分布式光伏储能系统的容量配置与运行策略研究

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化石能源枯竭和相关的环境问题加速了太阳能等可再生能源的发展与应用,而电网的安全性要求使得随天气情况波动明显的光伏电力需要与储能系统结合使用,可自我消纳的分布式光伏储能系统得以飞速发展。在有限的城市可用地面积与电网可接纳波动的可再生能源的限制下,通过户用负荷情况配置合理的系统容量与能量控制策略的合理,以改进提高分布式并网光伏储能系统的技术性与经济性尤为必要。基于此背景,本文建立了分布式光伏储能系统的综合数学模型,结合光伏自用率、用户自给率等技术性指标,以及净现值、度电成本、投资回收期等经济性指标,对于系统全生命周期表现进行了多角度评价。结果表明提高光伏自用率需要较低的光伏系统容量与较高的蓄电池系统容量,而提高用户自给率则光伏系统容量相应提高,但蓄电池容量有所下降。系统增大蓄电池容量带来的经济损失与上海市地方补贴对于投资回收期影响明显。此外,本文基于对评价指标随系统容量变化规律的探索,提出了一种基于技术经济性结合的系统容量配置及优化方法,选取八个典型案例详细分析了不同技术指标水平的系统能量流动与现金流动。基于理论建模,本文也搭建了并网光伏储能系统实验台以验证相关数学模型,并评估了系统实际工作情况下的系统运行情况。结果表明,晴天、阴天与雨天的系统日用户自给率分别为83.82%、68.80%和25.74%。蓄电池的使用情况随太阳辐照强度而变化,而辐照的增加会带来对电网的更大冲击。在实验系统配置的基础上,本文还探讨了五种不同控制策略对分布式光伏储能系统性能的影响,包括谷时不使用蓄电池电力、谷时市电充满蓄电池与两种简单辐照预测带来的技术性与经济性变化。结果表明谷时使用市电充满蓄电池可以提高系统的经济性,且蓄电池和电网之间的能量传输大大降低了系统用户自给率和光伏自用率,差异可达18.58%与16.67%,而太阳辐照的完美预测较使用前一天辐照预测有略好的技术性(指标差距1%)但经济性随之降低。不同策略间系统与电网的交互差异在辐照条件好、户用暖通负荷低的4月最明显,可达196k Wh。本文也探究了不同策略对蓄电池容量、户用负荷、市网电价、蓄电池成本等关键因素的技术性与经济性表现的敏感度,结果表明使用可再生能源电力最多的基础控制策略对于蓄电池容量与户用负荷最敏感、而使用谷时电最多的策略经济性最优也对关键因素变化最不敏感。本研究建立了较高精度的并网光伏储能系统数学模型并进行实验验证,考虑电价政策和补贴影响,提出技术经济性结合的系统容量配置方法,基于谷时电网与蓄电池能量交互、短期天气辐照预测等需求侧与发电侧可控、可预测因素,对比不同系统控制策略下的系统表现。本研究对于分布式光伏系统的发展与应用有促进作用,可以作为分布式光伏消纳、系统容量配置与运行策略优化相关研究的参考。
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