网和独立型微电网。独立型微电网一般应用于大电网未覆盖的农村、海岛等偏远地区，不与常规电网相连接，孤岛运行，利用自身分布式电源满足微电网内负荷需求。微电网由分布式能源，储能部分（目前主流的最常见的就是化学储能，磷酸铁锂电池），备用柴油发电机，以及能量管理系统和微电网控制系统组成，各部分的作用如下。①光伏部分：将太阳能转化为电能，通过光伏逆变器将光伏组件发出的直流电逆变器成交流电，为负荷供电，同时也给储能电池充电。②储能部分：在光伏发电充足时充电，在光伏供电不足时给负荷供电。③柴油发电机：作为备用电源，当光伏和储能均不足时给负荷供电，同时还作为系统启动的黑启动电源。④能量管理系统：负责监视整个微电网的运行和控制。⑤微网控制系统：负责整个微电网的协调控制，微电网的稳定运行。

2光伏发电系统概述

光伏发电系统是利用半导体材料的光伏效应,将太阳辐射能转化为电能的一种发电系统。光伏发电系统主要分为离网光伏系统和并网光伏系统两大类。离网光伏发电系统由太阳能光伏阵列、蓄电池组、充电控制器、逆变器、负载等组成。其工作原理是,太阳辐射能量经过光伏阵列首先被转换成直流电能,然后逆变器变换成合格的交流后给负载供电。同时将多余的电能经过充电控制器后以化学能的形式储存在储能装置中。这样在日照不足时,储存在电池中的能量就可经过电力逆变器、滤波和工频变压器升压后变成交流220V、50Hz的电能供交流负载使用。并网光伏发电系统由光伏阵列、逆变器、负载和系统监控部分组成。其工作原理是,太阳辐射能量经过光伏阵列首先被转换成直流电能,进过逆变器逆变后向电网输出与电网电压相频一致的正弦交流电流。以上两种光伏发电系统的最大区别就在于,并网光伏发电系统直接与电网相连接,因而光伏阵列的电量盈余与并联电网可以实行互补,省去了独立光伏发电系统中必需的蓄电池等储能元件,不仅降低了系统成本,而且保证了系统的可靠性。太阳能发电的特点是白天发电,而负载往往却是全天候用电,因此在独立光伏发电系统中储能元件必不可少,目前工程上使用的储能元件主要是蓄电池。

3分布式光伏发电系统在微电网中的应用

3.1储能系统

光伏发电就是指借助太阳能的电池原理，产生电势差，实现太阳能到电能的有效转化，这种转化的电能为直流电。储能系统在光伏电力系统中发挥的作用优势与风力发电场中相似，如果光伏发电系统中电池的实际输出功率出现波动，储能系统可以即刻运行，为光伏发电系统提供瞬时功率，保证系统可以平稳运行。由于储能电池的储能技术更加成熟一些，使用成本低且具有较大的能量密度，因此进行光伏发电的时候通常都会使用蓄电池作为光伏电力系统的储能装置。但是蓄电池的储能方式比较单一，存在一定的应用限制，电池续航时间不够长且电池功率有待提升。为此可以逐步升级，尝试混合型储能系统的应用。

微电网使用的储能系统需要同时符合以下三个条件：当出现电源或电网故障时，储能系统可以迅速更换供电设备以维持微电网内部负载的正常供电；具备高电流密度，在微电网中启动较大负载时，电流密度必须是正常动作时输出电压的数倍；由于微电网的电能容量一般不能达到小负载启动的条件，储能系统还需要具备很大的瞬时电流。

3.2控制中心

光伏发电系统与其他供电系统不同，其同时具备给微电网中的小负载供电的功能。但是，基于光伏发电的不稳定性，其负载变换与输出功率的改变都需要利用储能装置，因此各种光伏微电网均需要一个微型的控制中心。除了监视各种电源的供电参数、开关状况、电力品质、供电参数、负荷情况和储能状况，控制中心还利用控制开关管理内部供电的分配，可以控制各种电气设备的内部状态。电气设备内部状态的控制也可利用各种电气设备的本地管理来完成，但需要在微电网控制中心联网。微电网控制中心还可以在电网的连接之间设置开关，以及负荷、电源和电网的保护装置。

3.3信息系统

光伏微电网信息系统的负载调整和功耗改变都不受储能成本的影响。在微电网正常工作时，尽量选择市电供电方法；当负载停止时，将由电网正常供电。有必要检测微电网和骨干网之间的电压，并进行微电网和骨干网之间的实时信号交流。光伏微电网信息系统还能够支持微电网间的互联与规划，以促进主配电网的稳定，从而减少主配电网的用电压力。如果主网络发生故障，光伏微电网信息系统可以减小故障对微电网负载的影响。

4光伏微电网的发展

光伏微电网的发展趋势方向是高度智能和自动化，为实现对电源信息的有效和可靠监控，就要形成智能光伏微电网。智能光伏微电网的主要装置是智能电源、电子变压器、智能传感器、智能光电控制器等，建立智慧光伏微电网电源系统和智能控制器，对光伏发电信息的智能收集和管理效能更高，这增加了企业降低碳排放的可行性和操作性，并有很大的商业可行性。智能光伏微电网的建设，可以提高企业内部信息与数据的交换传输能力。其利用现代计算机通信技术，实现对光伏发电信息的实时收集、分类与传递，这对于需要智能信息处理的智能电网系统尤为重要。为了提高微电网内部交互的有效性，使微电网的网络连接更加智能，可以将变频器内的各种系统连接到智能光伏微电网，这是提高供电稳定性和效率的重要保证。

结束语

传统矿产资源缓慢枯竭，节能减排、绿色能源、低碳经济发展和可持续发展已成为全球关注的焦点。太阳能是一种应用前景广阔的绿色清洁能源，有必要加强对太阳能利用的研究。光伏发电系统作为合理利用太阳能的前沿技术，具有操作简单、污染低、效率高的特点，发展前景广阔，在中国的能源战略中发挥着重要作用。光伏发电系统安装方便，是一种利用太阳能电池组件将太阳能直接转换为电能的系统。

参考文献：

[1]邹鹏辉.微电网中的光伏储能控制策略研究[J].电力大数据,2021,24(12):1-8.

[2]温世凡.智能电网环境下的微电网能源管理策略研究[D].西南财经大学,2021.

[3]温世凡.智能电网环境下的微电网能源管理策略研究[D].西南财经大学,2021.

[4]常媛媛.风光储微电网能量管理策略研究[D].中国矿业大学,2021.