光伏儲能電站系統拓撲架構研究

大型離網光伏儲能電站在我國西部無電區及海島上有極大的應用前景。並在拓展應用方面，具有較高的推廣價值。當與風電等其他形式能源結合就構成了微電網系統;當改變電站的執行方式，就變成了光伏併網儲能系統。

　　1 儲能逆變器執行方式

儲能逆變器具有三種執行模式：

(1)V/F模式：為電網提供額定的電網電壓、電網頻率。有功功率和無功功率由負載決定，不可排程。(2)P/Q模式：為電網提供功率支撐，能量管理系統可排程有功功率、無功功率。(3)恆壓恆流充放電模式：一般用於對電池滿充或電池維護，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行恆流充電或放電，當達到到恆壓值時自動轉入恆壓模式。可實現對電池進行分段充電的目的。

　　2 蓄電池配置

電能儲存的形式可分為機械儲能、化學儲能和電磁儲能等，有的已經成熟，有的仍在研究發展之中。化學儲能是目前應用最廣泛、技術最成熟的儲能形式，其中釩電池、鈉硫電池、超級電容器等尚未形成產業化;本文主要研究以鋰電池和鉛酸電池作為儲能介質。鋰電池迴圈次數多、瞬時充放電功率較大、波動響應特性好，但價格較高，適宜承擔峰荷，在系統中作為V/F源，建立電網的電壓和頻率，吸收電網的短時功率波動，承擔整個系統的部分儲能、供能任務。鉛酸電池迴圈壽命較短、小功率充放電、供電時間長、穩定性好，但價格便宜，適宜承擔基荷，在系統中作為P/Q源，擔任整個發電系統的主要儲能、供能任務。一般情況下執行在P/Q模式，當鋰電系統異常或不足以支撐負載波動時執行在V/F模式，當電池需要維護時工作在恆壓恆流充放電模式。當光伏發電大於負載用電時儘可能的將電能儲存起來;在白天，當光伏發電小於負載用電且鋰電光儲系統不足以提供負載用電時向系統供電;在夜晚，作為整個電網主要的供能系統。蓄電池主要用於消納多餘的光電、進行區域間的電力調配、保持主電力線上供配電的穩定性。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電子系統。光伏發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、升壓及配電裝置、能量管理系統EMS構成。考慮國內外主流儲能逆變器採用不同的V/F並機方式，提出一種系統拓撲方案。針對進行V/F多機並聯的PCS，PCS可通過變壓器在中壓側並聯。若干臺PCS交流側並聯，通過一臺雙繞組升壓變壓器接到中壓母線上，V/F源容量可任意擴充套件，不受單臺變壓器容量的限制。

對於該方案的`系統拓撲架構，光伏發電系統按常規模式以1MW的單元並接在中壓母線上。鋰電和鉛酸儲能部分拓撲架構也可按照光伏發電部分，以1MW為一個單元，這種拓撲結構靈活，適合擴充套件，但裝置較多。儲能逆變器的容量配比，應考慮負荷、光伏發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併網逆變器容量配比可按1：1設計，同時應能滿足負荷的過載要求，並保證鋰電池和鉛酸電池都處在合理的充放電倍率範圍內。為保證系統的穩定性，設計大型離網光伏儲能電站，應儘量增大系統中V/F源的容量，以應對負荷波動和光功率波動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，合理有效進行系統資源管理，並通過管控單元與電網排程系統通訊，報告其發電、儲電、供電引數，並接受排程計劃與指令。

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

(1)通過對鉛酸儲能系統的功率排程和光伏併網發電系統的功率限制，結合“水缸”原理，預留一部分容量用於實時吸收電網上不可預知功率波動。(2)在白天儘可能的讓鉛酸儲能系統處於滿電狀態，儘量讓鉛酸系統白天只充、晚上只放電，以提高其使用壽命。(3)儘量避免在各個電池之間出現“倒電現象”。異常情況下，可對各系統進行靈活配置，鋰電光儲系統、鉛酸儲能系統均可工作於V/F模式、P/Q模式、恆壓恆流充放電模式，根據需要可線上實時配置。如在鋰電光儲系統發生異常時，可將鉛酸儲能系統作為電壓源;電池需要進行衝放維護時可分時將各臺PCS切換到恆壓恆流充放電模式。