光伏发电及储能系统的配电网运行电压优化控制研究

摘要：随着全球对可再生能源的依赖度增加，配电网运行电压问题日益凸显。传统的配电网设计并未充分考虑大规模分布式光伏发电及储能系统的接入，导致电压波动、设备过载等问题，对电网稳定性和安全性构成挑战。光伏发电利用太阳能电池将光能转化为电能，是一种清洁且可持续的能源形式。然而，其输出功率受天气和季节影响大，易引发电网电压不稳定。储能系统能在电力需求低谷时存储多余电力，高峰时释放，有效平滑光伏发电的不稳定性。光伏储能系统对配电网的影响是多方面的，因此，本文研究如何优化光伏储能系统的运行，以降低其对电网电压的负面影响，实现光伏储能系统的最优运行，提高电力系统的整体效率和可靠性。

关键词：光伏发电；储能系统；配电网运行；电压优化策略

一、我国配电网情况与特点

随着我国经济的不断发展，人们的生活水平逐渐提升，人们日常生产生活对于能源的需求愈发增高，能源的利用也开始受到我们的重视。因此人们开始将光伏发电作为重点关注对象，将光伏发电应用至配电网中能够有效优化配电网体系，保障配电网的高效、安全运行。现阶段我国的光伏发电项目存在发展不平衡等问题，这导致我国用电项目安全问题频发，用户的用电安全和用电效率也成了重中之重。因此，在配网中提升功率技术的使用效果具有重大的现实意义。所以，在建立光伏发电系统的过程中，要严格遵守国家有关技术标准，对发电装备和精密仪器的组装质量进行严格的控制，对电网运行过程进行优化，以避免在后期产生一系列的安全风险。然而，当前我国配电网的电力过程技术还不成熟，各个阶段之间还不能很好地协调，从而影响整个电网的发电效果，阻碍了电网建设的进一步发展。为此，各有关部门及各供电单位应适时进行电源配置的优化与改善，以大幅提升电网之电源效能。

二、光伏发电及储能系统概述

1.光伏发电技术原理与应用

光伏发电技术是利用光电效应将太阳能直接转化为电能的绿色能源技术。随着全球对可再生能源的日益重视，光伏发电系统在配电网中的应用越来越广泛。光伏发电的核心是光伏电池，其工作原理基于爱因斯坦的光电效应理论，即光照射在半导体材料上可释放电子，产生电流。这种技术的应用不仅限于大型电站，还包括分布式屋顶光伏系统，甚至发展到移动设备如太阳能充电板等，为家庭和工业用电提供了新的解决方案。然而，光伏发电的不稳定性给配电网带来了挑战。由于太阳辐射强度的波动，光伏发电输出功率具有间歇性和波动性，这可能导致电网电压的不稳定。因此，理解并应用光伏发电技术原理，结合储能系统进行电压优化控制显得至关重要。储能系统可以在光照充足时存储多余的电能，光照不足时释放电能，平滑光伏发电对电网的影响，从而维持配电网的电压稳定，提高整体运行效率。

2.储能系统在电力系统中的角色

随着可再生能源，如光伏发电的普及，储能技术能够解决太阳能发电的间歇性和不稳定性问题。例如，当太阳光照强度下降或夜晚无光照时，储能系统可以释放之前储存的电力，确保电网的稳定供应。此外，储能系统还能参与电网的频率调节和负荷平衡，提高电力系统的灵活性和可靠性。在设计基于光伏储能的电压优化控制策略时，储能系统的角色更为凸显。它能够与光伏发电协同工作，通过智能调度策略动态调整充放电状态，以维持配电网的电压在允许范围内。

3.光伏储能系统对配电网的影响分析

随着全球对可再生能源的依赖度增加，光伏发电系统在配电网中的应用日益广泛。然而，这种技术的不稳定性给电网带来了新的挑战。光伏发电的输出功率受天气条件影响大，可能导致电网电压波动，如在云层遮挡时输出骤降，影响电网稳定。此外，配电网可能缺乏足够的调节手段来应对这种波动，从而影响供电质量。储能系统在此背景下扮演了重要角色。储能设备可以吸收过剩的光伏电力，平滑输出，降低对电网的冲击。通过储能系统的介入，可以实现电力的时移，将白天过剩的光伏电力储存起来，用于夜间或需求高峰时段，从而优化电网的负荷分布。然而，光伏储能系统的集成并非一蹴而就。它需要精确的预测和控制策略，以确保在提供电压支撑的同时，不会对电网的其他关键性能指标产生负面影响。

三、光伏发电及储能系统的配电网运行电压优化控制策略

1.预测控制策略

预测控制策略通过对光伏发电系统的输出功率进行预测，提前调整储能系统的充放电状态，使得配电网的运行电压保持在合理的范围内。这种策略可以有效地提高配电网的稳定性和可靠性，减少因电压不稳定而导致的设备损坏和电力浪费。此外，预测控制策略还可以优化光伏发电系统的运行效率，提高其发电量和利用率。通过对光伏发电系统的输出功率进行预测，可以提前调整其工作状态，使其始终处于最优工作范围内，从而提高其发电量和效率。预测控制策略还可以实现对配电网的智能化管理，提高其运行效率和安全性。通过对配电网的实时监测和数据分析，可以及时发现和解决配电网中存在的问题，避免因设备故障或人为操作失误而导致的电力事故。预测控制策略是一种高效、智能的光伏发电系统管理方式，可以提高配电网的稳定性和可靠性，优化光伏发电系统的运行效率和利用率，实现对配电网的智能化管理，为可持续发展做出贡献。

2.模糊控制策略

模糊控制策略在制定运行电压控制策略时，会充分考虑光伏发电系统的实际输出功率和储能系统的剩余容量，以及配电网的运行状态。通过实时监测这些参数，模糊控制策略能够精确地调整电压，确保光伏发电系统与配电网之间的能量平衡。在光伏发电系统中，太阳辐射强度、温度和负载需求等因素都会影响系统的输出功率。而储能系统的剩余容量则直接关系到系统在夜间或阴天时的供电能力。配电网的运行状态则包括电压、电流和功率因数等参数，这些参数会受到光伏发电系统接入的影响。模糊控制策略通过实时采集这些参数，对其进行分析和处理，制定出最优的运行电压控制策略。在光伏发电系统输出功率较高时，模糊控制策略会降低电压，避免过充现象的发生；而在储能系统剩余容量较低时，它会提高电压，确保系统能够满足负载需求。同时，模糊控制策略还会根据配电网的运行状态，调整电压，以提高功率因数，降低线路损耗。通过应用模糊控制策略，光伏发电系统能够实现与配电网的高效互动，提高能源利用率，降低运维成本。此外，模糊控制策略还具有很强的适应性和鲁棒性，能够在各种工况下保持良好的控制效果。这将有助于推动光伏发电技术的广泛应用，为实现能源转型和可持续发展目标提供有力支持。

3.混合控制策略

混合控制策略在实际应用中展现出了卓越的性能。一方面，预测控制策略能够基于系统的历史数据和当前状态，对未来的运行状态进行预测，并优化控制输入，以达到期望的性能指标。这种策略尤其适用于那些数学模型难以准确描述的复杂系统，能够在不确定性环境下实现高精度的控制。另一方面，模糊控制策略则擅长处理非线性、时变和不确定性问题，它通过模拟人类专家的决策过程，对系统的动态变化做出快速响应。当这两种策略相结合时，可以形成一个强大的控制框架，不仅能够处理复杂系统的动态特性，还能适应各种未知变化和干扰。混合控制策略通过融合预测控制的精确预测能力和模糊控制的不确定性处理能力，实现了控制效果的显著提升。

结束语

随着全球对清洁能源的重视，光伏发电逐渐走进人们的视野并成为现阶段全球发电中的重要组成。本文聚焦于光伏发电及其储能系统在配电网运行中的应用，目的是优化配电网运行电压，在此基础上提出了多种策略以便实现优化，以期对同领域人员提供借鉴，并推动行业发展。

参考文献：

[1]程相奥，宋碧昊，苗驰壮，王霆.光伏发电系统与储能装置协调运行控制技术[J].科学技术创新，2024，（22）：45-48.

[2]陈茜，白晶，陈小月，王羽，王海云，周运斌，王方雨，董楠.分布式光伏并网对配电网的影响综述[J].科学技术与工程，2024，24（27）：11491-11504.

[3]邱桂华，李秀芝，邝梓佳，陆家比.含光伏发电的电动汽车充电站配电网日前—实时协调优化方法[J].微型电脑应用，2024，40（09）：234-237.