光伏储能微电网经济运行的优化设计
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摘要：光伏发电的高成本以及不稳定性制约着光伏储能微电网的进一步发展，再加上用户对高品质电能的需求日益增长，使光伏储能微电网的发展面临着巨大的挑战。因此，当前光伏储能微电网经济运行成为相关学者的研究热点。本文主要就光伏储能微电网经济运行的优化设计进行探讨。
关键词：光伏储能微电网;优化设计;经济运行
1光伏储能微电网确定型运行优化模型
光伏储能微电网的发展一直受到成本高的制约。但通过制定合理的运行计划，不仅可以使其运行成本降低，同时还可以降低其更换频率。本文以经济效益最优为目标，进行光伏储能微电网优化模型设计。
1.1光伏储能微电网系统的构成
光伏储能微电网系统由光伏发电模块、配电网、蓄电池组、双向逆变器、并网逆变器以及负载构成。其中光伏发电模块和蓄电池组将会分别经过并网逆变器，然后通过变压器与交流母线连接，并入配电网络。这种结构可实现电能从光伏发电模块到公共电网、光伏发电模块到负载、光伏发电模块到蓄电池组、蓄电池组到负载、公共电网到负载的单向流动，同时也能实现蓄电池组与公共电网之间的双向能量流动。系统处于离网模式时，若公共电网停电，可以在光照充足的情况下，使用光伏提供的能量，为负载供电，同时将剩余的能量存储在蓄电池
组中;如果在光照不充足的情况下，可以同时利用光伏以及蓄电池组，为负载供电，进而维持负载正常运行。当系统运行处在并网模式时，公共电网可以在谷期为蓄电池组以及负载同时提供电能，或者将蓄电池组中剩余的电能向电网出售，获取收益。而在峰期则可以利用光伏发模块以及蓄电池组，配合公共电网来为负载供电。
1.2系统组成单元的特性。
1.2.1光伏电池板
光伏电池板是基于光电效应或者光化学效应，直接或间接将太阳辐射转换成电能的一种发电装置。其输出功率的大小与电池板的制造材料、受光面积以及阳光辐射强度等存在密切的关系。当太阳光照强度相同时，光伏电池板的短路电流基本上保持不变，但是开路电压将会随着温度的升高，发生明显的下降。因此可以得出结论，光伏电池板的输出功率与光照强度呈正相关，和表面温度呈负相关。
1.2.2蓄电池
当前，蓄电池是微网中常见的储能元件，在微网中使用较广，可以抑制光伏出力不稳定的缺陷，使整个系统的供电质量以及可调度性大大提高。
1.2.3逆变器
由于光伏以及蓄电池组输出的电能均为直流电，因此无法直接接入交流侧，需要通过逆变器的作用把直流转换成交流。逆变器的配置主要需要考虑额定输出功率、整机效率、输出电压调整能力等参数。
2光伏储能微电网经济运行的优化设计案例
本文结合某示范工程，对其发电系统、储能系统以及微网控制管理系统的方案设计进行介绍和分析。
2.1总体设计方案。
该系统在进行方案设计时，采用的是分布式并网的设计理念。已知某栋节能建筑楼的负荷约为65Kw。考虑设计余量，则该光伏储能微电网规划设计容量为80kWp。根据实际情况，对所需要的80kWp系统进行进一步的划分，将其分解为4个相同的并网发电单元，每个单元为20kWp，并用4个20Kw的并網逆变器将其接入到0.4kv的交流电网中。
2.2发电系统设计。
2.2.1光伏电池阵列设计
光伏电池采用多晶硅太阳电池组，电池组的功率为250Wp。这种电池组在日常工作中的共组电压和开路电压分别为29.6V和37.1V。20kw的并网逆变器的MPPT工作电压范围是300V～1000V，因此在对电池进行串列设计时，需要将20块相同的电池串列在一起，作为一个电池串联组，每一个并网逆变器需要配备4个并列的电池串联组，即每一个并网逆变器需要80块电池组，其发电功率大致为20kWp。对于整个系统来说，总共分为4个并网逆变器，因此也就是说总共需要320块电池，16个并列的电池串联组。
2.2.2并网逆变器设计
如前所述，本系统采用4台20kW的并网逆变器，连在一起组成最大输出功率为80kwp的并网发电系统。
2.3储能系统设计
考虑供电可靠性和稳定性，在对整栋楼进行供电的过程中，采用的供电方式是储能和光伏相混合的方式。具体来说，就是在市电正常的情况下，通过市电以及光伏为整栋楼的负荷供电，而在市电断电之后，则自动切换为由储能系统以及光伏供电。
2.4系统运行说明。
2.4.1市电正常
在市电正常供电时，本系统的运行模式为并网运行模式，此时的运行过程主要是：第一，并离网控制柜中的控制器发挥自身的检测作用，对与市电相连的开关上端的电压和频率进行检测，如果测量值处于正常范围，则会自动闭合并离网的开关。第二，光伏逆变器检测到市电电压处于正常范围，将会根据相关的参数设定，自动将光伏储能微电网系统开机，使其正常运行，为负载供电，若有剩余电能，则返送至电网。第三，当系统处在并网运行模式时，PCS的状态将会设定为充电状态。
2.4.2市电故障。
在市电故障无法正常供电时，本系统的运行模式是离网运行模式，此时系统的运行过程如下：第一，并离网控制柜中的控制器将会对市电进行检测，如果在检测中发现市电断电，则将并离网开关断开，同时给储能变流器发出并网转离网的控制信号。第二，光伏逆变器在对市电的检测过程中，如果发现市电故障，将会自动进入孤岛运行保护程序，然后根据相关要求在2s内停机。第三，PCS在接收到并网转离网的相关指令后，将会对并网侧的端口电压进行检测，确定市电确实故障后，将会先关机然后再次启动，同时切换至离网模式运行。特别说明，若PCS在接收到相关指令后，不对端口的电压状态进行检测，而是直接进行相关的状态切换，其需要花费的时间大致为80ms;但是一般情况下，为了确保PCS的可靠运行，需要在接收到指令后对端口电压进行检测，避免误判，这种情况下状态切换需要多花费380ms的时间，也就是光伏逆变器孤岛保护时间。第四，光伏逆变器检测到PCS提供的支撑电压满足供电要求时，将会自动开机运行。当光伏发出的电能大于负载消耗时，多余的电能可以通过PCS给储能电池充电;若光伏系统输出功率小于负荷时，则光伏将会和PCS共同为负荷供电。
2.4.3市电恢复
当市电恢复正常后，本系统的运行模式将会重新变为并网运行模式，这一转换过程如下：第一，当并离网控制柜中的控制器检测到市电已经恢复至正常状态后，会将这个信息传递给储能变流器，当并离网开关上端以及下端的频率、电压幅值、相位保持一致时，会自动闭合并离网开关。第二，光伏逆变器将会继续保持运行。第三，PCS在得到市电恢复正常运行的信息后，将会对电压进行一定的调整，同时将自身的运行模式转变为并网模式。在整个过程中，可能会受到通讯延迟的影响，因此PCS会遭受一段时间的冲击。当PCS转变为并网运行模式后，恢复为充电状态，负载供电并不会因此间断。
3结束语
综上所述，该光伏储能微电网可以真正实现分布式光伏发电，实现与配电网并网协调运行，突显出智能微网能量优化调度控制的效果。
参考文献：
[1]彭皓.微电网技术在主动配电网中的应用探究[J].通信电源技术，2018，35（6）：191～192，194
[2]毕立松.基于预测控制的微电网能量管理系统研究[D].北方工业大学，2017
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