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摘要:

光伏發電日益成為滿足用電負荷需求、提高能源綜合利用效率、提高供電可靠性的一種有效途徑。由于光伏發電出力具有波動性的特點，儲能裝置在光伏發電系統中必不可少。為實現光伏發電平滑并網，減少對電網和用電設備的沖擊，提出將電動汽車電池作為光伏發電并網系統的儲能單元的方案。制定了電動汽車電池分別作為可調度負載和分布式電源與光伏發電系統協調運行的充、放電的控制策略，并實現了電動汽車儲能在光伏發電系統中的多種應用，包括跟蹤發電計劃，平滑發電功率輸出、進行光伏發電消納和實現電網負荷削峰填谷等。不僅為電動汽車電池儲能應用于智能電網提供了新的思路，也為光伏發電并網提供新的解決方案。

關鍵詞:

光伏發電;電動汽車;儲能電池;控制策略;并網

由于光能的間歇性和波動性，光伏發電系統獨立運行很難提供連續穩定的能量輸出，這已經成為制約光伏發電大規模發展的關鍵技術瓶頸［1］。儲能對輸出的平滑作用在光伏發電系統中是必不可少的［2］。電動汽車電池儲能是將電動汽車看成一個分布式的儲能單元，根據電網的運行狀態，對電動汽車采取不同的充、放電控制策略［3－4］，接受電網調度。通過對光伏發電和電動汽車儲能系統控制策略的制定，實現了電動汽車儲能在光伏發電并網中的應用。為電動汽車儲能應用于新能源發電并網提供了實踐依據。

1光伏發電、電動汽車儲能系統架構

光伏發電、電動汽車儲能系統組成:光伏發電系統功率200kW，經2臺100kW逆變器接入380V交流母線。電動汽車充放電機5臺，每臺功率20kW，電動汽車電池配置為250V，80Ah鋰離子電池五組。廠區峰值負載300kW。系統采用三相四線供電，經過500kVA變壓器接入10kV電網。在變壓器進線側設置雙向計量裝置。系統架構如圖1所示。圖1光伏發電、電動汽車系統組成。

2換流器控制策略

不同類型的分布式電源和儲能單元，可以采用不同的控制策略。本系統主要考慮在并網條件下運行，對于光伏發電系統，可以采用常規的P/Q控制策略［5－6］。電動汽車儲能單元也采用P/Q的控制策略，即直接設定分布式電源的有功和無功輸出。圖2所示為換流器電路結構示意圖，Lg和Rg分別為換流器串聯電感和電阻。

3電動汽車儲能系統充放電控制策略

電池的充放電控制策略要充分考慮到電網的供電能力、電池的功率需求、電池的狀態以及影響電池壽命的因素等［7］。充放電機首先根據用戶發出的調度命令，自動檢測電網狀態進行充放電模式的判定，然后判斷電池初始SOC(StateofCharge:即充電容量與額定容量的比值)是否處于允許的充放電區間。如果可以進行充放電，則發出充放電命令。充電時根據電池端壓是否大于限定值，選擇充電模式。若電池端壓達到限定值，就選擇恒壓限流充電，若電池端壓未達到限定值，則選擇恒流充電，直到電池充滿或充電時間結束為止。放電時一般選擇恒功率放電，當電池SOC小于或等于SOC下限或時間結束時，電池的放電結束。

4電動汽車儲能在光伏發電系統中的多種應用模式

4．1電池儲能應用于光伏發電跟蹤計劃電動汽車儲能系統可根據電網調度給出的發電計劃出力曲線和實際測得的光伏發電功率曲線差值的大小，動態調整電動汽車儲能電池的充放電狀態，使光伏發電實際功率曲線與計劃出力曲線相一致。電網調度曲線與光伏實際發電功率曲線的差值越大，所需調度的儲能電池容量越大。跟蹤計劃曲線如圖4，12∶01∶00分至12∶60∶00分，光伏、儲能聯合發電功率曲線與調度計劃曲線幾乎重合。在12∶30∶16的時刻測得，計劃出力要求為52kW，光伏出力67．02kW。為滿足計劃出力的要求，調度電動汽車儲能實際出力－16．41kW，從而得到光伏儲能聯合出力50．61kW，對計劃出力的跟蹤精度誤差達到了2．6%，計劃跟蹤精度較高。

4．2電動汽車儲能應用于光伏發電平滑輸出電動汽車儲能應用于新能源發電平滑輸出如圖5，通過跟蹤光伏發電的功率曲線，設定某時間段內光伏發電功率曲線波動率限值，實時調整電動汽車電池充放電控制策略，實現發電功率的平滑輸出。可見14∶01∶00分至14∶60∶00，光伏、儲能聯合發電曲線較光伏發電曲線，實現了較好的平滑效果。14∶18∶00分至14∶28∶00光伏發電10分鐘波動率為8．37%，經電動汽車電池儲能平滑后輸出功率10分鐘波動性為4．65%。

4．3電動汽車儲能應用于光伏發電消納光伏發電接入后電網系統維持供需平衡的能力，是電網接納新能源發電的最重要條件。區域電網內可接納的光伏發電功率圖6消納光伏發電曲線圖很大程度受限于其他電源出力的調整能力，即調峰能力。當系統負荷處于最小值時，光伏發電功率輸出可能達到最大，此時，電動汽車電池則作為用電負荷消納光伏發電，減小接入電網系統的光伏發電容量。消納曲線如圖6，在12∶30∶00至13∶30∶00系統運行過程中，對電動汽車電池進行充電，輸出功率小于光伏發電功率，實現了消納新能源發電的功能。

4．4電動汽車儲能應用于削峰填谷削峰填谷是通過發電側或用電側的調度，將尖峰負荷時段內的部分負荷安排到低谷負荷時段內，減小電網負荷的峰谷差，提高負荷率，降低電網供電負擔。電動汽車儲能系統根據負荷預測曲線制定充放電控制策略，在負荷低谷充電，在用電高峰放電。提高電網最大負荷利用小時數，提高電網負荷率、電網設備和發電能源的利用率。如圖7，通過電網負荷預測曲線和目標負荷曲線，調整儲能系統出力，得到實際負荷曲線與目標負荷曲線幾乎重合。在12∶28∶11，電網負荷110．07kW，電動汽車電池充放電設備根據調度的要求，設置目標用電負荷功率91．00kW，協調調度電動汽車儲能電池的出力－17．86kW。最終實現實際用電負荷功率92．21kW。目標值與實際值之間的誤差為1．31%。實現了削峰填谷的功能。

5結束語

本文通過光伏發電變流器的電路模型的建立和數學模型的推導，制定合理的光伏發電和電動汽車充放電控制策略，通過實際工程項目驗證了電動汽車儲能在光伏發電并網中的多種應用。結果表明，通過本文提出的控制策略，很好的實現了電動汽車儲能對分布式能源發電系統的輸出特性調節，并可配合電網調度，進行的削峰填谷，提高電網負荷率和運行效益的經濟性。

參考文獻:

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［2］曹正．電動汽車儲能技術研究［D］．蘭州:蘭州理工大學，2011．

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［5］陶曉峰．分布式互補能源微網系統的控制策略研究［D］．合肥:合肥工業大學，2010．

［6］安超．并網型變速恒頻雙饋式風力發電系統最大風能追蹤和低電壓穿越控制研究［D］．北京:華北電力大學，2009．

［7］黎林．純電動汽車用鋰電池管理系統的研究［D］．北京:北京交通大學，2009．

作者：謝添卉 單位：北京朗新明環保科技有限公司