配网光伏系统储能优化配置策略

刘芳 徐清

摘要：光伏系统的大量应用，固然提升了可再生能源的使用规模，但是光伏储能系统的问题值得关注。拟定储能系统最佳方案，在保证供能效果、吻合“削峰填谷”原则的同时，提升光伏系统的经济效益。本文从配网的角度出发，分析了光伏系统储能配置的优化路径。

关键词：配网;光伏系统;储能优化;策略

一、储能优化配置研究意义

1.储能装置问题。太阳能属于典型的可再生能源，光伏设备安装在我国迅速铺开。相比其他再生能源设备，光伏设备的市场份额较大。但是也要认识到太阳能的不足，太阳能与天气因素关系密切，意味着太阳能来源不够稳定，波动性较强。应用储能装置则能够响应天气变化情况，通过储能效应实现“削峰填谷”的效果，在保证电能质量的基础上保证配电网稳定运行。同时提升光伏系统的消纳能力，光能使用效率更高。实际应用中将储能系统与配网体系结合，但是需要面对储能电池的成本问题。如果电池储能装置的容量过高，则会提升光储系统的布局成本，降低光储系统的经济效益，与经济性原则不符。

2.储能容量配置问题。储能容量配置是决定光储系统性能和效益的重要指标，尽管可供选择的储能容量配置方法较多，但是诸多方法对成本与收益因素考虑较少。传统的光储系统储能装置的研究主要从电压质量、储能容量和储能成本三个维度切入，通过目标分解优化等方式，逐步靠近问题的最优解。针对储能装置成本与收益的分析主要采用智能优化算法，研究過程偏重于电力企业领域，对于配网侧的居民与工业用电用户考虑较少，储能装置研究相对片面。因此需要深入研究储能装置成本问题，为体现光储系统的经济效益奠定基础。

二、配网光伏系统特性

1.负荷特性。关于系统的负荷特性，关注到居民用电负荷与工业用电负荷两个大类。两类用电负荷的时段变化规律与功率波动幅度均有差异，居民供电高峰出现在上午以及晚间，功率稳定性较差，波动幅度偏大;工业用电负荷呈现出24h高位运行、功率变化幅度较小的特征，与工业企业生产规律吻合。由于工业用电负荷占比较高，意味着工业用电负荷对系统的负荷产生显著影响。

2.光伏发电特性。光伏系统的发电特性与天气状况关系密切，由于天气变化无常，意味着光伏系统的发电特性随机性、波动性较强。光伏系统单日出力高峰在中午前后，占据单日总出力的50%，夜间停止发电。

三、储能优化配置思路

1.成本计算。配网用户的基本需求点在于降低成本，并通过储能系统获得更高效益。因此在分析光储系统的投资收益情况时，通常采用建模思想，通过目标函数计算光储系统的投资效益。具体计算过程需要考虑光储系统的投资成本、收益以及应用光储系统的净利润。在光伏系统布局范围不断扩大的背景下，在评价光储系统投资收益时，无需考虑安装光伏系统的成本开销因素。因此计算光储系统的投资成本时，主要考虑光储系统各个组件的成本，包括储能电池、双向变流器，同时包括光储系统运维领域的成本开销以及购电开销。

光储系统储能电池的成本与电池的容量、单价有关，对于储能变流器的成本计算也是如此，关注到变流器的功率性能指标和单价。计算光储系统运维成本开销时，需要掌握典型自然日的储能放电量、相似日以及对应时间节点的电价。针对购电开销的计算，需要利用电量、通货膨胀率、贴现率、折旧率等指标。

2.收益计算。当前国家逐步降低对光伏补贴力度，因此计算光储系统收益时，不再考虑光伏发电补贴因素。关于光储系统的收益，涉及到电能节省、多余光伏出售、延缓设备投资以及储能项目补贴四个方面。用户使用光储系统实现节能效应，计算节能带来的收益时，需要使用典型日负荷吸收的光伏电能数据。

四、储能优化配置分析

1.准备工作。首先选定储能电池材料，此处选择锂电池，注意锂电池的单价、运行年限、通货膨胀率等各项指标，为计算光储系统的收益和成本做好准备。关注到居民与工业两类用电负荷，确定每一类负荷的光伏装机容量，掌握峰谷电价与固定电价，确定居民与工业用电负荷的最高值和最低值。

2.储能容量配置策略。根据准备工作中的信息进行储能配置，获取两类用电负荷的储能电池容量以及配置储能前后的净利润情况。配置储能装置后的净利润有明显提升。根据等效负荷的变化规律，在执行调度计划和分时计算电价模式的前提下，提升用户电网购电行为的合理性。光储系统提供负荷电量，有效控制电费支出。用户通过光储系统，获得最好的收益效果，也为提升系统收益奠定基础。

关注到不同类型符合的光伏自销纳率，从三个维度进行计算。首先计算不加光伏和储能的情况，随后计算加光伏的情况，此后加上储能并计算自销纳率。只要加设光伏或储能装置，自销纳率均有明显提高，最终达到100%。原因在于光伏出力已经超过负荷的实际需求，多余的能量被储能装置成功保存，实现光伏发电的消纳效果。在用电负荷高峰时间段，通过储能系统释放保存的能量，响应较高的用电需求。

3.储能电池配置策略。选择锂电池并关注到居民用电负荷，以锂电池的放电深度为变量，分析储能配置与放电深度之间的关系。

4.配网性能分析。基于配网环境验证储能优化配置策略是否有效，将储能装置与节点系统相结合，从配网电压和损耗角度分析储能配置的影响。在确定节点系统的负荷后，依次选定光伏系统与储能装置，将储能装置布局在节点系统的某个节点中。

与此同时关注到安装光伏和储能后的网络损耗变动情况，加入光伏和储能都能起到降低配网损耗的效果，而且两者共同作用能够实现配网损耗的叠加控制效果，由此可见安装光储系统能够有效降低网络损耗并优化配网性能。

结束语：针对储能配置进行优化分析，在保证储能配置应用效果的基础上，进一步提升储能配置的经济效益。在今后应用光伏系统的过程中，从配网的角度出发，总结更多的储能优化配置策略。

参考文献

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