2023分布式光伏储能系统关键技术研究

1分布式光伏储能系统的关键技术研究背景应用现状及趋势关键技术解析汇报提纲4典型案例分享2国外储能产业的“天时地利”国家/地区细则政策美国美国能源委员会通过《为效果付费政策》正式将储能列为调频服务的单独机构，给予储能平等的竞争机会加州加州政府对储能的支持更为直接，出台AB法，规划储能发展路线，通过《SGIP计划》给与储能系统单独补贴欧盟要实现2050年战略目标，在接下来的10年内突破低成本、高效储能技术日本日本2010年通过能源基本法，大力扶持储能技术进步补贴德国2013/2014，2年补贴5000万元，对新购买的储能系统的用户直接进行投资美国储热补贴2600美元／kW，储电补贴2100美元／kW澳大利亚安装光伏+储能系统最高5000澳元的补贴德国德国针对户用光储系统进行600欧元的一次性补贴电费澳大利亚峰谷价差电价2-2.5元德国／美国加州峰谷差电价2元左右，两部制电价执行严格34国家大力支持储能技术的开发与应用政策文件发布方发布时间要点《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》国家五部委2017.03推动储能电站示范工程建设，加强多种电源和储能设施集成互补，促进储能技术与产业发展《能源生产和消费革命战略(2016—2030)》国家发改委2016.12推动互联网与分布式能源技术、先进电网技术、储能技术深度融合《能源发展“十三五”规划》《可再生能源发展“十三五”规划》国家发改委2016.12在新能源富集地区利用低谷富余电实施储能供暖。开展可再生能源领域储能示范应用；提升可再生能源领域储能技术的技术经济性

。《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》国家发改委2016.04研究面向电网调峰提效、区域供能应用的物理储能技术，研究面向可再生能源并网、分布式发电及微网、电动汽车应用的储能技术，掌握储能技术各环节的关键核心技术……《关于在能源领域积极推广政府和社会资本合作模式的通知》国家能源局2016.04明确鼓励引入PPP模式，引导社会资本投资包括储能在内的多种能源领域《关于推动电储能参与“三北”地区调峰辅助服务工作的通知》国家能源局2016.03积极鼓励储能设施建设，……、在用户侧建设分布式储能设施，并强调科学调度运行储能设施《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》国务院2015.07突破分布式发电、储能、智能微网、主动配电网等关键技术《关于推进新能源微网示范项目的指导意见》国家能源局2015.07具备足够容量和反应速度的储能系统，包括储电、蓄热（冷）等5“可再生能源+储能系统”

的应用模式6GPS时钟操作工作站光伏阵列主电网储能电池光伏逆变器储能变流器变压器及配电用电负荷分时电价储能系统充放电控制器变压器室计量与切换控制各类负荷电网削峰填谷效果图平滑光伏功率波动跟随分时电价削峰填谷弃风/光消纳离／微网运行……汇报提纲研究背景应用现状及趋势关键技术解析成果示范72010年，广东珠海东澳岛风光柴蓄微电网项目，1.04MWp光伏、50kW风力发电、1220kW柴油机、2000kWh铅酸蓄电池8大规模储能最早应用于离网／微网系统2013年12月，世界上当时最大规模离网光伏电站玉树州曲麻莱县7.203

MW分布式离网光伏电站运行，采用锂电池储能系统5

MWh、铅酸蓄电池储能系统20.7MWh

。2011年12月，世界海拔最高水／光／储微网发电工程，支撑玉树地震重建。

12MW水+2MW光+15MW铅酸+17MW负荷大规模储能已开始用于可再生能源并网发电2016，国内最大光储电站，格尔木15MW/18MWh锂电储能系统与50MWp光伏结合，弃光应用2013，辽宁法库卧牛石风电场5MW/10MWh液流电池储能系统与50MWp风电结合，平滑出力2011，国家风光储输示范工程，100MW风力发电、50MW太阳能光伏发电、20MW化学储能9分布式发电+储能系统应用刚刚开始电网分布式光伏发电环境检测仪（3）并网

逆变器（2）储能变流器（1）储能电池（5）测控系统（6）调度中心 EMS（4）BMS待解决的问题1储能系统如何配置，如何集成？2储能电池如何选择，如何管理？3储能电站如何控制，光／储如何协调？光伏+储能典型结构*项目支持：国家863课题《高密度多接入点建筑光伏系统并网与配电网协调关键技术》10研究背景应用现状及趋势汇报提纲3 关键技术分析4典型案例分享11光伏/储能系统需解决的关键技术①

模块化设计集成技术②

电池选择及其管理技术③

储能变流器控制技术④

电站功率控制技术⑤

光伏/储能能量管理技术如何选材？如何设计？如何管控？12关键技术1：系统模块化设计集成技术（1）容量配置输出结果电池类型及容量储能变流器功率及功能确定约束条件充放电功率限制锂电

0.5C～4C，铅酸0.2C～0.6C放电深度锂电90%；铅炭70%；液流100%确定工作模式和目标平滑功率波动≤10%额定容量/min峰谷差套利经济性最优风/光调峰接收上级调度需求响应投资/奖励最优13关键技术1：系统模块化设计集成技术（2）结构设计集中式交流储能方案分散式直流储能方案14电池集装箱双向变流器集装箱关键技术1：系统模块化设计集成技术高压配电室储能箱1#功率型电池20尺集装箱储能站2#储能型电池20尺集装箱PCSPCS变流器室1#变流器室2#SVG箱式变电站电池管理系统柜光伏/储能系统能量管理柜储能站测量与功率控制柜电池管理系统柜电气结构15【分体式安装】关键技术1：系统模块化设计集成技术高性能快速响应冷却系统应急灯安全长寿命电池低功耗排风扇167*24安防灵敏快速的火警稳定高效率的变换器高效灭火器【一体化安装】关键技术2：储能双向变流器控制技术友好的电网适应性，接受电网调度，进行有功、无功补偿，功率大小可调度；功率因数可调范围0.8(超前)-0.8(滞后)；完善的电池管理系统，支持不同特性电池接入，宽范围电压输入，自动恒流、均充、浮充、待机切换；支持并网、离网运行，可实现智能化快速自动切换，离网带100%三相不平衡负荷，抗冲击负荷能力强；具备虚拟同步电机控制模式，输出阻抗自适应调节；模块化并联技术结合智能休眠技术，实现高效储能变换，故障模块自动脱离技术结合模块化设计，

降低系统维护时间；完善的保护措施，具备主动监测故障及保护能力。三相储能变流器17单相储能变流器关键技术2：储能双向变流器控制技术多支路式DC/AC变流器多支路式并/离网DC/AC变流器18关键技术3：储能电池及其管理技术铅炭/锂电池性能对比（网上收集，仅供参考）铅炭电池锂电池电池类型铅炭电池磷酸铁锂钛酸锂三元锂厂家产品2V12V2V-500Ah/1000Ah48V60Ah20AH94Ah电芯价格(kwh)10001200-1300180016004000320022002000系统价格2000200025002800600056002800放电深度60%-80%60%-80%70%80%100%100%100%100%80%循环次数3600-12003000-1000420050004000>150002500060003000电芯效率87%89%97%96%96%96%99%96%系统效率83.50%83.50%95%93%93%93%97%93%电芯能量密度30kWh/kg27kwh/kg79kwh/L120-138wh/kg110-130wh/kg176Wh/L93.2Wh/kg90Wh/kg285Wh/L252Wh/L自放电率3%3%<1%<1%2%2%2%2%充放电情况0.6C0.2C-0.4C1C1C3C6C2.5C0.2C19关键技术3：储能电池及其管理技术20储能电流变化SOC估算误差＜6%SOC况变化情基于扩展卡尔曼滤波的SOC估算方法技术难点：准确估计电池荷电状态SOC是实施电站控制策略的基础解决方法：先进SOC估算技术保证在定电流和快速变化的下保持高测量精度储能电压变化铅酸电池监测系统BMS关键技术4：储能电站功率控制技术分布式并行通信架构：电池管理模块、变流器控制模块、光储协调控制模块协同工作；变流器控制采用并行通讯，响应速度达到50ms闭环功率控制技术：补偿变流器输出功率误差，采用闭环功率跟踪控制，使得储能功率输出误差小于5%分散式光/储电压稳定控制方法：集中式控制导致通信延时，提出模型预测控制的控制算法，自动计算储能功率与并网点电压的关系，稳定并网点电压。BMS1BMSnPCS1PCSn…………GPS对时能量管理系统工作站路由器电池管理模块变流器控制模块 保护测控 电能质量

视频监控告警温度远程数据中心打印机变光伏发电功率1小时曲线21光伏并网点电压1小时曲线光/储系统电压稳定控制流程储能电站控制系统架构关键技术5：光伏/储能系统能量管理技术GPS时钟操作工作站交换机以太网工程师站视频监控光储综合测控系统电力调度系统以太网4G模块DI/DORS485/以太网RS485RS485RS485以太网RS485RS485电能质量分析仪箱变测控环境检测仪交流配电柜智能汇流箱光伏逆变器光伏系统

BMS储能变流器电池电表对光伏/储能系统进行整体规划与管理，可实现接受电网调度指令、平滑并网功率波动、跟随分时电价、削峰填谷等多种运行模式。（1）平滑并网功率波动策略：（2）分布式光伏/储能系统多运行模式协调控制：① 平抑功率波动与峰谷套利的多目标联合运行② 多类型储能支路的联合运行控制③ 多条储能支路功率分配① 基于短时光伏功率预测技术的储能低通滤波控制方法② 基于线性拟合算法的储能低通滤波控制方法22关键技术5：光伏/储能系统能量管理技术线性拟合算法引入前23后SOC（1）平滑并网功率波动策略：①

GB/T.19964-2012中要求：光伏发电站有功功率变化速率应不超过10%装机容量/min。②

基于线性拟合算法的储能低通滤波控制方法，降低对储能容量的需求。分布式光伏30天功率变化速率10分钟最大功率变化72.3%光伏功率平滑后的功率滞后时间可达0.5～1小时功率/kW时间/h线性拟合算法引入前后功率平滑效果时间/hSOC时间/hSOC功率/kW时间/h线性拟合引入前线性拟合引入后线性拟合引入前SOC线性拟合引入后SOC关键技术5：光伏/储能系统能量管理技术24（2）分布式光伏/储能系统多运行模式协调控制：① 多类型储能支路的联合运行控制（三阶滤波功率分配、小波分解功率分配）② 多条储能支路功率分配（基于SOC的实施再分配）0 1002004005006002030405060708090300时间/s光伏功率/MW01002004005006002030405060708090光伏功率/MW300时间/s平抑前平抑后01002004005006000.00.10.20.30.40.50.6300时间/s1分钟波动率平抑前平抑后0100200400500600-30-20-1001030总储能功率/MW300时间/s最大波动率0.5437→0.2835光伏并网功率平抑前后并网功率20

储能输出总功率0100200400500600-10-50510飞轮功率/MW300时间/s0100200400500600-8-6-4-2024681012超级电容器功率/MW300时间/s0 100200400500600-30-20-100102030锂电池储能功率/MW300时间/s0100200400500600-15-10-5051015功率型储能功率/MW300时间/s超级电容功率飞轮功率能量型储能功率功率型储能功率研究背景应用现状及趋势关键技术解析汇报提纲4典型案例分享2526青海玉树州水/光互补微网发电示范工程建设情况：青海省玉树藏族自治州巴塘乡,

4000米,

(2010-2011),

光伏2MW,

储能15.2MWh电网薄弱：无大电网，电能质量差，频率低至47Hz，10kV母线电压低至7kV光储电站：水光储互补运行方式，昼储夜发，弱网调压，国内外无可借鉴经验2011，

“玉树州水光互补微网发电示范工程”，支撑玉树灾后重建工作可调度光伏储能电站拉贡水电站禅古水电站本地负荷结古镇调度站柴油发电机组规划电网400V400V双模式逆变器充电控制器双模式逆变器充电控制器可调度逆变器6路400V充电控制器汇流汇流光伏阵列光伏阵列可调度逆变器充电控制器可调度逆变器6路400V充电控制器可调度逆变器充电控制器可调度逆变器6路充电控制器可调度逆变器充电控制器汇流汇流光伏阵列光伏阵列汇流汇流光伏阵列光伏阵列汇流汇流光伏阵列光伏阵列汇流汇流光伏阵列光伏阵列汇流汇流光伏阵列光伏阵列汇流汇流光伏阵列光伏阵列汇流汇流光伏阵列光伏阵列10kV/400V10kV/400V10kV/400V10kV/400V蓄电池蓄电池蓄电池蓄电池蓄电池蓄电池蓄电池蓄电池青海玉树2MW可调度光伏储能电站（20条100kW储能发电支路，储能容量15.2MWh,7600节）10kV35kV27重要负荷青海玉树州水/光互补微网发电示范工程蓄电池放电光伏阵列发电02460.511.522.53光伏电站功率,MW光伏阵列白天发电全部存储到蓄电池；夜间蓄电池放电，光伏电站平均2MW发电；蓄电池电量8 10 12 14 16 18 20 22 24蓄电池充电蓄电池放电光伏阵列发电蓄电池充电水电站充电蓄电池电量电站发电曲线02 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24时间,h拉贡禅古西杭当代光伏18M4M6M2M6M0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24时间,h拉贡禅古西杭当代光伏4M6M3M5M电站发电曲线2018161412108642负荷功率(MW)2018161412108642负荷功率(MW)电网发电曲线拉贡电站承担基荷，禅/西/当电站承担腰荷和峰荷；光伏电站提供峰荷（平均2MW,最大3MW）夜间电网有5～6MW电力缺口，低频/低压/减载运行；100908070605040302010蓄电池电量,%00.511.522.53光伏电站功率,MW100908070605040302010蓄电池电量,%18M拉贡电站承担基荷，禅/西/当电站承担腰荷和峰荷；光伏电站承担部分腰荷，夜间满功率发电调峰；夜间电网有5MW电力缺口，低频/低压/减载运行；1.深夜水电向光伏储能充电2.

白天光伏优先向储能充电3.

下午储能充满，光伏并网发电2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 244.

夜间储能放电，电站满功率发电运行方式1：光伏白天充电夜间调峰，阴天停发（原定）运行方式2：深夜水电补充储能，阴天保障光伏夜间调峰自动发电控制软件电站测控网络28浙江海宁1MWh/1MW集装箱式储能示范系统浙江海宁广源化纤厂区航拍照片2014，863计划课题“高密度多接入点建筑光伏系统并网与配电网协调关键技术”29浙江海宁1MWh/1MW集装箱式储能示范系统30浙江海宁1MWh/1MW集装箱式储能示范系统海宁广源化纤储能系统航拍图铅炭电池集装箱胶体电池集装箱双向变流器集装箱储能系统侧视图31储能测控电池监测光储能量管理浙江海宁1MWh/1MW集装箱式储能示范系统3224小时功率平滑前后波形比较Beforesmooth4 8 12

16

20

2424分钟级的平抑波3动3曲线0KW1000800600400Time/minAftersmoothBatteryoutput2001小时功率平滑前后波形比较

0-200-400-600浙江海宁1MWh/1MW集装箱式储能示范系统储能电站与宏达客运站电动汽车负荷配合使用，利用峰谷分时电价政策，在电力系统用电低谷时段充电，在电价高峰时向电动汽车放电，不但降低用户用电成本，也提高了电力系统利用率。342016年在山东烟台电动汽车客运站建成1MW/1MWh