调频新能源渗入电力系统调峰的模拟仿真分析

陈 杰

（国电南瑞科技股份有限公司，江苏 南京 210000）

目前，电力系统逐渐朝着智能化、信息化方向发展，既为人们的生活提供了便利，也提高了电力的安全性、可控制性。由于智能电力系统需要大量的机电设备共同工作，导致用电量增大，能耗问题逐渐成为制约电力行业发展的关键。预计在2025年，电力系统能耗将会达到一个新高度，因此需要采取相应的调峰手段控制电力能源消耗。传统的电力系统调峰方法主要是控制电力能源的使用，如降低电力照明时间、照明亮度等，这种方式无法从根本上解决电力能耗问题，并且还会影响到电力用户的用电体验。基于此，通过调频新能源的渗入实现电力调峰发电一体化，以此减少电力能耗。

在楼顶或墙面上安装调峰电池板，电池板吸收太阳光辐射后生成光生电流，由逆变器和储蓄电池对光生电流进行转换和有效存储，为电力系统相关设备的运行提供电能，减少市电的使用，从而达到电力系统调峰的目的。首先根据电力系统调峰需求选择调频电池组件，并对其进行安装，其次通过并网组串设计进行调峰调频发电，最后对其进行并网控制，保证其供电稳定。

1.1 调频电池组件选择与安装

根据电力系统调峰需求选择调频电池组件，主要包括逆变器、调频电池板以及蓄电池3部分。调频电池板作为核心设备，关系到新能源生成的效率和质量，因此需要结合电力系统的自身情况选择合适的调频电池板。目前，常用的调频电池板主要有单晶硅、复合晶硅以及多晶硅3种类型，主要性能如表1所示。

表1 调频电池板性能对比

根据表1，尽管单晶硅型调频电池板成本相对较高，但是光电转换效率优于其他2种电池板，使用寿命也比较长，更适用于电力调峰。其调峰电池组如图1所示。

图1 调频电池板组组件示意图

电力机楼楼顶空间面积大且无遮挡，采光条件好，因此将组件的安装地点设定为电力机楼楼顶。采用并联的方式将调频电池板、蓄电池以及逆变器电源线路连接在一起，并接入电力系统总线[1]。由于调频电池板的安装方位和倾斜角度直接关系到发电效率，因此在安装过程中要合理设计[2]。正常情况下，太阳光在直射过程中会受到环境中某些因素的干扰发生折射效应，进而产生一定的偏差，因此在安装时需要设置好安装方位，以此保证调频电池板能够最大限度获得太阳辐射[3]。调频电池板的安装倾角决定着发电有效面积，其倾角与调峰入射角存在着一定的线性关系，具体如图2所示。

图2 调频电池板倾角与太阳入射角的关系

当调频电池板与太阳光入射线垂直时，调频电池板有效发电面积最大，且发电效率最高。当地太阳光入射角度与当地纬度值一致，因此在安装过程中将调频电池板倾角调整为电池板所在地的纬度值[4]。蓄电池组和逆变器安装在电力顶楼配电箱内，采用并联的方式在蓄电池组和逆变器电源线路上接入控制器，利用控制器对调频电池组件的过放电和充放电进行控制。

1.2 调频并网发电

考虑到电力系统用电量较大，调频发电系统具有一定的局限性，因此采用并网调频发电形式，即将调频发电系统与智能供电系统组串在一起，共同为电力系统供电。每4～6块调频电池板组件组成一个调频方阵，太阳光照射在调频方阵上，与电池板上的半导体产生调频效应，从而产生电流[5]。采用组串逆变的方式对逆变器进行并网，将每个调频方阵串联为1路，一个逆变器负责2～3路调频方阵的能量转换。将蓄电池组接入电力用户变电系统低压侧母线，由蓄电池组存储逆变器转换后的调频电流。由于调峰调频电池板产生的电流为直流电，稳定性较差，为了更好地对其进行利用，采用优先配电的方式将其输送到电力配电网中。当电力系统设备用电时，优先使用蓄电池组中存储的电能，从而起到电力调峰的作用，图3为电池板组件现场安装示意图。

图3 电池板组件现场安装示意

为了验证设计方法在电力系统调峰方面的应用效果，将其与传统方法进行对比。设计一组对比实验，以某智能电力系统为例，使用设计方法和传统方法进行电力调峰。根据该电力系统的实际情况，在该楼顶安装48块调频电池板，安装倾角为56°，每块调频电池板的最大功率为156 W。以12块调频电池板为一组串联成1路，每2路接入一个逆变器，共计4路，共接入4台并网逆变器。实验中使用的逆变器型号为DSAF-5514，设定逆变器最大直流输入功率为2 200 W，最大直流输入电压为500 V，最大交流功率为5 000 W，最大输入电流为20 A，蓄电池组容量为1 000 W。实验时间为105天，调峰电池方阵产生的光生电流共15 264 A，由逆变器转换后的有效电流为13 415 A。每隔15天对节约的电量进行记录，将其作为检验2种方法有效性的实验指标，具体如表2所示。

表2 电力系统调峰节能对比

从表2可以看出，设计方法在调峰方面优于传统方法，设计方法的调峰节能效果较好，更适用于电力系统调峰。通过调频新能源渗入，利用调频方阵吸收调峰辐射，再将其转换为有效能源，供电力系统设备运行使用，从而有效减少对市电的使用，提高供电质量和供电效率。

根据电力系统的调峰需求，将调频新能源渗入到电力系统调峰中。设计方法具有较好的电力系统调峰效果，对调频新能源在电力系统调峰中的广泛应用具有重要意义。由于此次研究时间有限，提出的调峰方法并未在实际中进行大量应用，在某些方面可能存在一些不足之处，今后将继续对其进行深层次探究，从而为电力系统调峰提供有力的理论支撑。

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