“双碳”目标下分布式光伏发电技术的研究进展及展望

分布式光伏发电具有绿色环保、发电方式灵活、可就地消纳等特点，随着中国碳达峰、碳中和战略目标的提出和以新能源为主体的新型电力系统的建设，未来分布式光伏发电将成为新能源大规模发展的重要方向之一。对国内外分布式光伏发电的发展历程进行回顾，分别从输出功率特性建模和并网运行角度对分布式光伏发电技术发展现状进行分析，在此基础上对分布式光伏发电未来的关键技术及研究方向进行展望，并对中国分布式光伏发电未来的发展提出几点建议。     

基于改进FPA算法的配电网光伏消纳能力评估

配电网中接入分布式光伏电源会带来诸多不利影响,研究配电网分布式光伏的消纳能力问题对维持配电网的安全运行至关重要。文章研究了分布式光伏电源接入对配电网电能质量、短路容量及网损的影响,以分布式光伏电源接入量最大、网损最小为目标函数,以电压偏差、电压波动及短路容量为约束条件,建立了分布式光伏消纳能力评估模型。根据所建模型特点,提出了一种改进的花授粉优化算法(Flower Pollination Algorithm,FPA),并对IEEE33节点系统及实际配电网进行求解。最后验证了所建模型的正确性及算法的有效性。     

分布式光伏发电项目成本收益分析

以工商业分布式发电项目为研究对象,测算分布式发电项目不同初始投资、发电量、并网模式,以及有无补贴对度电成本、财务内部收益率的影响。认为对于2018年下半年分布式光伏发电项目,通过测算分析有消纳能力又不需要国家补贴的分布式项目仍可以继续开展,尤其是地方给予支持项目。     

计及本地负荷的分布式光伏并网电压协同控制策略

光伏逆变器的剩余容量利用在解决分布式光伏发电系统并网点电压越限问题时取得了较好的效果,但目前为了提升逆变器的无功容量,相关研究主要集中在限制逆变器有功输出,未考虑对分布式光伏发电系统渗透率的影响。阐明分布式光伏发电系统并网点电压越限机理,提出一种计及本地负荷的分布式光伏并网点电压协同控制策略。通过背靠背变流器控制光伏发电本地负荷无功,通过控制并网逆变器工作状态改变光伏发电输出功率。设置制动控制环节,出现越限现象时优先采取本地负荷无功控制调节并网点电压,避免对配电网消纳光伏发电能力的影响。最后基于Matlab/Simulink仿真平台进行试验验证了所提控制策略的可行性与有效性。     

“双碳”目标下中国分布式光伏发电的发展现状和展望

在当前实现碳达峰、碳中和目标的新形势下，中国的太阳能利用技术和应用场景迎来了新的发展时期，尤其是分布式光伏发电技术和应用场景，国家能源局也印发了相关政策鼓励其发展。梳理了中国光伏产业的发展现状，以及分布式光伏发电在发展过程中面临的主要挑战，对分布式光伏发电未来的发展前景进行了展望，并以某公司分布式光伏发电项目为具体案例进行了分析。     

基于清洁能源消纳的风电规模入网机组启停间歇控制研究

风电规模入网机组启停间歇控制的传统方法忽略了对清洁能源发电量的检测，导致机组温度和风机能耗的控制效果较差。提出基于清洁能源消纳的风电规模入网机组启停间歇控制研究，根据风电规模入网机组的结构及特性，构建以清洁能源发电量最大为模型的运行目标函数。基于清洁能源消纳制定数学模型，通过能源计量系统获取用电量，判断风电规模入网情况，实现风电规模入网机组启停间歇控制。实验结果表明，该方法对机组温度和风机能耗具有良好控制效果，有利于提高风电站的清洁能源消纳比例。     

一种解决光伏并网馈线电压波动的新方法

分布式光伏发电系统在并网过程中,由于其间歇性和不稳定性,会造成电网电压的波动,进而影响电力系统的稳定性。电力弹簧是一种新型的分布式电压控制方法,它致力于实现将新能源注入电网的功率波动转移到宽电压负载上,使需求侧与供给侧的能量相匹配,提高分布式光伏系统对新能源的消纳能力。文章首先对电力弹簧的结构和工作原理进行了说明,然后在Matlab/Simulink搭建了带电力弹簧的单相光伏并网系统仿真模型,在改变光伏系统并网有功功率条件下得出加入电力弹簧和未加电力弹簧时馈线上的电压波形。仿真结果表明,该电压控制方法可以有效稳定馈线上的电压。     

屋顶分布式光伏建设方案研究

海南省光照资源丰富,光伏发电小时数位居全国前列,较适宜开发建设光伏电站。相对于集中式光伏电站,屋顶分布式光伏电站具有不占用土地、屋顶所在企业就地并网及消纳等优点,近年来被广泛推广应用。本文针对屋顶分布式光伏电站的建设,结合海南某典型的实际工程对整个建设方案进行了详细描述,对屋顶所处位置的太阳能资源进行了数据采集分析、发电量估算,得出了分布式光伏发电项目的效益及结论并提出了并网方案。本研究可在技术上为同类型电站建设提供一定的参考。     

铁路沿线建设分布式光伏发电系统的可行性研究

碳达峰、碳中和是中国重大战略决策,推进能源革命,加快绿色低碳发展是铁路系统应尽的责任,推动可再生能源在铁路系统的应用,盘活铁路空闲用地资源,对于铁路系统而言具有十分重要的经济效益和社会效益。针对铁路沿线各个区域建设分布式光伏发电系统的可行性进行了分析,研究了铁路沿线分布式光伏发电系统的并网方案,并分析了供电可靠性;最后以山东地区3条铁路沿线建设分布式光伏发电系统为例,对其经济效益和社会效益进行了分析。研究结果表明：1)铁路沿线能够建设分布式光伏发电系统的区域主要包括：站房、站台雨棚、铁路停车场、路基边坡、场坪边坡、铁路桥梁下方、生产生活房屋、料库、车库、其他空闲用地,以及其他空间等区域。2)铁路沿线建设分布式光伏发电系统重点考虑接入铁路电力供电系统和地方电力系统,不推荐接入牵引供电系统。3)经测算,山东地区铁路每百公里可建设的分布式光伏发电系统装机容量约为17.0 MW,对应的百公里年发电量约为1996万kWh,每年每百公里可减少碳排放量1.9万t;按“50%自发自用,50%余电上网”计算,每年每百公里可减少电费支出约1100万元,具有较好的经济效益和社会效益。研究结果可为铁路沿线分布...     

中国南方部分地区分布式光伏发电项目的经济性对比

在碳达峰、碳中和目标背景下,“十四五”期间中国的分布式光伏发电将持续高速发展。为向装机容量为250 kW及以下的分布式光伏发电项目的建设提供经验,对某成品油管道公司在中国南方4个地区的分布式光伏发电项目在2018—2021年的运行数据进行了统计,并以日有效利用小时数和日电费收益这2个指标对此类光伏电站的发电能力和经济性进行了分析。结果显示：云南省的日有效利用小时数平均值最大,是实现碳中和目标的重点发展地域;广东省的分布式光伏发电项目最具有经济性优势。     

碳中和目标下江苏光伏产业发展态势及路径研究

近年来，从光伏发电市场结构来看，江苏以集中式光伏电站为主，分布式发电新增装机容量占比逐步提升，光伏发电在江苏省新能源发电中的市场份额也持续增长。通过分析江苏光伏产业发展现状和碳排放情况，发现实现“碳中和”目标所面临的压力与困难还比较大，只有加强科技创新、调整产业布局、优化产业政策、注重顶层设计等有效措施，统筹产业发展与低碳转型关系，打造多元、有韧性的光伏能源供给体系，才能推动江苏光伏产业绿色、高质量发展。     

碳中和背景下含氢综合能源系统碳排放和经济性分析

为研究“碳中和”目标下含氢能利用的综合能源系统(Integrated energy system, IES)中氢气来源方式对系统运行特性的影响,针对包含可再生能源发电和制氢设备、冷热电能源转换和存储设备、碳捕集设备等多种类型能源利用设备的综合能源系统,考虑多种负荷平衡约束、设备运行约束和碳中和目标约束,以系统日运行成本最低为目标函数建立数学模型,以仿真园区综合能源系统为计算案例,分析了系统供能网络供应不同来源氢气和分布式可再生能源制氢方式对系统运行经济性和碳排放量的影响。研究表明：以可再生能源制备的氢气为燃料时综合能源系统的运行成本最高,但CO₂排放量最低;在碳中和前提下,将当地分布式可再生能源发电量中的98%用于供电、2%用于制氢比全制氢时该系统运行成本减少26.1%、碳排放量降低19.7%,比全供电时该系统碳排放量减少5%、运行成本增加2.85%;在碳中和前提下,当可再生能源制氢效率提升10%后,系统实现最低碳排放量时可将可再生能源制氢功率占比从原来的2%提升至5%;当碳捕集设备能耗减少10%后,系统实现最低碳排放量时可将可再生能源制氢功率占比从原来的2%提升...     

光伏发电系统碳排放计算模型及应用

从光伏发电系统生产过程和发电过程等方面系统分析了光伏发电系统碳排放及碳减排效果的各种影响因素,建立了光伏发电系统碳排放的数学计算模型,给出了在不同辐照条件下光伏发电系统的典型计算实例。研究表明,光伏发电系统的碳排放和碳减排效果与其生产工艺水平和发电量密切相关;与燃煤发电相比,在太阳年辐照量为3 000⁹ 000 MJ/m2的地区使用光伏发电系统,均具有良好的碳减排效果。     

计及风、光消纳的风电-光伏-光热互补发电二层优化调度

以风电、光伏、光热构成新能源互补发电模式,计及风、光资源消纳,建立将高载能负荷作为可调度资源参与新能源互补发电系统的二层优化调度模型,采用NSGA-Ⅱ和二进制粒子群算法求解模型。上层优化模型以互补系统输出功率波动最小和并网效益最大为优化指标确定各机组的出力,并且计算出弃风弃光量。在此基础上,下层优化模型针对上层优化模型造成的弃风弃光量,选取能够有效消纳风、光的高载能负荷参与电网调度。最后,以甘肃地区实际数据为例,验证了所提方法的可行性和有效性。仿真结果表明,光热电站的参与增加了44.3%的经济效益,减小了65.8%的输出功率波动,高载能负荷的参与减小了86.3%的弃风弃光量。     

计及不确定性的主动配电网分布式能源多时间尺度消纳方法

主动配电网分布式能源消纳模型对于提升系统经济性和可靠性有着重要意义。文章提出了计及不确定性的主动配电网分布式能源多时间尺度消纳方法,通过不同时间尺度的配合提升主动配电网的分布式能源消纳水平。该方法首先在日前消纳尺度中考虑了分布式能源出力的不确定性,采用随机机会约束规划理论进行建模,考虑到最大化分布式能源消纳率和最小化系统综合运行成本建立多目标函数。考虑到置信度水平,将目标函数采用机会约束形式表示,将最优化模型转化为对乐观值的最大化。所建立的最优化消纳模型还计及节点电压约束、储能模块运行约束、消纳约束等必要约束条件;然后针对分布式能源出力在实时运行中的偏差,采用合理的策略进行不平衡功率调整;最后基于混沌粒子群算法设计模型求解流程,通过对以IEEE33节点系统为基准的典型主动配电网制定消纳策略,验证了模型的有效性。     

考虑系统调峰特性的风光消纳优化

由于风电和光伏发电受自然因素的影响较大,其出力具有随机性和波动性,将对系统的调峰能力造成严重影响。该文首先针对风电自身的出力特性,从系统调峰能力的角度对区域电网可以接纳的风电容量进行评估;然后根据风电和光伏发电在时间尺度上存在的互补性,建立以系统失负荷率最低和弃风、光率最小为目标的优化模型,利用改进惯性权重的粒子群算法对模型进行求解,得到最优的风电和光伏发电出力。最后,利用实际区域电网风电、光伏发电以及负荷的历史数据对该文所提方法的有效性进行验证,结果表明采用风光互补优化策略对风电和光伏发电的输出功率进行优化后,系统出力波动有所降低且消纳能力有明显提升。     

与主网交换功率最小的家庭储能控制策略

为减弱分布式家庭光伏接入对电网的冲击,并同时降低家庭用户对电网的依赖,提高系统对光伏发电的就地消纳能力,在家庭负荷及光伏发电量预测未知与已知2种情况下,提出将蓄电池为储能元件,在以保证家庭用电系统经济效益为前提,以家庭与电网间电能交换量最小为目标的家庭储能优化控制策略。建立优化模型,通过算例验证模型的有效性。     

Supercapacitors for power control in a grid-connected photovoltaic system

并网光伏发电系统输出功率的波动性和随机性给并网后系统稳定性,光伏发电消纳以及光伏电站电能质量等方面带来了负面影响,制约了光伏发电的发展.针对这一问题,将超级电容器作为功率调节装置,控制光伏并网系统按指定值平滑,准确地输出功率,使光伏发电具有可调度性.在分析了超级电容特性,系统构成和双向DC/DC变换器状态空间平均小信号模型的基础上,提出功率,电流双闭环反馈滞环电流控制策略,控制超级电容器吸收或补充输出功率的波动成分.在PSCAD/EMTDC 电力系统仿真软件中构建仿真模型,对提出的系统和控制策略进行了仿真分析,良好的仿真结果验证了方法的可行性.     

光伏发电发展趋势分析

回顾了光伏发电的发展历程,通过对光伏发电度电成本与煤电度电成本的变化趋势对比,将未来光伏发展模式分为3个阶段,即政策补贴发展阶段、大规模分布式并网应用阶段和大规模分散式并网就地消纳阶段,并提出了光伏发电各阶段的发展建议。     

光伏发电系统输出功率计算方法研究

准确计算光伏发电系统的输出功率,对光伏发电系统发电量的监管和光伏并网系统与电网调度、电力负荷等的配合问题具有重大意义。根据光伏发电系统的结构和工作原理,提出了光伏发电系统输出功率计算方法,可以计算任意太阳辐射量、环境温度、系统结构下的光伏发电系统输出功率。通过与真实光伏电站运行数据的比对,结果显示了光伏发电系统输出功率计算方法的适用性与准确性。