光储系统并网功率波动平抑及储能优化配置

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.23084

发电技术 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (3): 423-433.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.23084

光储系统并网功率波动平抑及储能优化配置

赵斌¹, 梁告¹, 姜孟浩², 邹港¹, 王力¹

^1.长沙理工大学电气与信息工程学院, 湖南省长沙市 410114
^2.深圳本贸科技股份有限公司, 广东省深圳市 518057

收稿日期:2023-12-10 修回日期:2024-01-20 出版日期:2024-06-30 发布日期:2024-07-01
作者简介:赵斌(1968)，男，博士，教授，研究方向为新能源科学技术及应用，zhaobin19680507@163.com
梁告(1996)，男，硕士研究生，研究方向为智能控制与信息处理，1772582108@qq.com；
姜孟浩(1987)，男，工程师，研究方向为新能源发电技术，923159699@qq.com；
邹港(1997)，男，硕士研究生，研究方向为电力系统分析与低碳运行，475033533@qq.com；
基金资助:
湖南省自然科学基金项目(2023JJ30048)

Grid-Connected Power Fluctuation Suppression and Energy Storage Optimization Configuration of Photovoltaic-Energy Storage System

Bin ZHAO¹, Gao LIANG¹, Menghao JIANG², Gang ZOU¹, Li WANG¹

^1.College of Electrical and Information Engineering, Changsha University of Science & Technology, Changsha 410114, Hunan Province, China
^2.Shenzhen Bornsales Science &Technology Co. , Ltd. , Shenzhen 518057, Guangdong Province, China

Received:2023-12-10 Revised:2024-01-20 Published:2024-06-30 Online:2024-07-01
Supported by:
National Natural Science Foundation of Hunan Province(2023JJ30048)

摘要/Abstract

摘要：

目的电池储能是保证光伏发电系统可靠性、提高光伏发电利用率的有效手段之一，但在光储电站中存在功率波动平抑难、储能容量配置不合理等问题，为解决这些问题，开展了相关研究。方法针对能量型电池储能，分析了调度模式和自主模式特性，提出了一种基于储能运行在调度模式的光储系统限功率平抑策略，以实现功率平抑和减少储能充放电频繁切换。建立了以最小光储系统弃电损失为优化目标，以功率波动越限概率等作为约束条件的优化模型，并利用算法对储能配置进行求解和优化。以西藏朗明桑珠孜50 MW光储电站为例，验证了所提平抑策略的有效性。结果所提平抑策略在不增加储能充放电切换次数的前提下，将光储系统并网功率波动越限概率由25.64%降至6.41%，且并网功率波动越限概率为5%时，该50 MW并网光伏电站储能系统最优配置为14.5 MW/94 MW⋅h。结论所提抑策略及储能优化配置方法可为并网光储电站优化设计和运行提供技术参考。

关键词: 光伏发电, 光储系统, 电池储能系统, 波动平抑, 优化配置

Abstract:

Objectives Battery energy storage system is one of the effective means to ensure the reliability of photovoltaic (PV) power generation system and improve the utilization rate of PV power generation. However, there are some problems in the PV-energy storage power station, such as the difficulty of power fluctuation suppression and the unreasonable configuration of energy storage capacity. In order to solve these problems, relevant research was carried out. Methods For energy-based battery energy storage, the characteristics of scheduling mode and autonomous mode were analyzed, and a power-limited suppression strategy of PV-energy storage system based on energy storage operation in scheduling mode was proposed to realize power suppression and reduce the frequency of energy storage charge/discharge switching. The optimization objective of minimizing abandoned power losses in the PV-energy storage system was established, with constraints such as the probability of power fluctuation exceeding the limit. An algorithm was used to solve and optimize the energy storage configuration. Taking the 50 MW Sangzhuzi PV-energy storage power station in Langming, Tibet as an example, the effectiveness of the proposed grid-connected power suppression strategy was validated. Results The proposed grid-connected power suppression strategy can reduce the probability of power fluctuation exceeding the limit from 25.64% to 6.41% without increasing the frequency of energy storage charge/discharge switching. When the probability of grid-connected power fluctuation exceeding the limit is 5%, the optimal configuration for the energy storage system of the power station is determined to be 14.5 MW/94 MW⋅h. Conclusions The proposed power fluctuation suppression strategy and energy storage optimization configuration method can provide technical reference for the optimal design and operation of grid-connected PV-energy storage system.

Key words: photovoltaic power generation, photovoltaic-energy storage system, battery energy storage system, fluctuation suppression, optimization configuration

中图分类号:

TK 51

赵斌, 梁告, 姜孟浩, 邹港, 王力. 光储系统并网功率波动平抑及储能优化配置[J]. 发电技术, 2024, 45(3): 423-433.

Bin ZHAO, Gao LIANG, Menghao JIANG, Gang ZOU, Li WANG. Grid-Connected Power Fluctuation Suppression and Energy Storage Optimization Configuration of Photovoltaic-Energy Storage System[J]. Power Generation Technology, 2024, 45(3): 423-433.

图/表 13

图1 光伏发电系统典型日输出功率变化曲线

Fig. 1 Typical daily output power variation curve of photovoltaic power generation system

图2 储能系统运行在调度模式下的功率变化

Fig. 2 Power changes of energy storage system operation in scheduling mode

图3 储能系统运行在自主模式下的功率变化

Fig. 3 Power changes of energy storage system operation in autonomous mode

图4 光伏限功率控制策略流程图

Fig. 4 Flow chart of photovoltaic output power curtailment control strategy

图5 理想条件下光储系统功率变化

Fig. 5 Power change of photovoltaic-energy storage system under ideal conditions

图6 光储系统功率变化

Fig. 6 Power change of photovoltaic-energy storage system

图7 光储系统并网功率波动特性

Fig. 7 Grid-connected power fluctuation characteristics of photovoltaic-energy storage system

图8 不同工况下储能系统充放电功率变化

Fig. 8 Charge and discharge power changes of energy storage system under different working conditions

图9 不同工况下并网功率变化

Fig. 9 Grid-connected power changes under different working conditions

表1 配置不同功率时光储系统输出评价指标

Tab. 1 Output evaluation index of photovoltaic-energy storage system with different power configurations

储能功率配置/MW	弃电量/(MW⋅h)	波动越限概率/%	最大波动量/MW
0	33.97	7.50	21.81
5.0	22.57	7.50	21.81
10.0	15.00	6.25	18.57
12.5	11.15	6.25	16.07
15.0	9.65	5.00	13.15
17.5	7.70	5.00	12.17
25.0	6.18	2.50	7.87

表2 不同功率配置时储能容量优化结果

Tab. 2 Optimization results of energy storage capacity with different power configurations

储能功率配置/MW	储能最优容量配置/(MW⋅h)	弃电量/(MW⋅h)
0	0	33.97
5.0	34.38	22.57
10.0	66.37	15.00
12.5	81.68	11.80
15.0	96.85	9.46
17.5	110.90	7.70
20.0	125.63	6.48

图10 储能容量优化前后光储系统功率变化

Fig. 10 Power change of photovoltaic-energy storage system before and after energy storage capacity optimization

图11 最优储能配置时光储系统功率变化

Fig. 11 Power change of photovoltaic-energy storage system under optimal energy storage configuration

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光储系统并网功率波动平抑及储能优化配置

Grid-Connected Power Fluctuation Suppression and Energy Storage Optimization Configuration of Photovoltaic-Energy Storage System

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